常壓儲罐底板腐蝕漏磁檢測

陳 虎,林遠龍,祝金丹

(1.寧波市特種設備檢驗研究院,寧波 315020;2.浙江紡織服裝職業技術學院機電與信息工程學院,寧波 315211)

對在用常壓儲油罐底板的腐蝕減薄情況進行可靠有效地定性、定量檢測評估是保證石化工業、油田集輸站安全運行的關鍵。實際上,儲罐因底板腐蝕而發生泄漏的情況時有發生,既影響了生產也帶來了庫區安全隱患。美國石油學會早在1991年制訂的API 653標準[1]中對包括底板在內的地上儲罐結構完整性及運行狀況提供了預防性維修和檢驗檢測技術要求,但并未給出具體的儲罐底板腐蝕檢修程序。從檢測技術角度來講,漏磁和聲發射技術被廣泛應用于底板全面檢驗,而作為輔助手段,超聲、磁粉、渦流、滲透和超聲波測厚等方法被用于局部抽檢和復驗。我國于2003年才將漏磁檢測應用于油罐檢驗,2007年相關的漏磁檢測標準[2]才正式出臺。相對而言,我國常壓金屬儲罐漏磁檢測技術正處于起步發展階段,油罐使用和相關檢驗單位對于底板腐蝕減薄漏磁檢測技術還不甚了解,還需要大量的研究、實踐工作,以推動漏磁技術在油罐底板腐蝕檢測的應用。以下筆者針對近期多臺油罐集中漏磁檢測過程中所發現與總結的問題作一簡要介紹。

1 金屬底板腐蝕與漏磁檢測設備

常壓儲罐儲存的介質主要為原油和污水等。含水油品中的無機鹽成為導致儲罐底板腐蝕的誘因。腐蝕原因主要可以分為三類[3]：含水油品中的高滲透性無機鹽水解酸化后滲過防腐層或襯墊層進入底板表面,引起底板大面積腐蝕和焊縫區腐蝕(湖狀蝕坑);水中無機鹽分形成的電解液在腐蝕產物與底板板材、不同材質(鋁質立柱與底板板材)、同材質不同電勢組織間造成的電化學腐蝕(錐形蝕坑);罐底無氧條件下的硫酸鹽致細菌腐蝕(針絲狀蝕坑)等。典型的蝕坑類型及位置見圖1。

圖1 典型底板蝕坑類型及位置

漏磁檢測最早應用于焊縫、鋼管和棒材的探傷,近年來才應用于常壓儲罐底板腐蝕減薄檢測。圖2為典型的漏磁檢測裝置示意圖,其中磁橋由永磁鐵或電磁鐵組成,用于磁化底板金屬;探頭由霍爾元件陣列或線圈組成,用于檢測漏磁信號。從設備類型來分,可以分為單次掃查面積較大的“推車式”和用于局部非規則區域掃查的“手持式”,其目的在于兩者輔助使用,以提高油罐底板漏磁檢測面積重疊率。

圖2 漏磁檢測裝置

筆者檢測所使用的底板漏磁檢測儀為FloormapVS2漏磁掃描儀,有16組霍爾傳感器,掃查寬度250mm,單次最大掃描長度 15m,掃描速度0.5m/s;測試厚度范圍最大20mm,最大穿透防腐層厚度6mm;靈敏度為無防腐層10%和有防腐層20%;重量 55kg;掃查范圍為 100%(機械障礙除外)。

2 儲罐底板漏磁檢測經驗

在對漏磁檢測原理與漏磁檢測設備充分了解的基礎上,筆者參與了中石化、中石油和寧波港集團等單位的近30臺儲油罐和污水罐的底板腐蝕漏磁檢測工作,油罐容量涉及60～30000m3,基本覆蓋國內常見常壓儲油罐結構類型,包括拱頂式儲罐、浮頂式儲罐和內浮頂式儲罐等結構。綜合對檢測過程中遇到的一些共性問題的認識及解決辦法的探索,作簡要總結。

2.1 掃查覆蓋率(掃查范圍)

