在役儲罐檢測評價標準及技術現狀分析

吳海堯 王志斌 牛志勇 張宏亮 許 佳

（1. 國家管網集團西南管道有限責任公司南寧輸油氣分公司，廣西 南寧 530200；2. 寧波鼎實倉儲有限公司，浙江 寧波 315812；3. 中國石油管道局工程有限公司第四分公司，河北 廊坊065000；4. 國家管網集團西南管道有限責任公司蘭州輸油氣分公司，甘肅 蘭州 730060；5. 國家管網集團山東省分公司德州作業區，山東 德州 253000）

0 引言

10×104m3和15×104m3大型浮頂儲罐已成為我國石油儲備庫主要型式。由于制造、腐蝕和操作原因，儲罐油品滲漏造成環境污染。API統計美國約85%煉油廠和68%終端油庫存在儲罐滲漏污染地下水問題。我國部分儲罐服役20年～30年未進行有效檢測，儲罐含較高風險隱患運行。國內儲罐檢測法規標準還不完善，《特種設備安全監察條例》未規定在役儲罐定期檢測的強制性要求；罐壁腐蝕和焊縫檢測技術存在局限性。定期檢測維修是保證儲罐安全運行的有效手段。分析儲罐檢測標準重要指標條款，探討了儲罐聲發射、漏磁檢測以及罐基礎、焊縫檢測關鍵技術要素，對于提高儲罐檢測科學性、保證儲罐安全運營具有重要意義。

1 儲罐檢測標準現狀

腐蝕是儲罐及附件設施失效損壞的主要因素，失效形式為罐壁板強度開裂、壁板/底板角焊縫撕裂和罐底板腐蝕穿孔[1]。儲罐外部檢測指用超聲測厚法評價罐壁板/頂板腐蝕情況，內部開罐檢測指用自動超聲測厚法和漏磁技術對罐底板掃描檢查腐蝕情況。針對儲罐非均勻腐蝕以及重油儲罐高溫工況需求，常規超聲測厚法不適用，電磁超聲技術可用于高溫條件，脈沖渦流技術可間隔一定厚度保溫層測試，超聲C掃描、超聲導波法可檢測局部不均勻腐蝕。儲罐檢測遵循行業標準SY/T 5921-2017《立式圓筒形鋼制焊接油罐操作維護修理規范》。儲罐檢測內容包括罐體腐蝕檢測（罐壁板/底板/頂板厚度及腐蝕程度）、罐體焊縫檢測（角焊縫）、儲罐基礎沉降滲漏檢測、罐體幾何尺寸檢測、罐體防腐層測試以及儲罐附件設施檢測（中央排水裝置、呼吸閥、加熱盤管、立柱、阻火器、液位計、接地裝置）。

2 儲罐壁板/頂板厚度檢測

SY/T 5921規定罐壁板重點檢測區是底板向上1m范圍內。罐壁人工超聲測厚前應除漆、打磨、安裝腳手架，由于測試點有限、數據少、不穩定。近年來新建儲罐應用自動爬行超聲測厚儀采用噴水耦合或者干耦合，不需要除漆、打磨。SY/T 5921規定罐壁板評定準則：

（1）罐壁板最小平均厚度應大于壁板計算厚度加上腐蝕裕量；

（2）罐壁板局部腐蝕區域最小平均厚度應大于該區域邊緣處計算厚度加上腐蝕裕量；

（3）分散點蝕最大深度應小于壁板設計厚度20%，深度小于3mm；密集點蝕最大深度不應超過壁板設計厚度10%。

文獻[3]以2000m3固定頂柴油儲罐為例，研究了罐壁板評定準則適用性，定義罐壁板計算厚度與腐蝕裕量之和為設計厚度，罐壁板剩余厚度大于設計厚度不能完全保證安全性，罐壁板完整性評價除滿足強度要求，還應考慮風載、失穩等附加載荷影響，應在特定位置設置抗風圈，才能滿足風力穩定性要求。

SY/T 5921規定浮頂先進行外觀檢查，存在腐蝕部位應測厚檢查。重點檢測單盤與浮艙連接部位腐蝕狀況。單盤上表面應逐塊進行測厚，單盤下表面進行目測檢查。浮艙應逐個檢測內外表面腐蝕情況，必要時測厚。浮頂集水坑應逐個檢測腐蝕情況，必要時測厚。SY/T 5921規定罐頂板評定準則為單盤板、浮艙頂板和底板的平均減薄量不應大于原設計厚度20%。點蝕最大深度不應大于原設計厚度30%。

3 儲罐底板厚度檢測

底板是儲罐腐蝕最嚴重區域，罐底板檢測評價是儲罐安全評估重點，中幅板和邊緣板應分開進行檢測。儲罐超聲波測厚按照排版鋼板或腐蝕區域的四角和中心各設置一個測試點，針對腐蝕程度嚴重區域，可以按照點蝕布點。罐底板檢測包括聲發射在線檢測和開罐無損檢測，罐底板腐蝕掃描檢測采用漏磁檢測技術或低頻渦流檢測技術。

3.1 罐底板檢測評定準則

SY/T 5921規定罐底板評定準則為，邊緣板腐蝕平均減薄量不大于原設計厚度的 15%。中幅板的平均減薄量不大于原設計厚度的20%。點蝕的最大深度不大于原設計厚度的40%。當腐蝕深度超過以上規定、腐蝕面積大于一塊被檢測板的50%，且在整塊板上呈現分散分布，宜更換整塊鋼板；面積小于50%時，應考慮補板或局部更換新板。

