儲罐底板漏磁檢測技術的應用

趙書毅，楊劍鋒，劉文彬，裴東雙，李小勇，陳良超

（1.北京化工大學，北京 100029； 2.遼河石化公司研究院，遼寧盤錦 124022）

儲罐底板漏磁檢測技術的應用

趙書毅1，楊劍鋒1，劉文彬1，裴東雙2，李小勇1，陳良超1

（1.北京化工大學，北京 100029； 2.遼河石化公司研究院，遼寧盤錦 124022）

石油化工、油庫、港口儲存液態原料、中間產品的儲罐有易燃、易爆、可能會造成腐蝕泄漏有毒有害物質的特性，關注儲罐的安全已成為重中之重。對煉油廠車間用的儲罐進行漏磁檢測，分析檢測結果，給出儲罐底板腐蝕程度及腐蝕分布。

漏磁檢測；儲罐底板；磁化裝置

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.05.22

0 前言

儲罐作為石油化工、油庫、港口儲存液態原料、中間產品的重要設備之一，其安全性受到廣泛關注。儲罐底板在儲罐最底層，下表面接觸罐基，上表面與含有水的儲存介質接觸。儲罐腐蝕的主要集中區域在其底板，因此對于儲罐的定期檢修工作必須包含關注儲罐腐蝕狀態這一重要內容。現在最常使用的檢測方法中，磁粉探傷檢測可達深度較小，超聲波檢測效率較低，射線檢測因其結構問題難以實施。由此可見，能夠研究出檢測效率高且能夠對儲罐底板整體的腐蝕狀態進行評價的漏測檢測法具有重要意義[1]。

我國越來越重視儲罐能否安全運行，通過分析其缺陷形式的特點（壁厚減薄和局部腐蝕）以及儲罐底板的面積大的特性，考慮將漏磁檢測法定為石油化工儲罐腐蝕檢查的重要方法。目前伴隨著漏磁檢測技術的日趨成熟，其他檢測方法也可作為輔助手段來彌補其本身的缺陷[2]。在2015年對東油品車間、西油品車間等若干座不同介質的儲罐進行儲罐底板漏磁檢測，檢測結果直接反映了儲罐底板的腐蝕程度和腐蝕分布，并采用高精度測厚儀對漏磁結果進行校驗，確保了檢測的準確性，為儲罐管理單位安排維修計劃提供了科學的數據支持，保障了儲罐的安全運行。

1 儲罐底板漏磁檢測技術發展概況與趨勢

1.1 國內技術發展概況

國內的儲罐檢測工作開展較晚，應用到的檢測設備及檢測技術還不夠成熟。目前比較常用的檢測技術包括磁粉法、超聲法、真空檢漏法（真空法一般應用于焊縫檢測，漏磁法應用對象為底板母材，2種方法為互補關系）等。以超聲法為例，如果以單通道手持超聲測厚儀對1個Φ20 m的原油儲罐進行全面檢測，預計需要1～2個月時間完成所有的檢測任務。因此一般采取隨機抽檢法來判斷儲罐底板的腐蝕程度。但這種方法勢必會增大罐底板腐蝕的漏檢率，儲罐運行的安全性得不到保障。

1.2 漏磁檢測技術國外發展趨勢

一些國家在很早的時候就開始重視對儲罐底板腐蝕狀態的檢測工作，同時也研究了一些方法，做了一些實驗。早在20世紀七八十年代，作為世界上最大的石油消費、儲備國，美國便開始了對儲罐底板檢測的研究，并引入了漏磁檢測技術。其最早研制出的產品是電磁式儲罐底板檢測樣機，美國MFE ENTERPRISES公司成功研制MFE2412和 MFE1212的2款新型的儲罐底板檢測儀器，配合這2款設備，可以實現對底板全部區域進行檢測。與此同時，一些西方的學者也成功研制了以漏磁檢測為原理的儲罐底板檢測設備。

無損檢測需要做到在不損傷設備使用性能為前提，對其表面、內部的宏觀缺陷進行探測，判斷缺陷存在的位置及其大小，同時分析、預測設備的功能、狀態、固有屬性和未來發展的趨勢，最終做出綜合判斷。無損檢測以實現定量無損評價，實現對缺陷測量的自動化、定量化、可視化為主要研究方向。

首先是實現檢測自動化，主要體現在傳感探頭運動自動化。無損檢測通過傳感探頭在工作表面運動獲得信號，然而被檢測的工件會存在結構復雜，形狀不規則的情況，想實現自動化是很難的。因此目前主要還是靠人力操作無損探頭，這同時又引入了人為因素，最終檢測數據的均勻性和一致性得不到保障，極易出現錯檢、漏檢的情況，缺陷檢出率較低。其次是實現腐蝕的定量檢測，即給出腐蝕缺陷的位置、大小、形狀及具體的幾何直徑。若做不到這些，就不可能掌握未來發展趨勢。實現定量檢測存在的主要問題主要是電磁場求逆過程可能遇到的不適應性。

