儲罐底板聲發(fā)射檢測與漏磁檢測結果對比分析

□邵雪微 趙永濤

近年來，隨著經濟的快速增長，我國建設了大批的石油戰(zhàn)略儲備基地，大量的油品被儲存在大型的常壓儲罐中。因此，國家及相關部門非常重視儲罐的安全運行風險，并制定了相應的技術法規(guī)[1]。根據大量的資料調查和事故案例分析發(fā)現，儲罐的底板是儲罐腐蝕最嚴重的部分。因此，底板的無損檢測已經成為確保儲罐安全運行的關鍵技術手段。當前國內外使用最多的儲罐底板無損檢測方法是聲發(fā)射在線檢測技術和開罐漏磁檢測技術[2]。

一、儲罐底板聲發(fā)射檢測和漏磁檢測原理

(一)儲罐底板聲發(fā)射檢測原理。聲發(fā)射(AE)是指材料內部在外界的影響下突然釋放應變能而產生的瞬態(tài)彈性波[3]。底板是儲罐腐蝕最嚴重的部分，所以發(fā)出的聲發(fā)射信號也最強。儲罐底板的腐蝕層脫落與開裂、腐蝕過程中能量的轉換與釋放以及油品的泄漏等都會產生聲發(fā)射信號。油品是聲音信號的良導體，油品介質可以將聲發(fā)射信號傳播到數十米遠的地方，而幾乎沒有衰減。

由于儲罐底板腐蝕產生的聲發(fā)射信號，通過油品介質傳播到罐壁，使罐壁產生機械振動；耦合在罐壁表面的傳感器將聲波信號轉換為電信號；通過將信號前置放大、調制、放大、濾波積分、微分和A/D轉換等處理，能夠得到具有一定幅值的電壓或數字信號；聲發(fā)射檢測系統(tǒng)從采集到的信號中濾除各種干擾，獲取有效的聲發(fā)射信號[4]。根據相關標準參考處理結果，即可得到儲罐底板腐蝕缺陷的情況并可對其腐蝕狀態(tài)進行分級和評價，最終給出被檢測的儲罐底板檢測和維修建議。聲發(fā)射檢測原理如圖1所示。

圖1 聲發(fā)射檢測原理圖

(二)儲罐底板漏磁檢測原理。漏磁檢測(MFL)是通過強大的外加磁源對儲罐底板進行磁化，若儲罐底板沒有腐蝕、開裂等局部缺陷，其磁力線全部被約束在由儲罐底板組成的磁路內，表面基本無磁場；如果儲罐底板存在局部缺陷，與底板相比較，其導磁率很小，磁阻很大，磁路中的磁通會在缺陷處發(fā)生畸變，畸變磁通即所謂的漏磁通，畸變的磁通信號對應著缺陷的特征信息，磁感應裝置掃描底板時，就能夠獲得相應的漏磁場信息，然后運用專業(yè)的分析軟件對掃描的數據進行處理，就能夠直觀地獲得缺陷的特征信息，如深度、大小等[5]，從而判定儲罐底板的缺陷狀況。漏磁檢測原理如圖2所示。

圖2 漏磁檢測原理圖

二、聲發(fā)生檢測過程及結果

對某油庫罐區(qū)3000m3的原油儲罐進行儲罐底板聲發(fā)射在線檢測，其運行年限已近17年。

(一)聲發(fā)射檢測過程。本次檢測使用美國PAC-SAMOS聲發(fā)射檢測分析儀，傳感器型號為R3I，耦合劑選擇真空脂。儲罐底板在線聲發(fā)射檢測步驟如下：第一，關閉所有干擾源，如進出油口、攪拌器、加熱盤管等，充液到最高設計液位的80%以上，靜置3h以上，以保證液位完全靜置，消除原油撞擊儲罐、閥門振動等噪聲影響；第二，如圖3所示，在儲罐外壁板高200～500mm處安裝傳感器，測試并校準靈敏度，確保各傳感器接收信號的有效性和各通道連接順序的正確性；第三，連續(xù)監(jiān)測2h以上，監(jiān)測過程中包含環(huán)境噪音、冷凝滴液等干擾；第四，數據處理及分析。一是對噪聲信號進行濾波，即使用小波算法濾除聲發(fā)射波形中的“毛刺”部分；二是根據聲發(fā)射特征參數之間的相似性，使用距離計算方法對數據進行聚類；三是參考有效聲發(fā)射信號的特征，篩選出含有儲罐底板真實腐蝕信號的數據進行后續(xù)分析；四是根據對有效腐蝕信號活動性的統(tǒng)計和分析，對儲罐底板的腐蝕狀態(tài)進行分級和評價，并出具相應的檢測報告[6]。

圖3 傳感器布置圖

(二)聲發(fā)射檢測結果。同時采用GB/T18182-2012《金屬壓力容器聲發(fā)射檢測及結果評價方法》和JB/T10764-2007《常壓金屬儲罐聲發(fā)射檢測及評價方法》兩種評價方法對檢測的儲罐底板進行分析和分級。

