大型常壓儲罐在線超聲檢測及相關(guān)設(shè)備研制關(guān)鍵技術(shù)研究

方 舟 劉德宇 李光海

（中國特種設(shè)備檢測研究院 北京 100029）

常壓儲罐是石化裝置和儲運(yùn)系統(tǒng)的重要組成部分，具有容積大，分布集中和可儲存易燃、易爆、有毒介質(zhì)等特點(diǎn)。近些年來，隨著世界石油工業(yè)的迅速增長和能源需求的不斷增加，原油和成品油的儲備受到了各國的普遍關(guān)注，因此對各類油庫的儲備能力提出了更高的要求，各類儲罐的數(shù)量也急劇增加[1-2]。目前，10萬立方米儲罐已成為我國石油化工行業(yè)原油儲罐建設(shè)的主要結(jié)構(gòu)。

在常壓儲罐的使用過程中，由于承載介質(zhì)的壓力、溫度以及外界環(huán)境因素的共同影響，儲罐會產(chǎn)生腐蝕、裂紋等多種缺陷，其中罐底腐蝕是造成常壓儲罐失效的最主要原因之一。當(dāng)儲罐發(fā)生外泄時，不僅會造成環(huán)境污染，而且可能釀成重大火災(zāi)及爆炸事故，給企業(yè)帶來無法挽回的經(jīng)濟(jì)損失和惡劣的社會影響[3]。因此，儲罐的安全運(yùn)行直接影響到生產(chǎn)裝置的正常運(yùn)作。

解決罐底腐蝕問題、防止泄漏事故的手段有兩種：一是在儲罐建造期間加強(qiáng)防腐措施，防患于未然；二是使用期間加強(qiáng)監(jiān)測、監(jiān)控，提早發(fā)現(xiàn)問題，安排檢修計劃。以檢測手段為主，長期以來，我國主要采取定期開罐檢查的方法評價儲罐強(qiáng)度和安全性。但目前，我國大型石化企業(yè)為提高經(jīng)濟(jì)效益，均實行裝置長周期運(yùn)行，延長檢修周期。雖然該做法可得到較為可觀的經(jīng)濟(jì)效益，但隨著石化設(shè)備老化和安全問題的日漸突出，迫切需要既能保證安全又經(jīng)濟(jì)方便的儲罐在線檢測新方法。

因此，開展針對儲罐底板腐蝕缺陷的在役無損檢測技術(shù)研究是十分必要的，它對于大型常壓儲罐的安全運(yùn)行、事故預(yù)防和維護(hù)成本具有重要意義。

1 項目目標(biāo)及總體研究方案

1.1 總體思路

該項目擬采用先進(jìn)的自動控制技術(shù)、多介質(zhì)聲定位技術(shù)及超聲波檢測技術(shù)，研制大型常壓儲罐底板在線超聲測厚系統(tǒng)，實現(xiàn)智能在線液浸式罐內(nèi)罐底板厚度測量，同時通過集成較高精度步進(jìn)驅(qū)動和定位技術(shù)、多介質(zhì)超聲信號處理技術(shù)和超聲C掃描成像技術(shù)，形成大型常壓儲罐底板在線C掃描成像功能，同時對大型常壓儲罐底板腐蝕狀況進(jìn)行分級評價。

1.2 項目目標(biāo)

該項目針對我國大型常壓儲罐缺少有效的在線檢驗檢測手段、安全評定技術(shù)和科學(xué)的風(fēng)險管理體系的問題，開展在線不停車檢驗檢測技術(shù)、檢測裝備和腐蝕安全評定關(guān)鍵技術(shù)研究，以達(dá)到能夠?qū)ξ覈笮陀蜌狻⒒の锪蟽鋷斓拇笮统簝迣嵤┎煌．a(chǎn)的在線檢測和安全評定，最終實現(xiàn)大型常壓儲罐的風(fēng)險管理的科學(xué)實施，提高我國油氣、化工物料儲備庫的長周期安全運(yùn)行管理提供基本的技術(shù)保障和高效的運(yùn)行、維護(hù)水平。