3.2 漏磁檢測技術MFL

漏磁檢測原理是鐵磁性材料磁導率遠大于非鐵磁介質，磁場作用于檢測對象局部區域，如存在缺陷，缺陷部分磁場外泄，傳感器檢測外泄磁場確定缺陷尺寸。相對磁粉檢測，漏磁檢測采用高靈敏度磁敏元件，結果更準確。相比超聲測厚，漏磁檢測對表面處理要求低，不需要清除表面防腐層。漏磁檢測代表產品是英國Floormap VS罐底板腐蝕掃描器、MFL2000罐底板腐蝕掃描器和Handscan平板腐蝕掃描器，精度高、穿透力強，檢測速度可達30m/min。

3.3 低頻渦流檢測技術（LFET）

渦流檢測是利用導電材料的電磁感應原理。低頻渦流技術提高浸透性，可檢測鋼板表面、近表面和背面的缺陷。代表性產品是美國FS3000低頻渦流檢測儀，檢測速度約6m/min。

3.4 在線儲罐底板聲發射檢測

聲發射技術在美國和歐洲廣泛用于儲罐定性在線腐蝕檢測，制定標準ASTM E1930-2016《常壓和低壓鋼質儲罐聲發射檢測方法》。聲發射優點是在線檢測不影響儲罐正常運行；檢測速度快。局限性是定性判斷儲罐是否存在嚴重腐蝕和泄漏，主要用于儲罐開罐檢測計劃和排序問題。針對聲發射檢測液位和靜置時間條件，國內外做法存在差異。國內在最大操作液位85%-105%范圍內均可檢測，儲罐達到檢測液位后靜置3-5h即可檢測。國外聲發射檢測要求儲罐液位在最高操作液位50%以上即可，中小型儲罐需靜置1～2h，大型儲罐需靜置6～12h。認為對流狀態會對信號采集造成影響。聲發射罐底檢測是將聲發射器貼于罐壁下側，接收腐蝕產生的聲發射信號。以10×104m3儲罐為例，直徑80m，設置21個傳感器，傳感器采用雙層布置，沿罐周等間距安裝，避免安裝在人孔及工藝管道附近。聲發射信號數據進行濾波消除噪音信號，一般的選擇信號最為平穩的時間段進行數據回放分析。計算檢測傳感器每小時接收到的撞擊數，評定聲發射檢測活動度等級。表1為罐底板生發生腐蝕狀況評價準則。

表1 儲罐底板聲發射檢測評價準則

3.5 罐底板超聲導波檢測

該技術原理是高頻導波在設備表面可獲得雙面檢測結論，可探測儲罐內腐蝕、裂紋以及罐壁板、底邊邊緣版腐蝕。超聲導波具備超聲檢測的高靈敏度，同時具備導波技術大面積快速掃描特征。超聲導波缺點是不能定位缺陷實際位置和深度信息，需輔助超聲檢測定位實際位置。超聲導波檢測做法是將導波探頭放置在罐底板邊緣板，以罐底板作為超聲導波傳導體，快速探測罐底板上下表面腐蝕產生的壁厚突變信號，輔助超聲定位技術，實現以點帶面檢測，一般在罐底板邊緣板設置一個檢測點，可覆蓋一定的扇形掃描區域。

4 儲罐角焊縫檢測

焊縫無損檢測是儲罐檢測重要組成部分，角焊縫是大型儲罐失效的薄弱環節，原因在于罐壁板與底板連接處角焊縫承受很高彎曲應力，發生腐蝕失效風險可能比罐底板腐蝕穿孔還要高[3]；隨著儲罐液位升降，角焊縫承受交變應力；地基不均勻沉降也造成角焊縫應力過大。角焊縫主要采用磁粉和滲透方法，但對表面處理和打磨清理要求較高，國外已研發渦流和漏磁檢測技術用于角焊縫自動檢測，無需表面處理，效率較高。

SY/T 5921規定儲罐角焊縫檢測要求是罐底板與壁板、浮頂單盤板和浮艙的內側角焊縫進行滲透或磁粉檢測；罐下部壁板縱焊縫應進行超聲波檢測，儲罐容積小于2×104m3檢測其下部一圈壁板，儲罐容積大于2×104m3檢測下部兩圈壁板，儲罐容積大于10×104m3檢測下部三圈壁板2×104m3檢測比例 10%。檢查縱焊縫長度不小于該部分焊縫總長度的10%。

5 結語

我國儲罐檢測工作較少與實際腐蝕速率相關，檢測周期缺乏科學性，可能造成儲罐檢測成本過高，建議參考國外石油行業做法，將基于風險的檢驗技術作為儲罐檢測的依據。儲罐開罐無損檢測應側重提高檢測效率，例如罐底板漏磁掃描檢測技術可快速檢查腐蝕穿孔缺陷、下表面缺陷，而無需開孔檢查。儲罐聲發射在線檢測技術可用于評價儲罐腐蝕程度和安全狀況，確定儲罐檢測計劃和優先級，提高儲罐檢測工作的科學性，未來研究方向是提高儲罐聲發射檢測的有效性驗證。