隨著儲罐容積的增大,罐內件功能結構也隨之變得復雜。儲液進出管、液位計、虹吸管、取樣管器、加熱(冷卻)器、浮頂人孔梯和浮頂立柱等與底板直接或間接相連的結構在儲罐檢驗過程中通常是不予拆卸的,因此也成為底板漏磁檢測掃查時的機械障礙,其所對應的底板連接區域是無法進行漏磁檢測掃查的;底板對、搭接焊縫區域和底板與壁板角焊縫也會由于存在結構不連續而無法掃查;另外,漏磁檢測設備也不可避免存在一定面積的檢測盲區,這就造成了實際的底板漏磁檢測掃查過程中,無法保證儲罐底板的100%掃查,掃查覆蓋率(有效檢測區面積/底板面積)隨著罐底機械障礙的增多而降低,如圖3所示。因此,為盡可能地提高檢測覆蓋率,降低缺陷漏檢的可能性,在使用推車式漏磁檢測設備進行罐底大面積掃查的同時,對于儀器無法到達的底板區域和檢測盲區,需要采用手持式漏磁檢測儀或超聲波測厚儀,結合宏觀檢查,來輔助提高檢測覆蓋率;對于底板對/搭接焊縫,需要輔以適當的真空檢漏方法進行檢驗。

圖3 底板檢測有效面積

2.2 缺陷方向性對漏磁檢測結果的影響

底板磁化后,腐蝕點由于厚度減薄引起的局部體積明顯缺失而引起此處漏磁,信號被經過此點的探頭捕捉后獲得蝕坑減薄信息。實際上,底板漏磁檢測對于大面積的腐蝕均勻減薄并沒有表現出較高的靈敏度,而對于較小腐蝕面積(相對于勻速運行中探頭前后采樣時間內行經的面積)或區域厚度突變情況則檢出率較高,這主要是局部腐蝕厚度發生明顯減薄時漏磁信號峰值較高,更利于探頭的信號捕捉。另外,在實際檢驗中發現,當蝕坑表現一定的方向性時,對此蝕坑進行不同角度的掃查時,其漏磁檢測結果會受到影響,探頭運動掃查方向平行于蝕坑最大厚度變化方向時,其漏磁信號峰值最強,漏磁檢測結果與超聲測厚結果最為接近。圖4為檢驗現場使用推車式VS2漏磁掃描儀對一長條形由機械損傷引起的痕坑缺陷進行不同方向掃查時設備記錄下的不同結果。可以看出,當探頭運行方向垂直于缺陷方向時(對應于最大厚度變化方向),掃查結果值最高。而平行于缺陷方向運動時,掃查結果顯示幾乎沒有明顯減薄發生。因此,有必要進一步研究缺陷方向性與漏磁檢測掃查方向的關系。建議針對此類型缺陷(非圓形缺陷)盡可能選擇與缺陷方向垂直的方向掃查;同時對于某點掃查結果懷疑時也應對該區域進行不同方向的掃查,以保證檢測定量的準確性。

2.3 底板剩磁對檢測結果的影響

由于現場包括底板表面狀況、現場振動都在一定程度上對勻速運行中的漏磁檢測設備檢測結果有定量甚至定性影響。此時,在可能的情況下,一般要求對底板首次掃查時結果顯示高減薄點或主觀懷疑區域多次掃查以進行結果復驗。復驗時,磁滯效應使得底板在首次掃查后仍存在部分剩磁,如不進行消磁就進行同方向掃查復驗,剩磁的存在會影響復驗掃查時底板磁場分布,尤其是有缺陷存在的區域,其剩磁的影響更大[4],從而影響結果的穩定性。因此,無論是使用校準試板進行儀器校準,還是底板實際掃查時需要特別復驗時,都要考慮采取措施對已掃查區域進行消磁處理。通常,反向掃查、適當機械振動等都可以較好地對底板進行消磁。

在現場掃查過程中,在經復驗確定缺陷存在的情況下,其缺陷的腐蝕減薄量應以首次掃查(首次磁化)記錄結果為準;結合缺陷方向性的影響考慮,對高減薄量區域進行多掃查方向驗證。

