(1.中海油安全技術(shù)服務(wù)有限公司，天津 300450；2.山東省蓬渤安全環(huán)保服務(wù)有限公司，煙臺(tái) 265600)

儲(chǔ)罐作為存儲(chǔ)和輸送油品的重要設(shè)施，廣泛應(yīng)用于石油化工行業(yè)。儲(chǔ)罐的正常運(yùn)行與否對(duì)石化工藝流程的安全尤為重要。據(jù)悉，一般情況下，儲(chǔ)罐投入運(yùn)行10 a左右時(shí)，罐底板會(huì)逐漸發(fā)生腐蝕，而且隨著年份的增加腐蝕越趨嚴(yán)重，這是儲(chǔ)罐老化的主要表現(xiàn)[1]。罐底腐蝕受存儲(chǔ)介質(zhì)的種類(lèi)、性質(zhì)、溫度及自身結(jié)構(gòu)等影響[2]，通常以均勻腐蝕、點(diǎn)坑腐蝕、應(yīng)力腐蝕等形式出現(xiàn)，腐蝕區(qū)域沿中心向邊緣擴(kuò)大，在罐底板外表面的邊緣板、罐底與罐壁的結(jié)合部位尤為明顯。其中，罐底腐蝕的危害不容小覷，極易造成穿孔，影響生產(chǎn)。

目前，檢測(cè)罐底腐蝕的方法有很多，各有各的優(yōu)勢(shì)，也各有各的局限性，實(shí)際使用起來(lái)彼此界限模糊，容易造成復(fù)檢和資源浪費(fèi)[3-4]。筆者研究了一種有效的組合檢測(cè)方法，建立了不同程度腐蝕的不同檢測(cè)梯度，推薦工程實(shí)際按需施檢，避免資源浪費(fèi)。以柴油儲(chǔ)罐為例，組合應(yīng)用聲發(fā)射、漏磁和磁粉3種檢測(cè)方法，分別對(duì)其進(jìn)行腐蝕檢測(cè)，得到了較好的方法梯度，對(duì)儲(chǔ)罐底板的完整性管理具有一定的借鑒意義。

1 檢測(cè)原理

1.1 聲發(fā)射檢測(cè)原理

聲發(fā)射檢測(cè)是一種動(dòng)態(tài)的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，可用于在役儲(chǔ)罐的在線(xiàn)檢測(cè)及結(jié)構(gòu)完整性評(píng)價(jià)，主要通過(guò)儲(chǔ)罐在載荷變化時(shí)的有效活動(dòng)聲源來(lái)探測(cè)和評(píng)估腐蝕情況[5-6]，即罐底板局部腐蝕區(qū)域在罐內(nèi)液位發(fā)生變動(dòng)或穩(wěn)定于較高液位時(shí)，因承載發(fā)生變形而形成彈性波，被儀器采集，經(jīng)過(guò)分析則能得出罐底板的腐蝕情況[7]。

聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)無(wú)需開(kāi)罐，無(wú)需外部激勵(lì)，可節(jié)約開(kāi)罐費(fèi)用，降低維修成本，但因其準(zhǔn)確性有待提升，使用頻率不高。然而，聲發(fā)射檢測(cè)或可作為維修計(jì)劃的基礎(chǔ)性檢測(cè)活動(dòng)，也可用于判斷實(shí)施其他開(kāi)罐檢測(cè)方法的必要檢測(cè)[8-9]。

聲發(fā)射檢測(cè)試驗(yàn)時(shí)，筆者選用美國(guó)PAC公司生產(chǎn)的第3代全數(shù)字化系統(tǒng)(SAMOS-32)，配以DP3I型傳感器，磁基座固定，模擬源為HB鉛芯斷裂(φ0.5 mm)，檢測(cè)頻率為30 kHz～60 kHz[10]。聲發(fā)射檢測(cè)試驗(yàn)系統(tǒng)框圖示意如圖1所示。

圖1 聲發(fā)射檢測(cè)試驗(yàn)系統(tǒng)框圖示意

聲發(fā)射檢測(cè)布置雙層傳感器，通過(guò)時(shí)差濾波、參數(shù)濾波有效濾除環(huán)境、機(jī)械、電磁等噪聲，排除干擾，綜合分析有效數(shù)據(jù)，給出定級(jí)(A/I～E/V 5個(gè)等級(jí))，附以相應(yīng)的維修建議(見(jiàn)表1)[11-12]。

表1 聲發(fā)射活動(dòng)等級(jí)評(píng)價(jià)

1.2 漏磁檢測(cè)原理

漏磁檢測(cè)采用HALL(霍爾)探頭進(jìn)行，經(jīng)磁場(chǎng)磁化后的鐵磁性材料在缺陷表面會(huì)形成漏磁場(chǎng)，由于霍爾效應(yīng)，HALL探頭會(huì)發(fā)生感應(yīng)，通過(guò)漏磁通量可判斷缺陷尺寸，完成缺陷的分析[13]。漏磁檢測(cè)試驗(yàn)原理示意如圖2所示。

