杜家超， 劉 彪， 都 亮， 王 十， 邢 述， 謝曉東

(1.中國特種設(shè)備檢測研究院， 北京 100029；2.中國石油天然氣股份有限公司 華北石化分公司， 河北 任丘 062552)

隨著國民經(jīng)濟建設(shè)的發(fā)展，越來越多的儲罐投入使用，其運行安全也日益引起關(guān)注。泄漏是常壓儲罐最常見的失效形式之一，也是儲罐運行的重大安全隱患，一旦發(fā)生極可能引發(fā)嚴重事故[1]。在泄漏發(fā)生前或泄漏尚未擴散前，通過制定科學的檢漏策略，配合有效的檢驗檢測手段及時發(fā)現(xiàn)泄漏點，分析泄漏原因并加以處理，對于保護環(huán)境、降低企業(yè)損失以及避免安全事故的發(fā)生具有重要意義。

某企業(yè)一立式拱頂常壓柴油儲罐于2002年投用。儲罐公稱體積10 000 m3，常溫、常壓下運行，儲罐主體材質(zhì)為碳鋼，腐蝕余量1 mm。2015-06日常巡檢過程中發(fā)現(xiàn)儲罐基礎(chǔ)西南角檢漏孔有介質(zhì)流出。文中針對儲罐基礎(chǔ)檢漏孔滲漏現(xiàn)象，制定了開罐檢驗檢測方案，確定了導致儲罐底板泄漏的缺陷位置，通過分析缺陷特征給出了泄漏可能產(chǎn)生的原因并提出了修復建議。

1 儲罐底板泄漏檢測策略

在立式圓筒形常壓儲罐運行中出現(xiàn)的主要失效模式為由減薄和焊縫開裂引起的泄漏[2]，儲罐底板土壤側(cè)和介質(zhì)側(cè)嚴重腐蝕[3]、搭接和對接焊接接頭損傷以及底板局部應力集中等是造成底板泄漏的主要原因。

儲罐底板常用的檢驗檢測技術(shù)主要包括宏觀檢驗、厚度測量、表面探傷、埋藏缺陷檢測、漏磁檢測、聲發(fā)射檢測及真空試漏等[4]。根據(jù)泄漏儲罐的現(xiàn)場條件，本次儲罐檢驗類型確定為開罐檢驗，針對主要失效模式，選擇了檢驗有效性等級為高的100%宏觀檢驗、100%底板漏磁檢測和100%焊縫磁粉檢測為主要檢測手段，具體檢測流程見圖1。

圖1 儲罐底板泄漏檢測方案流程

2 儲罐底板泄漏檢測

2.1 宏觀檢驗

宏觀檢驗的目的是查看是否存在影響儲罐運行的宏觀缺陷，檢查內(nèi)容主要包括儲罐基本結(jié)構(gòu)和尺寸有無變化、儲罐基礎(chǔ)有無明顯下沉、儲罐基礎(chǔ)和罐體有無滲漏痕跡、儲罐內(nèi)外涂層狀況以及保溫狀況等[5]。同時，對于腐蝕程度較為嚴重的底板介質(zhì)側(cè)腐蝕坑，也可通過宏觀檢驗發(fā)現(xiàn)。

外部宏觀檢驗發(fā)現(xiàn)該儲罐西南側(cè)基礎(chǔ)檢漏孔周邊已出現(xiàn)大面積滲漏痕跡(圖2)。該儲罐無保溫覆蓋，壁板外部、頂板外部宏觀檢驗未見滲漏痕跡。對罐內(nèi)進行宏觀檢驗，底板介質(zhì)側(cè)未發(fā)現(xiàn)明顯腐蝕坑和目視可見裂紋?；诤暧^檢驗結(jié)果，應重點對儲罐底板進行無損檢測，尤其是底板介質(zhì)側(cè)腐蝕和焊縫裂紋的檢測。

圖2 儲罐基礎(chǔ)檢漏孔滲漏情況

2.2 漏磁檢測

當鐵磁性板材被外加磁化裝置磁化后，在板材內(nèi)可產(chǎn)生感應磁場。若板材上存在腐蝕或機械損傷等體積型缺陷，則磁力線會泄漏到板材外部，從而在其表面形成漏磁場[6-7]。板材上體積型缺陷的寬度和深度與漏磁場強度之間存在相應關(guān)系，因此通過采集漏磁場信號，并分析其數(shù)據(jù)可得到缺陷的具體情況。與低頻電磁渦流檢測和超聲波測厚等無損檢測技術(shù)相比，漏磁檢測是一種更加便捷、準確和有效的儲罐底板腐蝕檢測方法[8]，尤其是對于探測底板母材產(chǎn)生的體積型缺陷具有較高的有效性，且該方法能夠發(fā)現(xiàn)底板土壤側(cè)缺陷[9]。

