□邵雪微 趙永濤

近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，我國(guó)建設(shè)了大批的石油戰(zhàn)略儲(chǔ)備基地，大量的油品被儲(chǔ)存在大型的常壓儲(chǔ)罐中。因此，國(guó)家及相關(guān)部門非常重視儲(chǔ)罐的安全運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，并制定了相應(yīng)的技術(shù)法規(guī)[1]。根據(jù)大量的資料調(diào)查和事故案例分析發(fā)現(xiàn)，儲(chǔ)罐的底板是儲(chǔ)罐腐蝕最嚴(yán)重的部分。因此，底板的無損檢測(cè)已經(jīng)成為確保儲(chǔ)罐安全運(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù)手段。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外使用最多的儲(chǔ)罐底板無損檢測(cè)方法是聲發(fā)射在線檢測(cè)技術(shù)和開罐漏磁檢測(cè)技術(shù)[2]。

一、儲(chǔ)罐底板聲發(fā)射檢測(cè)和漏磁檢測(cè)原理

(一)儲(chǔ)罐底板聲發(fā)射檢測(cè)原理。聲發(fā)射(AE)是指材料內(nèi)部在外界的影響下突然釋放應(yīng)變能而產(chǎn)生的瞬態(tài)彈性波[3]。底板是儲(chǔ)罐腐蝕最嚴(yán)重的部分，所以發(fā)出的聲發(fā)射信號(hào)也最強(qiáng)。儲(chǔ)罐底板的腐蝕層脫落與開裂、腐蝕過程中能量的轉(zhuǎn)換與釋放以及油品的泄漏等都會(huì)產(chǎn)生聲發(fā)射信號(hào)。油品是聲音信號(hào)的良導(dǎo)體，油品介質(zhì)可以將聲發(fā)射信號(hào)傳播到數(shù)十米遠(yuǎn)的地方，而幾乎沒有衰減。

由于儲(chǔ)罐底板腐蝕產(chǎn)生的聲發(fā)射信號(hào)，通過油品介質(zhì)傳播到罐壁，使罐壁產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)；耦合在罐壁表面的傳感器將聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；通過將信號(hào)前置放大、調(diào)制、放大、濾波積分、微分和A/D轉(zhuǎn)換等處理，能夠得到具有一定幅值的電壓或數(shù)字信號(hào)；聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)從采集到的信號(hào)中濾除各種干擾，獲取有效的聲發(fā)射信號(hào)[4]。根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)參考處理結(jié)果，即可得到儲(chǔ)罐底板腐蝕缺陷的情況并可對(duì)其腐蝕狀態(tài)進(jìn)行分級(jí)和評(píng)價(jià)，最終給出被檢測(cè)的儲(chǔ)罐底板檢測(cè)和維修建議。聲發(fā)射檢測(cè)原理如圖1所示。

圖1 聲發(fā)射檢測(cè)原理圖

(二)儲(chǔ)罐底板漏磁檢測(cè)原理。漏磁檢測(cè)(MFL)是通過強(qiáng)大的外加磁源對(duì)儲(chǔ)罐底板進(jìn)行磁化，若儲(chǔ)罐底板沒有腐蝕、開裂等局部缺陷，其磁力線全部被約束在由儲(chǔ)罐底板組成的磁路內(nèi)，表面基本無磁場(chǎng)；如果儲(chǔ)罐底板存在局部缺陷，與底板相比較，其導(dǎo)磁率很小，磁阻很大，磁路中的磁通會(huì)在缺陷處發(fā)生畸變，畸變磁通即所謂的漏磁通，畸變的磁通信號(hào)對(duì)應(yīng)著缺陷的特征信息，磁感應(yīng)裝置掃描底板時(shí)，就能夠獲得相應(yīng)的漏磁場(chǎng)信息，然后運(yùn)用專業(yè)的分析軟件對(duì)掃描的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，就能夠直觀地獲得缺陷的特征信息，如深度、大小等[5]，從而判定儲(chǔ)罐底板的缺陷狀況。漏磁檢測(cè)原理如圖2所示。

