儲罐在線檢測評價技術研究

摘要：常壓立式儲罐聲發射在線檢測技術的最主要特點是它的動態特性，即結構需在激勵的情況下才能進行檢測。本文對聲發射技術在儲罐底板腐蝕在線檢測的實驗研究進行了簡單的論述。

關鍵詞：聲發射 腐蝕 檢測 實驗研究

1、前言：

大型金屬儲罐是石油生產及原油儲運行業常用、重要設備之一，屬于常壓容器、薄壁結構范疇。在運行過程中，由于液位和地基的不斷變化，隨著時間的推移，儲罐底板將受到一定的損傷或產生活性缺陷，加之由于儲罐浮頂密封的損壞、中央排水管的泄露、原油中析出的水份等，致使大量的水和原油中雜質沉積于儲罐底板，這些水和雜質都具有相當的腐蝕作用，可以說腐蝕是不可避免的。通過我們幾年來儲罐底板腐蝕離線檢測結果來看，有些儲罐底板的腐蝕破壞是十分嚴重的，最大的腐蝕深度有的已經達到設計厚度的80%以上，有的甚至達到穿孔。腐蝕不僅給安全生產帶來重大隱患，同時給儲罐的管理及安全環境帶來嚴重的后果。2000年，大慶石化總廠的一個5000m3 污水沉降罐由于腐蝕穿孔造成基礎下陷，將儲罐底板撕裂形成整體報廢，造成了巨大的直接經濟損失和減產等方面的間接經濟損失。

立式儲罐的檢測及維修費用非常昂貴，一次檢修費用大約占儲罐建設費用的10%左右。

采用在線檢測、評估和計算機分析方法，研究常壓立式儲罐在線泄漏、損傷檢測、腐蝕等級劃分與結構完整性評價技術，實現對立式儲罐狀態的動態檢測和科學管理，在降低檢測、維修費用，減少環境污染，提高設備的安全性等方面，有很好的推動作用。 采用生發射研究成果，可以變定期檢測為狀態檢測，將有助于油田綜合效益和管理水平的提高。

據國外2000多臺被檢立式儲罐的資料統計表明，54％的罐為不需要離線清罐檢修，只有9％的儲罐需要及時檢測與修復。其它罐為有一定的損傷，需要制定合理的維修計劃。我們在大慶油田儲運銷售分公司和采油二廠共做了50個儲罐在線檢測，并對其中的7個儲罐進行了開罐檢查驗證，在線檢測準確率在100%。結果表明：50%的儲罐底板腐蝕狀態較為輕微，不需要維修；25%的儲罐應該進入檢修預備狀態；25%的儲罐急待檢修。目前儲罐底板檢測的常用方法是定期離線無損檢測，工作順序為：停工、清罐、除銹、檢測，檢測手段主要采用漏磁、 超聲等。這些方法在不停產情況下對如何識別“好罐”與“壞罐”，是無能為力。因此，迫切需要一種與之相配套的立式儲罐在線泄漏、損傷、腐蝕檢測與評價技術。儲罐罐底是儲罐結構中最容易發生腐蝕和泄漏的部位，因此，儲罐罐底的腐蝕檢測與評價應該得到足夠的重視。

2儲罐在線檢測的特點：

立式儲罐在使用過程中，劣化的最常見形式是遭受各種各樣的腐蝕，其中最易受到破壞和發生問題的部位是儲罐的罐底。聲學檢測是對儲罐底部進行在線檢測的有效方法， 不僅能判斷罐底是否有活性聲源而且可確定其位置，這些聲源表明存在泄漏或有腐蝕損傷。采用儲罐罐底聲學檢測，具有如下的特點：

2．1對儲罐的完整性不會有任何影響。不用開罐，只需通過按圓周布置在罐外的聲學換能器接收的信號來判定罐底是否有聲源及其位置。

2．2實現實時和在線檢測。可以根據需要來安排聲學檢測，不影響正常的生產，只需在檢測前的一小段時間內保持液位穩定。

2．3檢測結果直觀、明確。檢測報告中包括有確定了任何可疑聲源和罐底定位的圖，從中可以非常直觀的了解被檢儲罐罐底的情況。

2．4聲學監測與超聲測厚相結合，可以對儲罐進行整體在線檢測和結構完整性評價，提高檢測結果的可靠性。

3檢測原理：

聲學檢測技術的最主要的特點是它的動態特性，即結構需在激勵的情況下才能進行檢測。雖然立式儲罐中腐蝕過程產生的信號非常微弱，很難被換能器接收到，但由于儲罐在工作狀態下，可以通過液位變化產生激勵源。在腐蝕狀態下，儲罐罐底可形成以下兩種主要有效聲源。