圖2 漏磁檢測(cè)試驗(yàn)原理示意

漏磁檢測(cè)具有速度快、易操作、無(wú)需對(duì)被檢表面做較多的清潔處理、檢測(cè)較為全面、精度高等優(yōu)點(diǎn)，但需要開(kāi)罐，不能定量分析裂紋、焊縫等微觀缺陷，儀器沉重，不適用于非鐵磁性材料，缺陷定位不夠精確[14]。

選用漏磁檢測(cè)作為聲發(fā)射檢測(cè)的下一級(jí)試驗(yàn)，對(duì)比不同腐蝕程度的兩種檢測(cè)評(píng)價(jià)結(jié)果。試驗(yàn)設(shè)備采用英國(guó)Silverwing(UK)公司生產(chǎn)的儲(chǔ)罐底板漏磁檢測(cè)系統(tǒng)(Floormap3Di)，其檢測(cè)結(jié)果的腐蝕程度及缺陷位置描述方式如圖3所示。

圖3 腐蝕程度及缺陷位置描述

1.3 磁粉檢測(cè)原理

磁粉檢測(cè)是一種成熟的無(wú)損檢測(cè)方法，主要用于檢測(cè)鐵磁性材料的焊縫或裂紋缺陷，具有設(shè)備簡(jiǎn)單、易操作、檢測(cè)周期短、表面缺陷檢測(cè)靈敏度高、費(fèi)用低的優(yōu)點(diǎn)，但需要開(kāi)罐。磁粉檢測(cè)結(jié)果一般較為直觀，通過(guò)磁痕可直接觀察缺陷的特征。

罐底板磁粉檢測(cè)是組合檢測(cè)方法的最后一步，用于發(fā)現(xiàn)較為嚴(yán)重的腐蝕缺陷。磁粉檢測(cè)設(shè)備采用DA-400S/16651磁粉探傷儀。該探傷儀通用性較強(qiáng)，固態(tài)電子器件與控制器一體，具備固定的DC或AC磁場(chǎng)。

鐵磁材料的被檢部位經(jīng)磁化后會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，其裂縫缺陷處的磁力線(xiàn)會(huì)發(fā)生彎曲繞行，繞行的磁力線(xiàn)暴露在空氣中形成漏磁通，此時(shí)在缺陷表面噴灑鐵磁粉或涂抹磁懸浮液，漏磁通會(huì)吸附部分磁粉或磁懸浮液，從而顯現(xiàn)出表征缺陷態(tài)勢(shì)的磁痕，磁粉檢測(cè)原理如圖4所示。

圖4 磁粉檢測(cè)原理示意

2 檢測(cè)方法和結(jié)果

2.1 1#儲(chǔ)罐(輕微腐蝕)檢測(cè)結(jié)果

1#儲(chǔ)罐：立式拱頂結(jié)構(gòu)，由罐頂、罐壁、底板組成，混凝土環(huán)墻基礎(chǔ)，容積為1 000 m3，儲(chǔ)存介質(zhì)為柴油，腐蝕程度輕微。其聲發(fā)射、漏磁、磁粉的3種檢測(cè)結(jié)果如下所述。

2.1.1 聲發(fā)射檢測(cè)

6個(gè)傳感器均勻布置，采集時(shí)間為2 h，各通道聲源強(qiáng)度及活動(dòng)性如表2所示，罐底板聲源平面及三維定位示意如圖5所示。

表2 1#罐底板聲源活動(dòng)性

圖5 1#罐底板聲源平面及三維定位示意

由數(shù)據(jù)分析得知，1#儲(chǔ)罐個(gè)別通道聲發(fā)射撞擊次數(shù)較多，累計(jì)撞擊總數(shù)為736次，罐底板定位點(diǎn)數(shù)較少，綜合評(píng)價(jià)為II級(jí)，屬輕微腐蝕，短期內(nèi)不考慮維修，建議5 a內(nèi)開(kāi)罐詳查或再次進(jìn)行聲發(fā)射檢測(cè)。

2.1.2 漏磁檢測(cè)

1#儲(chǔ)罐底板漏磁檢測(cè)缺陷分布如圖6所示。

圖6 1#儲(chǔ)罐底板漏磁檢測(cè)缺陷分布

圖7 1#儲(chǔ)罐底板腐蝕形貌

由數(shù)據(jù)分析得知，1#儲(chǔ)罐底板腐蝕缺陷較少且腐蝕程度輕微(多數(shù)為板厚的20%～30%)，主要集中于上表面。1#儲(chǔ)罐底板漏磁檢測(cè)結(jié)果與聲發(fā)射檢測(cè)結(jié)果基本一致，具體腐蝕形貌如圖7所示。