圖2 漏磁檢測(cè)原理圖

二、聲發(fā)生檢測(cè)過程及結(jié)果

對(duì)某油庫罐區(qū)3000m3的原油儲(chǔ)罐進(jìn)行儲(chǔ)罐底板聲發(fā)射在線檢測(cè)，其運(yùn)行年限已近17年。

(一)聲發(fā)射檢測(cè)過程。本次檢測(cè)使用美國(guó)PAC-SAMOS聲發(fā)射檢測(cè)分析儀，傳感器型號(hào)為R3I，耦合劑選擇真空脂。儲(chǔ)罐底板在線聲發(fā)射檢測(cè)步驟如下：第一，關(guān)閉所有干擾源，如進(jìn)出油口、攪拌器、加熱盤管等，充液到最高設(shè)計(jì)液位的80%以上，靜置3h以上，以保證液位完全靜置，消除原油撞擊儲(chǔ)罐、閥門振動(dòng)等噪聲影響；第二，如圖3所示，在儲(chǔ)罐外壁板高200～500mm處安裝傳感器，測(cè)試并校準(zhǔn)靈敏度，確保各傳感器接收信號(hào)的有效性和各通道連接順序的正確性；第三，連續(xù)監(jiān)測(cè)2h以上，監(jiān)測(cè)過程中包含環(huán)境噪音、冷凝滴液等干擾；第四，數(shù)據(jù)處理及分析。一是對(duì)噪聲信號(hào)進(jìn)行濾波，即使用小波算法濾除聲發(fā)射波形中的“毛刺”部分；二是根據(jù)聲發(fā)射特征參數(shù)之間的相似性，使用距離計(jì)算方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類；三是參考有效聲發(fā)射信號(hào)的特征，篩選出含有儲(chǔ)罐底板真實(shí)腐蝕信號(hào)的數(shù)據(jù)進(jìn)行后續(xù)分析；四是根據(jù)對(duì)有效腐蝕信號(hào)活動(dòng)性的統(tǒng)計(jì)和分析，對(duì)儲(chǔ)罐底板的腐蝕狀態(tài)進(jìn)行分級(jí)和評(píng)價(jià)，并出具相應(yīng)的檢測(cè)報(bào)告[6]。

圖3 傳感器布置圖

(二)聲發(fā)射檢測(cè)結(jié)果。同時(shí)采用GB/T18182-2012《金屬壓力容器聲發(fā)射檢測(cè)及結(jié)果評(píng)價(jià)方法》和JB/T10764-2007《常壓金屬儲(chǔ)罐聲發(fā)射檢測(cè)及評(píng)價(jià)方法》兩種評(píng)價(jià)方法對(duì)檢測(cè)的儲(chǔ)罐底板進(jìn)行分析和分級(jí)。

1.儲(chǔ)罐底板聲發(fā)射源的時(shí)差定位分析及分級(jí)。根據(jù)儲(chǔ)罐底板聲發(fā)射源的時(shí)差定位分析，在儲(chǔ)罐底板上劃定圓形或正方形評(píng)定區(qū)域，其長(zhǎng)度不大于直徑的10%，將相對(duì)比較集中的定位區(qū)域進(jìn)行局部放大分析處理，并計(jì)算出每小時(shí)出現(xiàn)的定位事件數(shù)E[7]。如表1所示。

表1 時(shí)差定位分級(jí)及評(píng)價(jià)

2.儲(chǔ)罐底板聲發(fā)射源區(qū)域定位分析及分級(jí)。根據(jù)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的分析，計(jì)算出各獨(dú)立通道有效檢測(cè)時(shí)間每小時(shí)出現(xiàn)的撞擊數(shù)H[8]。如表2所示。

表2 區(qū)域定位分級(jí)及評(píng)價(jià)

表1和表2中的C值和K值為兩種評(píng)價(jià)方法的臨界值，需要通過多次的檢測(cè)和開罐驗(yàn)證來獲得。

聲發(fā)射數(shù)據(jù)分析表明：罐底聲發(fā)射信號(hào)強(qiáng)度為中強(qiáng)度，大部分通道的撞擊數(shù)較多，聲發(fā)射撞擊總數(shù)較多，聲發(fā)射信號(hào)活度為活性。

綜合表2和表3分析結(jié)果認(rèn)為，儲(chǔ)罐罐底聲發(fā)射檢測(cè)評(píng)價(jià)結(jié)果為Ⅲ級(jí)，建議三年內(nèi)開罐檢查，或再次進(jìn)行聲發(fā)射檢測(cè)。

圖4 聲發(fā)射檢測(cè)二維定位 圖5 聲發(fā)射檢測(cè)三維定位

三、漏磁檢測(cè)過程及結(jié)果

上述對(duì)儲(chǔ)罐進(jìn)行了聲發(fā)射在線檢測(cè)，并得出了一定的結(jié)果?，F(xiàn)對(duì)儲(chǔ)罐進(jìn)行開罐漏磁檢測(cè)，以證明聲發(fā)生檢測(cè)結(jié)果的可靠性。

(一)漏磁檢測(cè)過程。本次檢測(cè)使用的是由中國(guó)石油集團(tuán)安全環(huán)保技術(shù)研究院自主研發(fā)的漏磁掃描檢測(cè)儀，該檢測(cè)系統(tǒng)掃描寬度為250mm，可穿透6mm涂層，檢測(cè)厚度可達(dá)12.5mm，靈敏度為20%，系統(tǒng)實(shí)物如圖6所示。

