大型原油儲罐一旦發(fā)生腐蝕泄漏，可能引發(fā)嚴重災害，造成巨大的經(jīng)濟損失和環(huán)境污染。統(tǒng)計資料顯示，在役儲罐的底板是腐蝕最為嚴重的區(qū)域。對儲罐進行定期檢測，是保證儲罐安全運行的重要手段。
開罐檢測過程包括停工、倒空、清洗、無損檢測等工序，存在造價高、檢測時間長等不足。而在線檢測技術(shù)可以在不開罐的情況下實現(xiàn)罐底腐蝕的檢測。目前，用于儲罐底板在線檢測的方法主要有聲發(fā)射、超聲導波以及機器人技術(shù)三種。超聲導波技術(shù)應用很少，機器人在線檢測系統(tǒng)在國內(nèi)還是空白，聲發(fā)射檢測是目前儲罐底板在線檢測中應用最為廣泛的一種檢測技術(shù)。
1.聲發(fā)射檢測技術(shù)
常壓聲發(fā)射檢測主要用于儲罐底板的腐蝕、泄漏狀態(tài)評估。當儲罐底板存在腐蝕缺陷時，材料強度降低，在液位作用下產(chǎn)生局部微小變形，導致腐蝕產(chǎn)物的剝離和脫落，產(chǎn)生聲發(fā)射信號。當儲罐底板發(fā)生泄漏時，介質(zhì)流動會產(chǎn)生連續(xù)的聲發(fā)射信號。儲罐底板聲發(fā)射在線檢測通過安裝在儲罐外壁下部的傳感器陣列接收由于儲罐底板腐蝕或泄漏產(chǎn)生的聲發(fā)射信號，然后根據(jù)JB/T 10764-2007《無損檢測常壓金屬儲罐聲發(fā)射檢測及評價方法》，通過信號分析對罐底結(jié)構(gòu)進行腐蝕狀況評價。
儲罐底板聲發(fā)射檢測原理示意圖
如上圖所示，聲發(fā)射傳感器等距離耦合在儲罐罐壁周圍，被動接收儲罐底板腐蝕聲發(fā)射信號。通過傳感器接收到腐蝕聲發(fā)射信號的時間間隔定位聲源，將接收到的聲發(fā)射信號分析處理確定腐蝕狀況，從而對罐底的整體完整性及安全性做出評估。
為了避免罐頂及檢測傳感器上部罐壁噪聲對檢測數(shù)據(jù)的影響，采用兩排傳感器布置。底下一排為主檢測傳感器，主要接收來自罐底的聲發(fā)射信號；第二排為護衛(wèi)傳感器，優(yōu)先接收來自罐頂液滴撞擊液面產(chǎn)生的聲發(fā)射信號。結(jié)合噪聲干擾數(shù)據(jù)篩選方法，篩除來自罐壁和罐頂?shù)母蓴_信號。
2.儲罐底板的聲發(fā)射檢測評價
檢測實例：
采用美國物理聲學(PAC)公司的SA-MOS48全數(shù)字化多通道聲發(fā)射檢測系統(tǒng)、DP3I和ISPK3I聲發(fā)射一體化探頭（響應帶寬為20～100kHz）對4座儲罐底板進行腐蝕狀況聲發(fā)射在線檢測評價。具體檢測方法過程如下：
儲罐1
1996年建造投用，容積5000m3，直徑20.1m，高度16.0m，液位15.30m，儲罐結(jié)構(gòu)為固定頂，介質(zhì)為成品油。
采用12個傳感器進行檢測?傳感器均安裝在儲罐外壁面：1~6號為檢測傳感器，安裝高度(離罐基礎(chǔ)距離)為0.75m；7~12號為護衛(wèi)傳感器，安裝高度為2m。數(shù)據(jù)采集時間為2小時?
儲罐2
2005年建造投用，容積20000m3，直徑40.5m，高度17.4m，液位15.18m，儲罐結(jié)構(gòu)為外浮頂，介質(zhì)為原油。
采用12個傳感器進行檢測?傳感器全部安裝在離罐基礎(chǔ)0.75m高度的儲罐外壁面?數(shù)據(jù)采集時間為2小時?