2.4 缺陷單板定位

對于欲掃查的底板,需要準確地找到缺陷相對于底板基點的位置。FloormapVS2漏磁掃描儀(電腦模式)可以在每次掃查軌跡結束后通過圖形顯示和坐標定位給出缺陷的具體位置(如：減薄量35%;位置X：1532Y：401)。從實際檢測過程來看,單純用儀器給出的坐標值來進行定位是不準確的;這是由于為了確保掃查覆蓋率,每一掃查軌跡都有一部分區域是相互重疊的,如圖5所示。此時,垂直于軌跡方向的坐標值(Y)就會由于重復重疊的原因而小于實際缺陷在此方向的坐標值;而軌跡運動方向(X值)可以精確顯示缺陷沿掃查方向距離。當然,對于底板正面腐蝕是可以觀察到的,但對于潛在危險性更大的底板背部腐蝕,由于無法直接觀察到,就必須準確定位。因此,在對缺陷定位時,建議使用掃查距離(含盲區),即系統記錄的X值為圖5缺陷水平方向位置坐標;而對于垂直軌跡方向需要結合此次掃查軌跡圖中缺陷顯示的探頭通道數來定位后采用人工方式,測量其與基點的距離值(Y值),最終在記錄中準確反映。

圖5 相互重疊的掃查軌跡

2.5 使用超聲方法對蝕坑進行驗證

常規精度的超聲波測厚儀適合檢測湖狀蝕坑的腐蝕狀況,但并不適合錐形或管狀底板蝕坑的檢測。這主要是由于采用單晶探頭的測厚儀在檢測過程中對于來自極小區域或具有與超聲發射波不垂直表面的蝕坑靈敏度很低。而采用雙晶直探頭 A掃描方式的超聲波儀(B掃描、C掃描更好)則更適合此類缺陷的檢測[5]。但如果對于6mm以下的儲罐底板掃查,由于盲區的原因,超聲方法并不適合用來復驗漏磁檢測結果。

2.6 底板表面狀況的影響

罐底板的表面狀況影響漏磁檢測結果。表面粗糙,需要適當提高漏磁設備的檢測門檻值才可以有效去除由于非缺陷信號(噪聲)的影響,以保證結果的準確性,防止缺陷誤判;表面粗糙,需要適當調高設備探頭與表面的間距以保護探頭,其結果會降低漏磁檢測儀的掃查敏感度,影響結果判斷。

3 結論

儲罐底板漏磁檢測技術是一種高效、較高精度的針對底板腐蝕減薄狀況進行檢測的面掃查技術,已逐漸應用于立式儲罐底板的腐蝕狀況安全評估過程。筆者結合大量儲罐底板漏磁檢測掃查的實際經驗,簡要總結如下：

(1)實際檢測過程,僅憑漏磁檢測設備是無法完成底板腐蝕100%檢驗覆蓋的,需要借助其他檢測方法來確保底板檢測的完整性。

(2)缺陷方向對漏磁檢測結果有影響。對于非圓形缺陷,建議掃查方向垂直于缺陷方向(對應于最大厚度變化方向),以提高檢測精度。

(3)剩磁對底板同位置漏磁復驗結果有影響;進行漏磁復驗時需要采取措施進行此區域消磁。

(4)應采用漏磁設備行進距離和單軌跡中探頭通道指示來對缺陷進行單板定位。

(5)超聲波測厚儀作為漏磁設備的輔助設備,并不能完成對所有底板蝕坑進行復驗。

(6)底板表面狀況影響漏磁檢測的精度。

[1]API 653—2001 Tank Inspection,Repair,Alteration,and Reconstruction[S].

[2]JB/T 10765—2007 無損檢測 常壓金屬儲罐漏磁檢測方法[S].

[3]Santos J B,Perdig?o F.Automatic defects classification-A contribution[J].NDT and E International,2001,34(5)：313-318.

[4]Cameron N B.Recommended practice for magnetic flux leakage inspection of atmospheric storage tank floors[R].UK：HSE Infoline,2006：21

[5]Marino A,Drury J C.A Comparison of the Magnetic Flux Leakage and Ultrasonic Methods in the Detection and Measurement of Corrosion Pitting in Ferrous Plate and Pipe[C]//15th World Conference on Non-Destructive Testing.Rome：[s.n.],2000：701.