2.1.3 磁粉檢測(cè)

1#儲(chǔ)罐底板內(nèi)側(cè)大角焊縫磁粉檢測(cè)結(jié)果如圖8所示。

圖8 1#儲(chǔ)罐底板內(nèi)側(cè)大角焊縫磁粉檢測(cè)結(jié)果

1#儲(chǔ)罐底板內(nèi)側(cè)大角焊縫全長(zhǎng)度檢測(cè)結(jié)果表明，無(wú)缺陷存在。在漏磁檢測(cè)評(píng)價(jià)結(jié)果的基礎(chǔ)上，磁粉檢測(cè)未能發(fā)現(xiàn)更為深入的問(wèn)題。

2.2 2#儲(chǔ)罐(一般腐蝕)檢測(cè)結(jié)果

2#儲(chǔ)罐為立式拱頂結(jié)構(gòu)，由罐頂、罐壁、底板組成，混凝土環(huán)墻基礎(chǔ)，容積為1 000 m3，儲(chǔ)存介質(zhì)為柴油，腐蝕程度一般。其聲發(fā)射、漏磁、磁粉檢測(cè)結(jié)果如下所述。

2.2.1 聲發(fā)射檢測(cè)

6個(gè)傳感器均勻布置，采集時(shí)間為2 h，各通道聲源強(qiáng)度及活動(dòng)性如表3所示，該儲(chǔ)罐底板聲源平面及三維定位如圖9所示。

表3 2#儲(chǔ)罐底板聲源活動(dòng)性

圖9 2#儲(chǔ)罐底板聲源平面及三維定位

由數(shù)據(jù)分析得知，2#儲(chǔ)罐部分通道聲發(fā)射撞擊次數(shù)較多，累計(jì)撞擊總數(shù)為5 271次，罐底板定位點(diǎn)數(shù)較多但不集中，綜合評(píng)價(jià)為Ⅲ級(jí)，屬一般腐蝕，建議暫不考慮維修，3 a內(nèi)開(kāi)罐詳查或再次進(jìn)行聲發(fā)射在線(xiàn)檢測(cè)。

2.2.2 漏磁檢測(cè)

2#儲(chǔ)罐底板漏磁檢測(cè)缺陷分布如圖10所示。

圖10 2#儲(chǔ)罐底板漏磁檢測(cè)缺陷分布

由數(shù)據(jù)分析可知，2#儲(chǔ)罐底板存在一定程度的腐蝕，腐蝕分布區(qū)域較多，部分區(qū)域腐蝕程度達(dá)到板厚的30%～40%，個(gè)別區(qū)域達(dá)到40%～50%，且上下表面均有腐蝕，存在坑蝕、分層等現(xiàn)象。2#儲(chǔ)罐底板的漏磁檢測(cè)評(píng)價(jià)結(jié)果較聲發(fā)射檢測(cè)評(píng)價(jià)結(jié)果更為詳細(xì)，具體腐蝕形貌如圖11所示。

圖11 2#儲(chǔ)罐底板腐蝕形貌

2.2.3 磁粉檢測(cè)

2#儲(chǔ)罐底板內(nèi)側(cè)大角焊縫磁粉檢測(cè)結(jié)果如圖12所示。

圖12 2#儲(chǔ)罐底板內(nèi)側(cè)大角焊縫磁粉檢測(cè)結(jié)果

2#儲(chǔ)罐底板內(nèi)側(cè)大角焊縫全長(zhǎng)度檢測(cè)結(jié)果表明，無(wú)缺陷存在。在漏磁檢測(cè)評(píng)價(jià)結(jié)果的基礎(chǔ)上，磁粉檢測(cè)評(píng)價(jià)未能發(fā)現(xiàn)更為深入的問(wèn)題。

2.3 3#儲(chǔ)罐(嚴(yán)重腐蝕)檢測(cè)結(jié)果

3#儲(chǔ)罐：立式拱頂結(jié)構(gòu)，由罐頂、罐壁、底板組成，混凝土環(huán)墻基礎(chǔ)，容積為500 m3，儲(chǔ)存介質(zhì)為柴油，腐蝕程度嚴(yán)重。其聲發(fā)射、漏磁、磁粉檢測(cè)試驗(yàn)結(jié)果如下所述。

2.3.1 聲發(fā)射檢測(cè)

4個(gè)傳感器均勻布置，采集時(shí)間為2 h，各通道聲源強(qiáng)度及活動(dòng)性如表4所示，該儲(chǔ)罐底板聲源平面及三維定位如圖13所示。