該項目是在現(xiàn)有承壓設(shè)備的在線不停車檢驗檢測技術(shù)和完整性管理理念研究的基礎(chǔ)上，開展大型油氣、化工物料儲備庫的大型常壓儲罐的在線不停車檢驗檢測技術(shù)、安全評價技術(shù)和管理方法研究，同時結(jié)合具體的情況，研究大型常壓儲罐的檢驗檢測方法、設(shè)備和安全評定的準(zhǔn)則。

1.3 研究內(nèi)容和技術(shù)方案

項目組搭建不同尺寸和功能的試驗平臺并進(jìn)行一系列試驗研究，提出儲罐底板在線檢測和評價方法；研發(fā)一套適用于儲罐不開罐檢測的儀器設(shè)備及配套軟件系統(tǒng)；對大型常壓儲罐底板腐蝕狀況進(jìn)行分級評價方法研究，形成方法導(dǎo)則草案；開發(fā)一套腐蝕評價軟件系統(tǒng)；對項目成果進(jìn)行現(xiàn)場示范及應(yīng)用推廣。項目研究技術(shù)方案如圖1所示。

圖1 總體研究方案

1）通過技術(shù)開發(fā)，采用現(xiàn)有先進(jìn)的自動控制技術(shù)、電子技術(shù)及超聲波技術(shù)，研制大型常壓儲罐底板在線檢測系統(tǒng)定位及驅(qū)動模塊，實現(xiàn)智能在線液浸式罐內(nèi)罐底板厚度測量，實現(xiàn)罐底板厚度的在線測量；

2）通過技術(shù)開發(fā)，采用現(xiàn)有先進(jìn)的計算機(jī)軟件技術(shù)、自動控制技術(shù)、電子技術(shù)及無損檢測C掃描技術(shù)，實現(xiàn)大型常壓儲罐底板在線C掃描成像功能并開發(fā)相應(yīng)的軟件，形成罐底板腐蝕狀況的在線測量及C掃描成像系統(tǒng)；

3）通過軟件開發(fā)，在結(jié)合上述基本調(diào)研結(jié)果的基礎(chǔ)上，結(jié)合所開發(fā)的智能系統(tǒng)搭載的各個模塊所采集的數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析、對比及研究，實現(xiàn)大型常壓儲罐底板腐蝕結(jié)果評估軟件系統(tǒng)的初步開發(fā)，形成一套適合于我國大型常壓儲罐基本特點(diǎn)的腐蝕狀況分級方法；

4）基于我國大型儲油庫的基本原油、化工物料特點(diǎn)，結(jié)合我國氣候、土壤的特點(diǎn)，通過智能系統(tǒng)搭載的多個檢測、測量模塊，實現(xiàn)大型常壓儲罐的在線檢測技術(shù)，形成一套大型常壓儲罐在線檢測及綜合安全性評估方法導(dǎo)則草案。

2 項目主要技術(shù)內(nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)

1）通過采用超聲波檢測技術(shù)和高精自動控制技術(shù)，研制常壓儲罐底板在線超聲測厚功能模塊，實現(xiàn)智能在線液浸式罐內(nèi)罐底板厚度測量，厚度測量精度不低于0.5mm，且不超過板厚的10%；

2）通過集成較高精度步進(jìn)驅(qū)動、定位技術(shù)和超聲C掃描成像技術(shù)，研制常壓儲罐底板在線C掃描成像功能模塊，掃查壁厚范圍2～25mm；

3）研究多介質(zhì)聲定位技術(shù)和多介質(zhì)超聲信號處理技術(shù)，優(yōu)化定位算法，對比不同脈沖發(fā)射器與信號持續(xù)時間、能量的關(guān)系，進(jìn)行信號衰減和定位精度試驗，研制聲定位模塊，實現(xiàn)檢測設(shè)備在儲罐內(nèi)的實時準(zhǔn)確定位功能，定位精度100mm[4-5]；