儲罐3
容積50000m3，直徑60.0m，高度19.4m，液位13.52m，儲罐結(jié)構(gòu)為雙盤式浮頂，介質(zhì)為原油。
采用30個傳感器進行檢測。1~15號為檢測傳感器，安裝在離罐基礎(chǔ)0.8m高度的儲罐外壁面；16~30號為護衛(wèi)傳感器，安裝高度為1.95m?數(shù)據(jù)采集時間為18.5小時?
儲罐4
2009年建造投用，容積100000m3，直徑80.0m，高度21.8m，液位18.13m，儲罐結(jié)構(gòu)為雙盤式浮頂，介質(zhì)為原油。
采用42個傳感器進行檢測。1~21號為檢測傳感器，安裝在離罐基礎(chǔ)0.8m高度的儲罐外壁面；22~42號為護衛(wèi)傳感器，安裝高度為1.85m?數(shù)據(jù)采集時間為13.5小時?
數(shù)據(jù)分析：
目前，聲發(fā)射信號的分析與處理方法分為兩種：一種是先用簡化的特征參數(shù)表示聲發(fā)射信號的特征，然后分析和處理這些特征參數(shù)；另一種是直接存貯和記錄聲發(fā)射信號的波形，對波形進行頻譜分析。簡化波形的特征參數(shù)分析法是廣泛采用的經(jīng)典聲發(fā)射信號分析方法。
采用簡化波形的特征參數(shù)分析法對數(shù)據(jù)進行分析。濾除環(huán)境噪聲、機械噪聲、電磁噪聲，對有效信號的評級主要針對撞擊數(shù)與事件數(shù)，以及定位集中的部位。超過門檻值并使某一通道獲取數(shù)據(jù)的任何信號稱之為一個撞擊，所測得的撞擊個數(shù)稱為撞擊數(shù)，撞擊數(shù)反映了聲發(fā)射活動的總量和頻度。產(chǎn)生聲發(fā)射的一次材料局部變化稱之為一個聲發(fā)射事件，測得的事件個數(shù)稱為事件數(shù)。以撞擊數(shù)的多少作為腐蝕等級評估的基礎(chǔ)，事件數(shù)的多少以及出現(xiàn)的集中程度作為潛在泄漏等級評估的基礎(chǔ)，通過腐蝕等級和潛在泄漏等級來綜合評估儲罐底板的完整性。
按照JB/T 10764-2007標準的規(guī)定，采用聲發(fā)射源的區(qū)域定位分析及下表所示分級方法進行儲罐底板數(shù)據(jù)分析。表中H為單個通道每小時出現(xiàn)的撞擊數(shù)，K值通過相同的檢測儀器與工作參數(shù)對相同規(guī)格和運行條件的儲罐進行一定數(shù)量的檢測試驗和開罐驗證試驗取得。
參照JB/T10764-2007標準，按照美國物理聲學公司全數(shù)字化多通道聲發(fā)射檢測系統(tǒng)推薦的數(shù)據(jù)評價方法對檢測數(shù)據(jù)進行評價。
檢測結(jié)果：
儲罐1
聲發(fā)射檢測：
采集的撞擊數(shù)726個，事件數(shù)25個，單個通道每小時出現(xiàn)的撞擊數(shù)為61，結(jié)合儲罐運行檢修情況，儲罐底板腐蝕狀況評價為Ⅱ級，存在輕微腐蝕現(xiàn)象，建議2~3年之后再進行聲發(fā)射檢測?罐底定位參考圖如下：
儲罐1罐底定位參考圖
開罐檢測：
檢測罐底中幅板37塊、邊緣板11塊。結(jié)果表明：中幅板實測壁厚8mm，邊緣板實測壁厚10mm。漏磁檢測發(fā)現(xiàn)，當量深度不小于40%的缺陷有4處，其中2處為上表面機械損傷，2處為腐蝕缺陷，如下圖所示，最大當量腐蝕深度為47%(上表面機械損傷)?