實現可視化的核心是斷層圖像技術，以圖像的方式將獲取的缺陷磁場信息表示出來，便于檢測人員發現缺陷的同時觀察出器件的內部情況及腐蝕的形狀、大小。無損檢測的工作主要是靠傳感探頭在表面運動檢測關于缺陷的信息，數量很有限，實際是被測器件的缺陷參數分布圖像為空間有限呈現連續分布狀態，其帶寬是無限的。想要從有限個離散方位的觀測數據重構圖像從理論上看其解不具備存在性，穩定性，唯一性，造成漏磁重建難度很大，目前研究人數很少。

我國的漏磁檢測技術于20世紀90年代開始研究漏磁檢測技術，總體水平落后于歐美國家，但是通過無損檢測的工作者不斷的研究、試驗下，許多家單位取得了實際性的突破。文中所用的英國銀翼檢測設備好軟件已經可以實現檢測的自動化、定量化、可視化。

2 儲罐底板漏磁檢測技術原理

漏磁檢測原理見圖1，外加磁化裝置在磁化鐵磁性板材后于其內部產生磁場，如果這時板材的表面存在腐蝕或者損傷等缺陷狀態，裝置產生的磁力線會泄漏到板材外部并最終在其表面形成磁場。放置一個磁場探頭于磁化裝置中部（通常采用線圈等磁場傳感器或霍爾元件），便可探測到該磁場的存在。由于腐蝕缺陷深度大小與磁場強度有關，因此可以通過對漏磁場信號進行分析以獲得板材上產生缺陷的情況。整個過程采用以永磁鐵或電磁鐵為主的磁化裝置與列陣磁場探頭一體化的設備通過人工掃描對儲罐底板進行漏磁檢測。其磁化裝置通過磁化罐底板檢測部分使之達到磁飽和或半飽和狀態，而底板檢測工作中缺陷產生的漏磁信號通過磁場傳感器轉化為電信號，然后通過放大、濾波和信號處理，對壁厚減薄深度進行定量分析，最后通過漏磁信號的波形對裂紋性質缺陷進行分析[3]。

圖1 漏磁檢測原理

3 FloormapVS2i儲罐底板漏磁檢測儀器

3.1 儲罐漏磁檢測儀主要組成部件（圖2）

（1）磁車、磁鐵、霍爾效應探頭組件和STARS探頭組件，提高了檢測的橫向分辨率，確定缺陷位置并判斷缺陷的寬度。

（2）馬達和電池（電壓為12 V，容量為7.5 Ah，最大輸出電流達到3 A的可充電電池）。

（3）可拆卸掉的Sitemaster2計算機、主檢測設備的軟件，主要包含數據采集、分析和生成檢測報告等部分，處于數據瀏覽和分析模式下的軟件系統主窗口。

圖2 儲罐漏磁檢測儀

3.2 儲罐底板漏磁設備特點

（1）勵磁裝置采用新型釹鐵硼稀土永磁材料，提高了單位面積的勵磁強度。

（2）體積比較小，重量合適，轉向靈活性高，結構并不復雜。

（3）高清晰度，高精度檢測（缺陷檢測靈敏度和自動量化精度均達到國際同類產品最高水平）

（4）采用先進計算機技術分析、模擬漏磁場，裝置的設計更為合理。

（5）開發先進的儲罐管理軟件，實現檢測結果分析的智能化，軟件用戶體驗良好。

（6）以漏磁法為主要檢測手段，輔以渦流、超聲等無損檢測技術，增強裝置的功能。

4 應用

4.1 某煉油廠東油品車間C401#儲罐底板漏磁檢測

通過采用漏磁檢測及評價技術與超聲測厚檢驗技術相結合的方法，對C401#儲罐底板進行了全面的檢測和評定。

（1）宏觀檢查。儲罐底板上表面附著油污，除去后母材局部坑蝕，且存在機械損傷，邊緣板局部積水，壁板表面附著油污，去除后局部機械損傷；中央除水器管束泄漏，浮盤支柱有滲水跡象，其余未見異常。

（2）壁板抽查。第一層壁板厚度最小值18.1 mm；加熱盤管抽查：最小剩余厚度為2.2 mm。

（3）底板漏磁掃描檢查。罐底板腐蝕為20%～29%的679點，腐蝕為30%～39%的14點。最大腐蝕為45%。

C401#儲罐底板掃查結果見圖3，各板塊掃查起始點如圖所示，最大當量腐蝕程度≥40%的部分見圖3中橢圓區域。C401#儲罐底板漏磁檢測報告見表1。

（4）最長檢驗周期計算。儲罐投用時間是 1980年，儲罐使用年限為35 a，底板允許最小厚度δ0=2.5 mm，原始厚度δ=6 mm，顯示最大當量腐蝕程度h=0.45 mm，服役期間損失的最大當量壁厚δ1=δ×h=2.7 mm，剩余最小當量壁厚δ1=δ-δ1=3.3 mm，最大腐蝕速率v=δ1/t=0.08 mm/a，檢驗周期T=min﹛（T=(δ2-δ0)/v），5﹜=5 a。檢測結果顯示，罐底板腐蝕為20%～29%的679點，腐蝕為30%～39%的14點。最大腐蝕為45%。

