油田儲罐腐蝕在線檢測及風險評估

孔軍

(中國石油化工股份有限公司西北油田分公司，新疆 烏魯木齊 830011)

1 概述

原油儲罐是油田必備的重要設備之一，若原油儲罐發生腐蝕穿孔等嚴重泄漏事故，不僅會造成重大火災事故和人員傷亡，對于原油浪費和經濟損失也是難以估量。

塔河油田原油具有高H2S濃度、超稠、高凝點的特征，在集輸、沉降脫水、儲存系統中都需要在高溫條件下進行。同時塔河油田所處的沙漠地區受晝夜溫差大等因素影響，容易造成H2S的揮發逸出并對大罐的呼吸閥、阻火器以及液壓安全閥造成腐蝕，給安全生產帶來隱患，影響油田生產的正常運行。近期對塔河油田各分公司原油儲罐檢修過程中發現，部分儲罐底部腐蝕嚴重，其原因主要為原油儲罐底部長期處于積水及高腐蝕性環境狀態。由于大型設備檢修通常兩年開展一次，所以在不停產的情況下，定期對原油儲罐開展壁厚檢測并采取有效的防護措施，可以更好地解決原油儲罐的內壁腐蝕問題。當前國內常用的儲罐檢測技術主要包括兩類：在線檢測和開罐檢測技術。開罐檢測主要包括在開罐狀態下進行宏觀檢查、漏磁檢測[1-2]、超聲波測厚[3-4]等測試，此類方法在國內比較普遍。而在線檢測手段較為成熟的是聲發射檢測技術[5-6]、邊緣底板超聲導波[7-8]檢測技術。

通過國內外儲罐檢測技術初步調研，聲發射檢測技術能夠在停輸12～24 h后2～3 h內完成檢測，基本上不影響正常生產。該技術通過罐底腐蝕引起的聲發射信號被罐壁傳感器接收，經過數字化軟件處理和識別后，進行腐蝕風險評級，從而實現儲罐底板腐蝕狀況在線檢測和監測。自動爬行超聲波檢測技術可以在不對罐壁進行清理、打磨、未搭架子的條件下，通過遠程遙控的方式指揮自動爬行超聲波檢測儀到達罐任意指定的位置進行壁板的A/B/C掃描檢測，從而大幅減少搭架子、打磨等輔助工作的費用，聲發射技術結合自動爬行超聲波檢測技術、超聲導波檢測技術，可以實現儲罐不停產的在線全面檢測。

我國現在有大量常壓儲罐在高含硫化氫及高含水等條件下運行，環境惡劣易造成腐蝕，尤其是儲罐底部腐蝕風險較高。同時由于部分儲罐服役時間過長和油田生產缺乏有效的檢測、監測手段等原因，儲罐的腐蝕狀況無法清楚掌握。通過在線檢測手段，可對儲罐底板腐蝕狀態進行評級，發現腐蝕狀態等級高的儲罐后需盡快安排實施開罐檢驗。對腐蝕狀態等級低的儲罐，則可以適當延長檢驗周期，從而實現在保證安全的前提下，延長檢驗周期、減少檢驗維修費用的目的。該項目的實施對于保障油田分公司及大量儲罐用戶高效、安全具有積極意義。

從經濟上來看，通過實施儲罐在線腐蝕檢測及評價，首先可以延長儲罐壽命，減少不必要的開罐檢測及防腐費用，減少因油氣開罐停產造成的油氣損耗，增加油氣田開發經濟效益。其次，從生產運行管理上來看，減少腐蝕穿孔事故的發生，從安全和社會影響來看，儲罐底板腐蝕穿孔會給人民群眾生命安全產生嚴重威脅，減少穿孔可保障油田安全生產。最后從生態與環保效益來看，油氣田原油因腐蝕穿孔而發生泄漏，會給生態環境帶來嚴重污染，通過該項目的實施，降低因儲罐腐蝕造成環境污染發生的可能。由此可見該項目實施其經濟效益和社會效益是非常顯著的。

2 檢測技術及試驗

2.1 儲罐常用檢測技術評價

目前儲罐底板腐蝕占比達到儲罐不同部件腐蝕案例的90%以上，截至2015年底，共腐蝕3例，其中儲罐底板腐蝕2例，罐壁腐蝕1例。由于儲罐底板較難檢測，因此儲罐底板腐蝕檢測是目前儲罐檢測的重點及難點。目前國內外常用的儲罐檢測技術主要為宏觀檢查、壁板頂板超聲波測厚、自動爬行超聲波檢測、聲發射檢測和漏磁檢測、高頻導波檢測。針對儲罐底板檢測，聲發射檢測與漏磁檢測在應用上的最大區別在于聲發射檢測只能在在線條件下應用，對底板的腐蝕狀態進行定性。而漏磁檢測技術則需要在停產和清罐的條件下應用，并對缺陷的大小、深度進行定量，因此在進行儲罐底板檢測時要根據現場檢測條件及作業要求和儀器的各自特點來選取合適的檢測技術。相對于漏磁檢測技術，國外聲發射檢測技術應用已經趨于成熟，每年檢測儲罐達到數千具，已經建立了相關儲罐底板腐蝕分級評價參數及標準。目前應用較多的檢測技術如下：