儲罐1底板的2處腐蝕缺陷
儲罐2
聲發(fā)射檢測：
采集的撞擊數(shù)為21861個，事件數(shù)為61個。數(shù)據(jù)采集的第2個小時，1?5?6?9通道出現(xiàn)了嚴重的干擾，導致撞擊數(shù)快速增長，事件數(shù)也大幅增加，原因是6號傳感器附近的加熱管道產(chǎn)生大量噪聲。因此在進行數(shù)據(jù)處理時，將異常時間點之后上述通道產(chǎn)生的數(shù)據(jù)全部濾除，處理之后得到的撞擊數(shù)為578個，事件數(shù)為17個，單個通道每小時出現(xiàn)的撞擊數(shù)為24個，結(jié)合儲罐運行檢修情況，底板的腐蝕狀況評價為Ⅰ級，建議4~5年之后再進行聲發(fā)射檢測。罐底定位參考圖如下：
儲罐2罐底定位參考圖
開罐檢測：
檢測儲罐2的罐底中幅板140塊、邊緣板24塊。結(jié)果表明：邊緣板實測壁厚9.8~10.2mm。定期檢驗結(jié)果未發(fā)現(xiàn)腐蝕異常?
儲罐3
聲發(fā)射檢測：
數(shù)據(jù)采集時間為18.5小時，其中夜間采集數(shù)據(jù)時存在干擾，干擾源為周期信號。選取白天采集的3小時數(shù)據(jù)進行分析，處理之后得到的撞擊數(shù)為45797個，事件數(shù)為4828個，單個通道每小時出現(xiàn)的撞擊數(shù)為1018個，結(jié)合儲罐運行檢修情況，該儲罐底板腐蝕狀況評價為Ⅱ級。罐底定位參考圖如下：
儲罐3罐底定位參考圖
開罐檢測：
檢測儲罐3的罐底中幅板153塊、邊緣板30塊。結(jié)果表明：罐內(nèi)底板防腐蝕層出現(xiàn)局部鼓包破損現(xiàn)象，中幅板第48塊上表面存在1處腐蝕坑，腐蝕坑最大深度為3mm，壁厚最大減薄30%，下表面未發(fā)現(xiàn)腐蝕當量不小于壁厚20%的腐蝕點?
儲罐3底板的涂層鼓包
儲罐3中幅板上表面腐蝕坑
儲罐4
聲發(fā)射檢測：
采集時間為13.5小時，選取信號平穩(wěn)時間段2.78小時的數(shù)據(jù)進行分析，處理之后得到的撞擊數(shù)為17394個，事件數(shù)為1789個，單個傳感器每小時接收的撞擊數(shù)為298個，結(jié)合儲罐運行檢修情況，該儲罐底板腐蝕狀況評價為Ⅱ級，可2~3年后再進行聲發(fā)射檢測。罐底定位參考圖如下：
儲罐4罐底定位參考圖
開罐檢測：
檢測儲罐4的罐底中幅板171塊、邊緣板40塊。其中，中幅板設(shè)計壁厚為11.0mm，檢測得到其壁厚最大值為11.1mm，最小值為10.9mm，中幅板表面存在機械損傷2處；邊緣板設(shè)計壁厚為21mm，檢測得到其壁厚最大值為21.8mm，最小值為20.6mm。100%漏磁掃描檢測未發(fā)現(xiàn)背部腐蝕?
結(jié)論：
1.儲罐1?3?4底板聲發(fā)射檢測評價結(jié)果為Ⅱ級，存在輕微腐蝕現(xiàn)象，儲罐2底板聲發(fā)射檢測評價結(jié)果為Ⅰ級，均不需要立即進行開罐檢修維護?
2.開罐檢測發(fā)現(xiàn)，儲罐1?3?4罐底板均存在輕微腐蝕狀況，儲罐2底板未發(fā)現(xiàn)腐蝕異常?
3.儲罐底板聲發(fā)射檢測評價結(jié)果與開罐檢測結(jié)果具有很好的一致性，因此聲發(fā)射技術(shù)可用于儲罐底板腐蝕的在線檢測評價?
聲發(fā)射在線檢測，檢測效率高?成本低?檢測結(jié)果可靠，可大幅降低勞動強度，減少環(huán)境污染，在我國大型儲罐日益增多?管理任務繁重的國情下，是確保儲罐安全運行的重要手段?
作者：蔣林林1，李玲杰1,2，蘇碧煌1,2，王志濤1,2，張彥軍1,2
工作單位：
1.中國石油集團工程技術(shù)研究有限公司
2.CNPC石油管工程重點實驗室涂層材料與保溫結(jié)構(gòu)研究室
第一作者：蔣林林，高級工程師，碩士，現(xiàn)從事儲罐、管道防腐保溫技術(shù)的研究及技術(shù)服務工作。