1.儲罐底板聲發(fā)射源的時差定位分析及分級。根據儲罐底板聲發(fā)射源的時差定位分析，在儲罐底板上劃定圓形或正方形評定區(qū)域，其長度不大于直徑的10%，將相對比較集中的定位區(qū)域進行局部放大分析處理，并計算出每小時出現的定位事件數E[7]。如表1所示。

表1 時差定位分級及評價

2.儲罐底板聲發(fā)射源區(qū)域定位分析及分級。根據檢測標準的分析，計算出各獨立通道有效檢測時間每小時出現的撞擊數H[8]。如表2所示。

表2 區(qū)域定位分級及評價

表1和表2中的C值和K值為兩種評價方法的臨界值，需要通過多次的檢測和開罐驗證來獲得。

聲發(fā)射數據分析表明：罐底聲發(fā)射信號強度為中強度，大部分通道的撞擊數較多，聲發(fā)射撞擊總數較多，聲發(fā)射信號活度為活性。

綜合表2和表3分析結果認為，儲罐罐底聲發(fā)射檢測評價結果為Ⅲ級，建議三年內開罐檢查，或再次進行聲發(fā)射檢測。

圖4 聲發(fā)射檢測二維定位 圖5 聲發(fā)射檢測三維定位

三、漏磁檢測過程及結果

上述對儲罐進行了聲發(fā)射在線檢測，并得出了一定的結果?，F對儲罐進行開罐漏磁檢測，以證明聲發(fā)生檢測結果的可靠性。

(一)漏磁檢測過程。本次檢測使用的是由中國石油集團安全環(huán)保技術研究院自主研發(fā)的漏磁掃描檢測儀，該檢測系統(tǒng)掃描寬度為250mm，可穿透6mm涂層，檢測厚度可達12.5mm，靈敏度為20%，系統(tǒng)實物如圖6所示。

儲罐底板開罐漏磁檢測步驟如下。

1.檢測前。檢測前，將儲罐底板清洗干凈，要求達到漏磁檢測標準。

2.對漏磁檢測儀進行標定。根據標準規(guī)定：試板需采用與被檢材料相同或者磁特性相近的鋼板制造完成。此次被檢儲罐底板的厚度為6mm，材料是Q235A，所以，使用相同規(guī)格的材料作為校準試板，完成標定。

3.對儲罐底板進行編號。根據儲罐底板的基本結構形式，選擇合適的基準參照，按照“從左到右，由上至下”的原則，完成編號，如圖7所示為編號方案。

4.對儲罐底板進行掃查。第一，選擇合適的基準點，將設備移動到基準點處；第二，用手推動掃描儀沿著底板長軸的方向進行掃查，到達終點以后，將設備移動到下一個基準點按照同一方向進行掃查；第三，掃查完成后電腦系統(tǒng)中將會顯示儲罐底板的腐蝕缺陷狀況。

圖6 漏磁檢測掃描儀 圖7 漏磁檢測儲罐底板編號

(二)漏磁檢測結果。對儲罐底板的漏磁檢測結果如圖8所示。

圖8 漏磁掃描結果 圖9 底板腐蝕局部形貌

四、聲發(fā)生檢測與漏磁檢測結果對比分析

通過對儲罐的聲發(fā)射檢測結果與漏磁檢測結果對比分析發(fā)現，兩種檢測方式具有很好的對應關系，證明聲發(fā)射檢測技術在儲罐底板安全性評價方面具有可靠性。

五、結語

通過上述的對比分析實驗，總結出以下結論：第一，聲發(fā)射檢測是一種在儲罐不停產、不清罐的情況下，對儲罐底板的缺陷狀況進行檢測的技術，能夠及時對儲罐底板的狀況進行分級和預警，可以大大減少儲罐泄露事故的發(fā)生；漏磁檢測是一種成本低、操作簡單、結果直觀的儲罐底板腐蝕缺陷檢測技術，能夠對儲罐底板的維修工作起到很大的作用。第二，儲罐底板的聲發(fā)射檢測與漏磁檢測具有良好的對應關系，證明了聲發(fā)射檢測技術對儲罐底板安全性評價的可靠性，以及在各個石油生產單位儲罐檢測中的實際應用性。第三，將兩種技術相結合，通過聲發(fā)射在線檢測對儲罐底板的缺陷情況及時有效的分級和預警，從而可以在不影響生產的情況下，大大減少了檢修成本。對于聲發(fā)射評價結果顯示需要清罐進行詳細檢查的儲罐使用漏磁檢測方法對儲罐底板進行掃查，并對底板的缺陷狀況進行定量分析，檢測結果可為底板的檢修提供科學依據。第四，這種聲發(fā)射檢測與漏磁檢測相結合的檢測方式，經濟效益顯著，可節(jié)省檢驗和檢修成本50%以上；節(jié)省時間，聲發(fā)射檢測可以在1～2天內完成，如果需要開罐漏磁檢測也只要簡單進行清理，不用破壞底板的防腐層，整個過程可以在幾天內完成。綜上所述，這種結合檢測的方式具有廣闊的應用發(fā)展前景。