文中利用Floormap3D漏磁檢測設(shè)備對儲罐中幅底板和邊緣板進行漏磁檢測，儲罐底板示意圖見圖3。

經(jīng)漏磁檢測，未發(fā)現(xiàn)當量腐蝕深度或機械損傷深度大于等于40%的缺陷，最大損傷值為35%的底板漏磁檢測結(jié)果見圖4。經(jīng)漏磁檢測，未發(fā)現(xiàn)底板母材存在腐蝕穿孔。

圖3 儲罐底板及開裂位置示圖

圖4 儲罐底板最大缺陷漏磁檢測結(jié)果

2.3 磁粉檢測

在通過漏磁檢測排除了腐蝕造成底板母材穿孔泄漏的可能性之后，采用B310S型磁粉探傷儀對儲罐中幅底板之間的搭接焊縫、中幅底板與邊緣板的搭接焊縫以及邊緣板之間的對接焊縫進行100%磁粉檢測。

磁粉檢測適用于鐵磁性材料，如鍛件、板材、復合板材和管件等，主要檢測表面或者近表面的缺陷[10]。磁粉檢測方法在鍋爐、壓力容器和壓力管道檢驗檢測中應用廣泛[11]，是一種常規(guī)的無損檢測方法，具有低成本、靈敏度高、快速檢測、工藝簡單和缺陷檢測重復性好等優(yōu)點[12]。對儲罐底板進行的磁粉檢測結(jié)果表明，在圖3所示的開裂位置A處發(fā)現(xiàn)可疑磁痕顯示，見圖5。

2.4 真空試漏檢測

真空試漏是確認泄漏點的有效方法[13-14]。真空試漏檢測裝置主要包含真空檢驗箱和真空泵等，其原理為在焊縫表面附著黏性液體，真空檢驗箱在真空泵的作用下形成負壓，若焊縫存在穿透性缺陷，黏性液體在負壓的作用下會形成氣泡。

圖5 儲罐底板磁粉檢測現(xiàn)場裂紋

利用真空試漏檢測方法對磁粉檢測可疑部位進行復檢，結(jié)果見圖6。從圖6可以看出，在可疑磁痕顯示位置，真空檢驗箱中出現(xiàn)大量氣泡。檢驗人員最終確認該處裂紋為儲罐底板泄漏點，焊縫裂紋長度約為110 mm。

圖6 儲罐底板真空試漏檢測結(jié)果

3 儲罐底板泄漏原因分析及修復策略

根據(jù)檢測結(jié)果，儲罐泄漏點位于邊緣板對接焊縫和中幅板與邊緣板搭接焊縫的交匯處(圖3中所標示的開裂位置A)，此處結(jié)構(gòu)及焊接詳圖見圖7。由于中幅板與邊緣板之間為搭接焊縫，施工時無法在土壤側(cè)搭接處施焊，僅能在介質(zhì)側(cè)搭接部位進行焊接，從而使得該類型接頭存在嚴重的缺口效應，屬于典型的應力集中焊接接頭，相當于焊縫根部存在裂紋[15-16]。同時，在該搭接焊縫與邊緣板對接焊縫交接處應力更為集中，極易出現(xiàn)裂紋。

圖7 儲罐底板開裂位置結(jié)構(gòu)詳圖

針對以上情況，除完成正常的底板裂紋消除作業(yè)外，還應注意：①對于已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的裂紋，修復時應在裂紋終端鉆孔止裂消除應力集中，對裂紋部位進行打磨消除之后對焊縫進行修補。②對整個儲罐底板存在類似結(jié)構(gòu)的焊縫進行超聲波檢測，擴大檢測比例。開罐時及時消除已發(fā)現(xiàn)的埋藏缺陷，以排除埋藏缺陷隱患。

4 結(jié)語

針對10 000 m3常壓儲罐泄漏事故，基于常壓儲罐失效模式提出了泄漏檢測方法。通過采用宏觀檢驗、漏磁檢測和磁粉檢測等對腐蝕和裂紋高度有效的無損檢測方法，準確定位了泄漏點位置并查出了焊縫裂紋缺陷。根據(jù)開裂焊縫的結(jié)構(gòu)特點及所處部位，判斷泄漏原因為局部應力集中引起的焊縫開裂，針對該類型缺陷提出了修復和擴檢建議，即通過在裂紋起始端鉆孔止裂消除應力集中，并擴大同類結(jié)構(gòu)位置的檢測比例。修復后的儲罐重新投入使用，運行情況良好。文中所述修復、檢維修措施，對于儲罐的后續(xù)安全運行、降低企業(yè)運行維護成本具有重要意義。