(1)自動爬壁超聲波檢測

自動爬壁遠程超聲掃描檢測儀可對儲罐壁板進行掃查，也可對宏觀檢查發現的可疑部位定點掃查。該設備采用單晶噴水式探頭，通過地面遙控操作，無需搭設腳手架，不需對設備表面進行處理就可罐壁進行厚度檢測或A/B/C掃描，從而判定檢測部位的厚度和腐蝕狀況。

(2)底板腐蝕狀態聲發射在線檢測

底板腐蝕狀態的聲發射檢測是通過布設在第一層壁板上的若干個聲發射傳感器收集聲發射信號后經過分析計算來實現的。檢測方法如圖1所示。

圖1 檢測方法

聲發射檢測技術判斷腐蝕狀態可采用JBT 10764—2007 《無損檢測 常壓金屬儲罐聲發射檢測及評價方法》進行評級，對腐蝕嚴重的(4級和5級)及時開罐檢驗并維修，對腐蝕程度較低(3級)或腐蝕輕微(1級和2級)的儲罐可以繼續使用。

(3)高頻超聲導波檢測

高頻導波對各種缺陷和腐蝕有較高分辨率。高頻導波可通過平行掃查方式在清罐條件下對罐底板指定部位進行定量檢測，也可通過扇形掃查方式，在不清罐的條件下在罐外部通過邊緣底板外伸部位實現對邊緣底板腐蝕狀態的檢測抽查。

(4) 底板漏磁檢測

漏磁檢測是目前儲罐底板腐蝕檢測技術中效率最高、效果最好的方法，通過霍爾元件采集了磁場通過鐵磁性元件缺陷部位時泄漏掉的部分磁場來判斷缺陷的大小和深度。

(5) 焊縫表面檢測

根據儲罐的受力狀況，建議對第一、第二層壁板縱、環焊縫、大角焊縫、邊緣板對接焊縫實施表面檢測，檢查罐體焊縫有無表面裂紋缺陷。

2.2 儲罐底板在線檢測

2.2.1 檢測對象及參數

對儲罐的生產運行情況、工區位置及作業條件進行現場調研，重點對儲罐服役年限、含水情況及是否具備停輸條件進行調查，確定檢測儲罐與工區用電設備的距離為后期聲發射在線檢測設備用線長度。根據調查儲罐容積、類型及直徑來確定儲罐探頭布置個數及位置，一般3000 m3儲罐開孔8個，5000 m3開孔10個，10000 m3開孔12個，20000 m3開孔16個。待檢測的儲罐多數孔直徑為0.2 m，其中有一個孔直徑為0.3 m，要求儲罐開孔區防腐層去除，在孔中心打磨出罐壁并露出金屬光澤直徑5 cm，一般開孔探頭布置等間距不超過8 m，探頭開孔距離罐底板為污泥層之上0.3 m，根據現場調研，塔河油田污泥層一般不超過0.5 m，建議探頭布置于罐底板1.0 m左右。

檢測儲罐要求在檢測前停輸10 h以上，保持加熱爐盤管檢測前4 h停止運行，液面保持在80%～90%，建議儲罐優選服役時間長、介質腐蝕性強、腐蝕刺漏風險較大的優先檢測。

2.2.2 現場檢測方法及流程

(1)斷鉛測試

儀器連接及探頭布置完畢后，建立儲罐檢測文件夾，復制并打開提前設置的lay文件，設置參數，在AE設置中將門檻值調到80，數據組設置中將能量參數增益調到20，并選取AE通道數量，如3000 m3勾選1～8。

參數設置人員用步話機通知現場技術人員抵達探頭位置進行斷鉛，點擊軟件開始，在距離探頭0.03 m位置每隔5 s斷鉛6次，現場人員將探頭標號及并匯報斷鉛完畢，參數設置人員記錄好斷鉛結果，如果斷鉛結果相比門檻值低，要現場人員移動探頭或者重新用凡士林耦合固定，設置參數人員調低門檻重新測試，直到斷鉛測試結果符合門檻值，一般斷鉛測試結果保持在90 dB以上。保存文件斷鉛測試文件dat，保存在儲罐檢測文件夾。