表4 3#儲(chǔ)罐底板聲源活動(dòng)性

圖13 3#儲(chǔ)罐底板聲源平面及三維定位

由數(shù)據(jù)分析得知，3#儲(chǔ)罐部分通道聲發(fā)射撞擊次數(shù)較多，累計(jì)撞擊總數(shù)為4 172次，罐底板定位點(diǎn)數(shù)較多且分布集中，綜合評(píng)價(jià)為IV級(jí)，屬?lài)?yán)重腐蝕，建議1 a內(nèi)開(kāi)罐檢查維修。

2.3.2 漏磁檢測(cè)

3#儲(chǔ)罐底板漏磁檢測(cè)缺陷分布如圖14所示。

圖14 3#儲(chǔ)罐底板漏磁檢測(cè)缺陷分布

由數(shù)據(jù)分析得知，3#儲(chǔ)罐底板腐蝕較為嚴(yán)重，上下表面均有腐蝕，分布較為集中，且局部區(qū)域已經(jīng)出現(xiàn)穿孔。3#儲(chǔ)罐底板的漏磁檢測(cè)評(píng)價(jià)結(jié)果較聲發(fā)射檢測(cè)評(píng)價(jià)結(jié)果更為詳細(xì)，具體腐蝕形貌如圖15所示。

圖15 3#儲(chǔ)罐底板腐蝕形貌

2.3.3 磁粉檢測(cè)

3#儲(chǔ)罐底板焊縫裂紋缺陷磁粉檢測(cè)結(jié)果如圖16所示。

圖16 3#儲(chǔ)罐底板焊縫裂紋缺陷磁粉檢測(cè)結(jié)果

3#儲(chǔ)罐底板內(nèi)側(cè)大角焊縫全長(zhǎng)度檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)，罐底板裂紋缺陷累計(jì)長(zhǎng)度為1 750 mm，屬于危險(xiǎn)性缺陷，易引起結(jié)構(gòu)的脆性斷裂，繼續(xù)使用存在重大安全隱患，應(yīng)立即打磨消除后再次復(fù)檢。由此可見(jiàn)，3#儲(chǔ)罐底板的磁粉檢測(cè)評(píng)價(jià)結(jié)果是其漏磁檢測(cè)評(píng)價(jià)結(jié)果的有力補(bǔ)充。

3 匯總分析

重復(fù)試驗(yàn)，共計(jì)選取了20臺(tái)儲(chǔ)罐，對(duì)其底板分別進(jìn)行了聲發(fā)射、漏磁、磁粉檢測(cè)研究，結(jié)果如表5所示。

表5 3種檢測(cè)方法對(duì)20臺(tái)儲(chǔ)罐的試驗(yàn)結(jié)果

分析表5可知，在儲(chǔ)罐完整性檢驗(yàn)評(píng)估工作中，針對(duì)其底板實(shí)施漏磁、磁粉檢測(cè)的必要性隨聲發(fā)射檢測(cè)評(píng)價(jià)結(jié)果的嚴(yán)重程度遞增。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)聲發(fā)射檢測(cè)評(píng)價(jià)結(jié)果為Ⅱ級(jí)及以上時(shí)，漏磁、磁粉檢測(cè)的評(píng)價(jià)結(jié)果較好，實(shí)施開(kāi)罐檢測(cè)的必要性不強(qiáng)；當(dāng)聲發(fā)射檢測(cè)評(píng)價(jià)結(jié)果為Ⅲ級(jí)及以下時(shí)，漏磁檢測(cè)評(píng)價(jià)結(jié)果會(huì)更為詳細(xì)，但磁粉檢測(cè)要到聲發(fā)射檢測(cè)評(píng)價(jià)結(jié)果為Ⅳ級(jí)及以下時(shí)，才有必要實(shí)施。

4 結(jié)論

(1)聲發(fā)射評(píng)價(jià)為Ⅱ級(jí)及以上級(jí)別的儲(chǔ)罐，無(wú)需開(kāi)罐實(shí)施漏磁和磁粉檢測(cè)。

(2)聲發(fā)射評(píng)定為Ⅲ級(jí)的儲(chǔ)罐，有必要開(kāi)罐實(shí)施漏磁檢測(cè)，但無(wú)需實(shí)施磁粉檢測(cè)。

(3)聲發(fā)射評(píng)定為Ⅳ級(jí)及以下級(jí)別的儲(chǔ)罐，有必要開(kāi)罐實(shí)施漏磁、磁粉檢測(cè)，進(jìn)一步探究詳細(xì)的腐蝕信息，了解儲(chǔ)罐的真實(shí)狀態(tài)。

以上結(jié)論對(duì)儲(chǔ)罐完整性評(píng)價(jià)工程實(shí)際具有積極的借鑒意義，可作為控制儲(chǔ)罐運(yùn)維成本的參考依據(jù)。聲發(fā)射、漏磁、磁粉檢測(cè)技術(shù)的組合應(yīng)用是無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域的新嘗試，有助于儲(chǔ)罐安全檢驗(yàn)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。