儲(chǔ)罐底板開罐漏磁檢測(cè)步驟如下。

1.檢測(cè)前。檢測(cè)前，將儲(chǔ)罐底板清洗干凈，要求達(dá)到漏磁檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。

2.對(duì)漏磁檢測(cè)儀進(jìn)行標(biāo)定。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：試板需采用與被檢材料相同或者磁特性相近的鋼板制造完成。此次被檢儲(chǔ)罐底板的厚度為6mm，材料是Q235A，所以，使用相同規(guī)格的材料作為校準(zhǔn)試板，完成標(biāo)定。

3.對(duì)儲(chǔ)罐底板進(jìn)行編號(hào)。根據(jù)儲(chǔ)罐底板的基本結(jié)構(gòu)形式，選擇合適的基準(zhǔn)參照，按照“從左到右，由上至下”的原則，完成編號(hào)，如圖7所示為編號(hào)方案。

4.對(duì)儲(chǔ)罐底板進(jìn)行掃查。第一，選擇合適的基準(zhǔn)點(diǎn)，將設(shè)備移動(dòng)到基準(zhǔn)點(diǎn)處；第二，用手推動(dòng)掃描儀沿著底板長(zhǎng)軸的方向進(jìn)行掃查，到達(dá)終點(diǎn)以后，將設(shè)備移動(dòng)到下一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)按照同一方向進(jìn)行掃查；第三，掃查完成后電腦系統(tǒng)中將會(huì)顯示儲(chǔ)罐底板的腐蝕缺陷狀況。

圖6 漏磁檢測(cè)掃描儀 圖7 漏磁檢測(cè)儲(chǔ)罐底板編號(hào)

(二)漏磁檢測(cè)結(jié)果。對(duì)儲(chǔ)罐底板的漏磁檢測(cè)結(jié)果如圖8所示。

圖8 漏磁掃描結(jié)果 圖9 底板腐蝕局部形貌

四、聲發(fā)生檢測(cè)與漏磁檢測(cè)結(jié)果對(duì)比分析

通過對(duì)儲(chǔ)罐的聲發(fā)射檢測(cè)結(jié)果與漏磁檢測(cè)結(jié)果對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，兩種檢測(cè)方式具有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，證明聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)在儲(chǔ)罐底板安全性評(píng)價(jià)方面具有可靠性。

五、結(jié)語

通過上述的對(duì)比分析實(shí)驗(yàn)，總結(jié)出以下結(jié)論：第一，聲發(fā)射檢測(cè)是一種在儲(chǔ)罐不停產(chǎn)、不清罐的情況下，對(duì)儲(chǔ)罐底板的缺陷狀況進(jìn)行檢測(cè)的技術(shù)，能夠及時(shí)對(duì)儲(chǔ)罐底板的狀況進(jìn)行分級(jí)和預(yù)警，可以大大減少儲(chǔ)罐泄露事故的發(fā)生；漏磁檢測(cè)是一種成本低、操作簡(jiǎn)單、結(jié)果直觀的儲(chǔ)罐底板腐蝕缺陷檢測(cè)技術(shù)，能夠?qū)?chǔ)罐底板的維修工作起到很大的作用。第二，儲(chǔ)罐底板的聲發(fā)射檢測(cè)與漏磁檢測(cè)具有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，證明了聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)對(duì)儲(chǔ)罐底板安全性評(píng)價(jià)的可靠性，以及在各個(gè)石油生產(chǎn)單位儲(chǔ)罐檢測(cè)中的實(shí)際應(yīng)用性。第三，將兩種技術(shù)相結(jié)合，通過聲發(fā)射在線檢測(cè)對(duì)儲(chǔ)罐底板的缺陷情況及時(shí)有效的分級(jí)和預(yù)警，從而可以在不影響生產(chǎn)的情況下，大大減少了檢修成本。對(duì)于聲發(fā)射評(píng)價(jià)結(jié)果顯示需要清罐進(jìn)行詳細(xì)檢查的儲(chǔ)罐使用漏磁檢測(cè)方法對(duì)儲(chǔ)罐底板進(jìn)行掃查，并對(duì)底板的缺陷狀況進(jìn)行定量分析，檢測(cè)結(jié)果可為底板的檢修提供科學(xué)依據(jù)。第四，這種聲發(fā)射檢測(cè)與漏磁檢測(cè)相結(jié)合的檢測(cè)方式，經(jīng)濟(jì)效益顯著，可節(jié)省檢驗(yàn)和檢修成本50%以上；節(jié)省時(shí)間，聲發(fā)射檢測(cè)可以在1～2天內(nèi)完成，如果需要開罐漏磁檢測(cè)也只要簡(jiǎn)單進(jìn)行清理，不用破壞底板的防腐層，整個(gè)過程可以在幾天內(nèi)完成。綜上所述，這種結(jié)合檢測(cè)的方式具有廣闊的應(yīng)用發(fā)展前景。