(2)通道信號衰減測試

參數設置人員將能量參考增益調到30，門檻設定為50 dB，現場技術人員與參數設置人員通過步話機溝通，現場技術人員并在開孔較大的探頭部位用橡皮捶打敲擊6下，參數人員觀察測試軟件顯示，信號分別由敲打通道向兩邊通道依次隨著距離遠近衰減。并將測試數據dat保存在儲罐檢測文件夾。

(3)背景噪聲采集

設置門檻值為20，將幅值對通道頁面的幅值改為最大，并記錄最大通道幅值，將ASL添加檢測儀器，F7行顯示，在15～30 dB合格，將測試dat文件保存在儲罐檢測文件夾。

(4)數據采集

門檻值設定在40，根據儲罐大小可以微調，一般儲罐較大的可以設置到35，點擊開始，現場人員全部撤離到軟件操作間，現場儲罐檢測區禁止人員走動，做好檢測記錄。檢測時間一般為2 h。中間進行一段時間的波形采集。檢測完畢后點擊中止，將數據DAT文件保存在儲罐檢測文件夾。

(5)濾波處理

點擊F7行顯示，觀察檢測數據，在濾波處理選項，勾選將能量值低于20，時間值在60000以上的過濾，將數據文件dat保存在儲罐檢測文件夾。填寫檢測記錄附件3。

⑥檢測評價

按照國家儲罐檢測標準進行對數據腐蝕等級評價，根據現場儲罐開罐檢測情況進行數據驗證，通過現場實際腐蝕情況對在線檢測評價進行修訂，建立兩者之間的對應關系，并建立儲罐聲發射在線檢測結果、儲罐服役年限、開罐檢測狀態、腐蝕介質之間的分類對比庫。

以某站內儲罐檢測為例，本次檢測是儲罐在7.0 m安全液位高度下進行的聲發射底板整體檢測，整個檢測過程共持續150 min，其中雷達液位計未關持續90 min，關閉后持續60 min。從各通道撞擊信號關聯圖(圖2)來看，各通道的撞擊均為低水平，其對應的能量與信號幅值均屬于中低水平，根據JB/T 10764—2007 《無損檢測常壓金屬儲罐底板聲發射檢測及評價方法》的規定，綜合所采集信號的事件活度、能量大小、幅值高低及通道撞擊數，經時差定位分析和區域定位分析，判定罐底板腐蝕狀態的活度等級為Ⅱ級。

圖2 罐底板腐蝕分布圖

相比開罐檢測周期為近1個月，聲發射在檢測周期更為靈活，檢測周期平均為3 d，檢測效率提高了近10倍。此外也填補了油田儲罐在線檢測技術不足，檢測更加符合現場工況實際，同時進行腐蝕預警，為防腐措施提供技術及數據支撐。

2.3 形成儲罐檢測技術體系

(1)通過宏觀檢查和超聲波測厚及自動爬行超聲波檢測的手段，檢查罐體的宏觀缺陷和壁板、頂板的腐蝕狀況；

(2)通過聲發射手段，定性檢測罐底板的腐蝕狀態；

(3)通過高頻導波檢測，定量檢測邊緣底板的腐蝕狀況，結合聲發射檢測結果，對底板腐蝕狀態作出評價；

(4)通過漏磁檢測手段，定量判定底板腐蝕情況，并確認聲發射檢測的準確性；

(5)通過第一、第二層壁板縱環焊縫、大角焊縫和邊緣底板對接焊縫的表面檢測抽查，確定罐體焊縫有無表面缺陷。

3 結論

塔河油田現在有大量常壓儲罐在高含硫化氫及高含水等條件下運行，腐蝕環境惡劣，尤其是儲罐底部腐蝕風險較高，部分儲罐服役時間過長，由于油田生產需要及缺乏有效的檢測、監測手段等原因，儲罐的腐蝕狀況不清楚，通過在線檢測手段，可對儲罐底板腐蝕狀態進行評級，對腐蝕狀態等級高的儲罐，可以盡快安排實施開罐檢驗；對腐蝕狀態等級低的儲罐，則可以適當延長檢驗周期，從而實現在保證安全的前提下，延長檢驗周期、減少檢驗維修費用的目的。結論如下：

(1)聲發射檢測技術可以應用于常壓儲罐底板腐蝕狀態檢測中，可以作為儲罐安全隱患排查的手段；

(2)根據所制定的現場檢測方案，順利完成現場檢測的各項任務，說明所制定的檢測方案及所采用的技術路線可行有效；

(3)通過現場測試，充分體現了在線檢測方法的經濟性及高效性；可以彌補了傳統檢測方法的盲目性、對安全隱患及腐蝕排查存在的滯后性等缺點，極大減少“停輸—開罐—清洗—檢測—修復”這一傳統檢測方法所產生人力及經濟上的浪費。

該項目的實施對保障西北油田分公司及大量儲罐用戶高效、安全生產具有積極意義，具有廣泛的應用前景。