4儲罐在線檢測與評價的方法

4．1 聲學檢測時，在儲罐的外壁上按一定陣列固定換能器并接收來自“聲源”的信號，通過專門的軟、硬件對這些信息進行數據采集與處理分析，以判斷儲罐的腐蝕情況以及罐底是否存在泄漏。。

4．2儲罐內部產生的腐蝕，主要取決于儲罐的材質、介質和應力水平。采用聲學在線檢測方法(罐壁)和典型區域超聲測厚方式(罐壁和浮頂)相結合方法進行腐蝕損傷檢測與評價。

5應用實例

5．1儲罐的基本情況(一儲運銷售分公司北油庫1號儲罐為例)

儲罐的設計壓力：常壓；

工作介質：原油；

儲罐設計儲量：20000m3

最大儲量：20400m3

儲罐直徑：D=40.632m

儲罐高度：H=19895mm

5．2檢測儀器及參數設置

檢測儀器為SPARTAN AT-32通道聲學檢測分析儀(需改動)和美國26MG高靈敏度超聲測厚儀。聲學檢測分析儀設置總增益為70 dB(前放40dB，主放30dB)，門檻為35dB，定位方式為三角時差定位和區域定位。

5．3檢測步驟

5．3．1在罐體外壁按一定陣列安裝換能器。

5．3．2儀器調試合格后，在距離換能器100mm處進行鉛芯(φ0.5mmHB鉛芯)斷裂信號標定，以確認各通道均具有較高靈敏度，且各通道靈敏度差在3dB以內。并對其中幾個定位陣列進行定位標定。聲學檢測結束后，應再次對系統進行標定，以確保各通道在檢測期間正常工作。

5．3．3在液位升、保和降變化過程中進行聲學在線檢測。

5．3．4根據聲學在線檢測和超聲測厚結果，對該罐的結構完整性、是否存在泄漏做出綜合評價。

5．4檢測結果與分析

利用聲發射技術對20000m3原油儲罐進行了不同操作階段的監測。

5．4．1儲罐罐壁的聲學檢測結果表明，在液位保持階段，各通道信號數很少，故認為罐壁在該操作條件下表現出較好的狀態，即變形較小或腐蝕不嚴重。

5．4．2儲罐罐底的聲學檢測結果

5．4．2．1在不同時間內對液位保持階段(H=13.10m)的罐底進行了監測，通過對其定位圖及幅度分布圖的分析可以看出，在該階段中罐底沒有出現表明泄漏的聲源集中定位集團，僅出現較多分散信號。這表明該罐罐底不存在泄漏或滲漏現象，但罐底存在較明顯的腐蝕。

5．4．2．2液位降低階段，由于流動較大，定位點的分布趨向為沿流動方向密度增加，且出口處最為集中，這相當于一個很大的模擬泄漏點。

5．4．3開罐檢測底板結果與聲學檢測結果一致，罐底有很多的均勻腐蝕坑和腐蝕產物存在(最深處約為5.4mm，儲罐底板的實際厚度為6mm)。 并參照GB/T 18182-2000，結合儲罐罐底腐蝕狀態評價方法，得出如下結論：

5．4．3．1罐底聲源強度為Ⅳ級；

5．4．3．2罐底聲源活動性為Ⅴ級；

5．4．3．3罐底聲源定位分析為Ⅴ級。

綜合考慮上述分析結論及儲罐外觀檢查情況，認為該儲罐罐底板腐蝕嚴重，等級為E級。儲罐底板的實際情況見下列照片。

6 結 論

(1)聲學檢測是對儲罐底部進行在線檢測的最有效方法， 不僅能判斷罐底是否有活性聲源，而且確定其位置。

(3)由于罐底的沉積物的影響，這將會使聲學儀接收到的信號有顯著的提高，并形成斷續的信號群。

(4)立式儲罐罐底聲源產生機理的有關理論分析，已得到模擬立式儲罐泄漏試驗的驗證，并為現場立式儲罐的聲學檢測與分析提供了重要的理論依據。

(5)20000m3渣油儲罐的聲學檢測結果表明， 采用該項技術可以對立式儲罐的腐蝕狀態和結構完整性作出評價。

參考文獻

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