圖3 C401#儲罐底板漏磁檢測結果

4.2 某煉油廠東油品車間C1-6#儲罐底板漏磁檢測

表1 C401#儲罐底板漏磁檢測報告

通過采用漏磁檢測及評價技術、宏觀檢查與超聲測厚檢驗技術相結合的方法，對C1-6#儲罐底板進行了全面的檢測和評定。

（1）宏觀檢查。儲罐內壁底層壁板附著黑色油泥，底板局部坑蝕，大角焊縫處局部脫焊，浮盤支撐管墊板支撐處存在腐蝕坑，浮盤上表面銹蝕，附著大量的腐蝕產物，防腐層失效，表面凹凸不平；其他未見異常。

（2）壁板抽查。第一層壁板厚度最小值18.7 mm，浮盤厚度最小值5.3 mm；磁粉檢測和超聲波探傷未發現超標缺陷。

圖4 C1-6#儲罐底板漏磁檢測結果

（3）底板漏磁掃描檢查。罐底板腐蝕為40%～49%的231點，腐蝕為 50%～59%的39點，腐蝕為60%～69%的39點，腐蝕為70%～79%的8點，腐蝕為80%～89%的37點。最大腐蝕為80%。

C1-6#儲罐底板漏磁掃查示意圖見圖4，各板塊掃查起始點如圖所示。C1-6#儲罐底板漏磁檢測報告見表2。

表2 C1-6#儲罐底板漏磁檢測報告

最長檢驗周期計算：儲罐投用時間是1994年，儲罐使用年限為22 a，底板允許最小厚度δ0=1.25 mm，原始厚度δ=10 mm，顯示最大當量腐蝕程度h=0.8 mm，服役期間損失的最大當量壁厚δ1=δ×h=8 mm，剩余最小當量壁厚δ2=δ-δ1=2 mm，最大腐蝕速率v=δ1/t=0.36 mm/a，檢驗周期T=min﹛（T=(δ2-δ0)/v），4﹜=5 a。注：鑒于業主決定對深度≥1.5 mm的腐蝕坑進行修補，故檢驗周期中剩余最小量壁厚δ2以6 mm計算。

檢測結果顯示，經對底板（障礙部分除外）全部漏磁掃查，底板上發現罐底板腐蝕為40%～49%的231點，腐蝕為50%～59%的39點，腐蝕為60%～69%的39點，腐蝕為70%～79%的8點，腐蝕為80%～89%的37點。最大腐蝕為80%，對深度≥1.5 mm的腐蝕坑進行修補后，建議最長檢驗周期為4 a。

4.3 小結

通過對上面兩個儲罐的檢測，容易發現石油化工儲罐內外壁以及罐底板的上下表面都比較容易發生腐蝕，其中外壁大多產生的是電化學腐蝕，只有在大氣狀態非常理想的清潔干燥狀態下，空氣中的水分會吸附、冷凝成一層含有酸、堿、鹽成分的水膜在儲罐外壁上，即為電解質溶液。由于材料的組分差異，尤其在焊接的位置，特別容易形成化學微電池而產生腐蝕。因此無論是儲罐底板的上、下表面，都很容易遭受到腐蝕。為了避免穿孔、裂紋擴張甚至破裂，必須做好缺陷檢測工作。

現有的檢測設備通常是通過人力操作或人工輔助的方式對整個儲罐底板進行全面掃查，其勞動量大，并且儲罐內部較為封閉不適合人力長時間作業，因此，隨著國內儲罐數量快速不斷增長，能夠研制一套自動化漏磁檢測系統，對于提高儲罐底板檢測效率、降低人工勞動強度具有重要的現實意義。

5 結語

整個工作利用漏磁檢測儀對儲罐底板進行腐蝕、缺陷的漏磁檢測，并對檢測結果進行超聲波測厚加以確認，從而證明了儲罐底板漏磁檢測技術的可靠性。此項技術穿透能力強，且不需打磨表面防腐層進行檢測，提高檢測效率，降低了成本，設備性能穩定，檢測結果準確可靠，改善了檢測人員的工作環境，減少了工作強度，滿足石化企業現場檢測的要求。通過近一年的儲罐檢測工作，共計檢測各類儲罐近40余座，發現存在問題的儲罐10余座，為業主單位儲罐的安全運行提供了可靠的保障。

［1］中國機械工程學會無損檢測學會.無損檢測概論［M］.北京:機械工業出版社,1993.

［2］郭光臣.煉油廠油品儲運［M］.北京:中國石化出版社,1999.

［3］金建銘.電磁場有限元分析方法［M］.西安:西安電子科技大學出版社,2001.

［4］倪建樂.立式圓柱形油罐基礎形狀和罐底板壽命［J］.油氣儲運,1994（5）:48-50.

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〔編輯 凌 瑞〕