大型在役油罐檢測技術方法研究

徐雙友 趙獻民(中石化管道儲運公司襄陽輸油處湖北省襄陽市441002)

一、國內外儲罐檢測技術的發展現狀及趨勢

金屬儲罐由于長年在自然環境和液位變化條件下運行，不可避免地受到各種損傷。特別是環境中的化學腐蝕和電化學腐蝕所引發的腐蝕穿孔、裂紋擴展以及破裂等，使介質泄漏，引起嚴重災害和環境污染，造成人員和財產的巨大損失。因此，儲罐檢測、修復和安全評定一直受到國內外有關企業和工程技術人員的重視。

二、研究檢測技術的目的、意義以及市場前景

常壓儲罐因腐蝕導致底板減薄和穿孔泄漏的事故時有發生。根據調查，由于腐蝕而引起的儲罐失效占全部儲罐失效的60%以上，因此采取有效的儲罐底板腐蝕檢測方法，對安全生產、節約資源和保護環境都具有重大意義。大型常壓儲罐通常根據固定的周期進行停產開罐檢驗，檢驗多采用常規的無損檢測方法，但這些方法需要經過清空原料、開罐、清洗、去除表面防腐層、檢驗和重新防腐等一系列過程。檢驗成本高、周期長，有時效果還不太好。還有的情況是，當花費了大量人力、物力和財力，經常規無損檢測方法檢測后卻認為不需要任何維修。所以，希望有一種新的檢測技術，在不需要開罐的情況下對儲罐的安全狀況進行評估。鑒于此，將聲發射在線檢測和評價技術引入到常壓儲罐的不停產、不清罐檢測成為應用的熱點。根據聲發射檢測和質量分級的結果，為常壓儲罐開罐檢驗的周期和最佳時機的選擇提供科學依據。本項目針對大型儲罐群，基于完整性管理理念，依托聲發射在線檢測技術和漏磁檢測技術開展罐群評估，提高了設備管理水平，降低了生產運行成本，保證了設備安全，市場應用前景廣闊。

三、研究方案

課題研究的總體技術路線如圖2-1所示。

四、具體的研究方法包括：

1.綜合運用金屬腐蝕理論、現代信號分析技術和聲信號傳播理論，對不同油品介質腐蝕過程進行聲發射監測，研究腐蝕過程聲發射信號特性，提取儲罐底板腐蝕過程聲信號，建立腐蝕速率與聲發射特征參量間關系的量化評價模型；

2.運用統計分析理論，根據已有的大型儲罐聲發射在線檢測數據，對影響儲罐底板腐蝕的各種因素進行統計分析，確定主要影響因素；

3.采用Bayes網絡智能決策理論，建立基于聲射在線檢測信息和儲罐底板主要影響因素的Bayes網絡智能評價模型，實現對大型儲罐底板腐蝕損傷狀況的智能評價；

4.應用聲發射在線檢測技術對現場大型儲罐進行檢測，利用儲罐底板漏磁檢測儀進行開罐檢驗，獲取部分樣本儲罐底板腐蝕損傷狀況的直觀數據；

5.根據前期項目積累的儲罐聲發射在線檢測與漏磁開罐掃描檢測數據，結合實驗室實驗數據，建立聲發射信號活動度和風險腐蝕速率的關系曲線。同時構建聲發射在線檢測數據和板厚漏磁掃描數據對應的數據庫，以用于罐底部腐蝕損傷狀態的評估。

6.根據項目進行期間獲得的部分樣本儲罐聲發射在線檢測與漏磁開罐掃描檢測數據，修正腐蝕速率的聲發射評價曲線，驗證儲罐底板腐蝕損傷狀況的Bayes網絡智能評價模型，實現基于聲發射在線檢測技術的大型儲罐底板腐蝕損傷評價和壽命預測。

7.C#程序設計語言，編制大型儲罐腐蝕損傷智能評價及預測分析系統，同時集成大型儲罐的日常管理、信息統計、報表輸出、安全管理、檢測報告管理等功能，實現儲罐的綜合信息管理。

8.厚板磁化結構優化設計研究。大型儲罐邊緣板比較厚，一般12.5-23mm。為了使儲罐底板能夠被磁化到近80%磁感應強度，減輕儀器重量和磁鐵與底板之間引力，需要優化設計檢測儀的磁化結構。

9.弱磁場聚磁技術研究。由于大型儲罐底板較厚，缺陷處的漏磁信號很弱，采用普通的磁傳感器很難獲得缺陷漏磁信號。通過設計傳感器聚磁裝置來提高其檢測靈敏度，聚磁片采用高導磁材料制作，將底板表面上的微弱磁場聚集，增加檢測的靈敏度。本課題將設計并選擇合理的聚磁結構，研究添加聚磁結構后漏磁場隨缺陷參數的變化。

10.缺陷漏磁場空間分布研究。儲罐底板漏磁檢測技術對缺陷的量化建立在對缺陷漏磁場的空間分布研究基礎上，只有對不同種類、不同大小缺陷的漏磁場空間分布進行大量研究，才能提取出量化的漏磁信號特征。需要采用有限元分析大量缺陷漏磁場的三維空間分布。

11.相關參數對缺陷漏磁場的影響分析。將有限元分析仿真數據和實驗數據分析結合，根據缺陷漏磁仿真信號大量統計數據的信號分析處理，研究缺陷外形特征相關參數對腐蝕缺陷漏磁場分布的影響。通過研究分析提取漏磁信號相應的特征量，并研究缺陷外形特征參數與漏磁信號特征量的關系。根據特征量來定性分析識別判斷缺陷的存在，為缺陷輪廓的三維重構提供理論依據。

12.缺陷多通道漏磁信號反演與重構方法研究。采用多尺度分析方法對缺陷漏磁信號進行分析，選擇缺陷漏磁場的垂直分量作為研究對象，對缺陷信號分別進行時域、頻域和頻譜分析，并選取用于信號量化分析的特征量。根據缺陷樣本，建立用于識別缺陷類型的神經網絡，對每路傳感器的預測結果進行數據融合得到缺陷類型的最終預測結果。將缺陷類型的預測結果與缺陷樣本相結合建立用于量化缺陷的神經網絡，完成從缺陷漏磁信號到缺陷幾何尺寸的映射。對缺陷重構方法進行深入研究，根據量化結果，建立相應的“缺陷矩陣”完成缺陷的定位及三維輪廓的重構，實現腐蝕缺陷的可視化。

13.厚板漏磁掃描檢測儀樣機研制，根據理論分析的結果和現場實際檢測的要求，研制適應厚板檢測的大型儲罐底板漏磁掃描檢測儀樣機。主要包括：弱磁信號調理模塊；高精度定位模塊設計；儀器結構優化設計；數據采集和處理分析軟件設計。