4）在自主搭建的試驗平臺上進(jìn)行大量試驗研究，利用制作的標(biāo)準(zhǔn)缺陷和真實腐蝕缺陷試板，對超聲成像方法、探頭選擇等影響因素進(jìn)行對比研究，形成一套在線測厚和C掃檢測技術(shù)及裝備研發(fā)實驗方法；

5）開展儀器機(jī)械部分和電器部分的研究，并集成上述關(guān)鍵功能模塊，形成一套儲罐底板在線檢測裝備主機(jī)及配套數(shù)據(jù)采集分析軟件；

6）結(jié)合檢測裝備采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、對比，研發(fā)大型常壓儲罐底板腐蝕結(jié)果評估軟件系統(tǒng)，形成一套適合于我國大型常壓儲罐基本特點(diǎn)的腐蝕狀況分級方法；

7）綜合考慮我國大型儲油庫的基本原油、化工物料特點(diǎn)，以及氣候、土壤特點(diǎn)，制定大型常壓儲罐底板在線檢測方法及安全性評估方法導(dǎo)則草案。

3 項目應(yīng)用推廣情況

該項目形成兩項顯著成果——研制儲罐在線超聲檢測儀器設(shè)備系統(tǒng)一套，制定大型常壓儲罐底板在線檢測方法及安全性評估方法導(dǎo)則一套。

項目組在鎮(zhèn)海煉化、海南煉化等大型企業(yè)開展了儲罐在線不停車檢驗檢測技術(shù)、大型儲備庫設(shè)備的風(fēng)險管理理論體系搭建和安全評定關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用示范。受到企業(yè)的認(rèn)可。

項目成果幫助部門首次拓展了海外項目，幫助伊拉克南部的哈法亞油田，進(jìn)行儲運(yùn)設(shè)施的腐蝕檢測、評價與管理，該項目得到海外用戶和中石油技術(shù)人員的認(rèn)可，并邀請我方在接下來的三年中繼續(xù)為其提供技術(shù)支持，并聯(lián)合開展相關(guān)研究。

針對常壓儲罐底板腐蝕失效形式，開展了儲罐在線超聲檢測儀器設(shè)備的研制工作，建立適合我國國情的大型常壓儲罐底板在線檢測方法及安全評估方法，實現(xiàn)重大生產(chǎn)事故預(yù)警，確保石油化工裝置長周期運(yùn)行。

該項目所取得的成果可廣泛應(yīng)用于我國各大型常壓儲罐的檢驗檢測與安全評估。一些性能數(shù)據(jù)可用于先進(jìn)的安全壽命設(shè)計、損傷容限設(shè)計、耐久性設(shè)計和可靠性設(shè)計等方面，保障儲罐設(shè)備安全可靠運(yùn)行。同時可為在役設(shè)備剩余壽命預(yù)測與評估提供材料技術(shù)依據(jù)，保障儲罐設(shè)備的長周期安全運(yùn)行。

該項目在企業(yè)開展的在線不停車檢驗檢測技術(shù)、大型儲備庫設(shè)備的風(fēng)險管理理論體系和安全評定關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用示范，達(dá)到能夠?qū)ξ覈笮陀蜌狻⒒の锪蟽鋷斓拇笮统簝迣嵤┎煌．a(chǎn)的在線檢測和安全評定，最終實現(xiàn)大型常壓儲罐的風(fēng)險管理的科學(xué)實施，提高我國油氣、化工物料儲備庫的長周期安全運(yùn)行管理提供基本的技術(shù)保障和高效的運(yùn)行、維護(hù)水平。

[1]趙彥修，項軍杰，王十，等. 大型常壓儲罐在用檢驗技術(shù)與策略[J]. 中國特種設(shè)備安全，2014，30(06)：29-33.

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