無損檢測技術在常壓儲罐檢驗中的應用

＊葉良平

（中海石油舟山石化有限公司 浙江 316015）

常壓儲罐，一般是指鋼制立式圓筒形焊接儲罐，在石化行業應用十分廣泛。其儲存的物料數量遠遠大于重大危險源的臨界量，潛在風險較大，處于高危狀態。而多數儲罐事故往往是由于罐體腐蝕穿孔、撕裂導致大量油氣溢出，遇火花引發的爆炸、火災、環境污染事故，甚至引發人身傷害事故等惡性事件。且儲罐事故具有損失大、難撲救、易造成次生事故等特點，危害性極大。根據API 2016年統計數量顯示，儲罐的年泄漏率為7.2%，因此加強常壓儲罐定期全面檢測尤為重要。而在實際生產過程中，儲罐開罐過程風險較大，如何實現開罐檢測與在線檢測的有機結合，提高檢測效率，對保障儲罐在運行中的安全使用具有重要意義。

1.儲罐損傷方式

儲罐安裝運行后，首先由于內部環境的化學性質、溫度、壓力等因素，儲罐及焊接部位可能存在腐蝕、材料開裂等缺陷[1]；再者儲罐外保溫層損壞，雨水進入保溫層也是發生腐蝕現象的重要因素之一。儲罐腐蝕缺陷最常見于罐壁和罐底，罐底、罐壁連接處的腐蝕通常是由外部防水層失效而形成的外腐蝕。其破壞機理和破壞模式與壓力容器不同，是由儲罐在常壓下的運行方式和載荷狀態決定的。此外，材料質量劣化、焊接裂紋、機械接觸損傷、疲勞裂紋等均為大型儲罐常見的失效原因。儲罐檢測的主要目的是通過技術手段在不破壞儲罐本體材料的前提下，查找腐蝕位置，確定腐蝕程度，故應根據其失效機理選擇適合的儲罐檢測方法。

2.常用無損檢測方法

(1)目視檢測

目視檢測是儲罐檢測的基礎技術，也是儲罐全面檢查的第一步，其本質就是用人眼對儲罐進行觀察，這是最常用的方法[2]。這種簡單的方法可以使用輔助工具，如量錘、放大鏡等。目視檢查是不應被輕視忽略的一種檢查方式，其在觀察儲罐結構完整性、表面腐蝕缺陷等方面，比檢測儀器更直觀。通過目視檢查，還可以確定需要進一步檢查的細節和重點。

(2)超聲波測厚

圖1 某常壓儲罐頂板測厚圖

超聲波測厚是最常用的厚度檢測方法，是測量設備腐蝕直接、有效的方法。對于常壓儲罐，通過對罐壁固定測厚點位的定期檢測及不定期抽查，分析其腐蝕速率。對于腐蝕速率異常的常壓儲罐，通過對腐蝕因素的分析，及時制定改進措施，切斷形成加速腐蝕的工作鏈，延長罐體的使用壽命，保障常壓儲罐的安全運行。目前超聲波測厚技術主要被應用于常壓儲罐壁板、頂板的檢測，由于腐蝕的罐底板沒有平行的表面，超聲波不能被反射回發出脈沖的傳感器，因而很難檢測出腐蝕部位的實際厚度[3]，故此檢測方法不適用于罐底板的檢測。

(3)底板漏磁檢測

底板漏磁檢測是一種高效的無損檢測方法，廣泛應用于各種鐵磁材料的檢測和評價。20世紀70年代，英國一家公司將該技術應用于管道傳動的檢測和定量分析，磁場檢測技術取得了很大的進步[4]。其工作原理為當磁場引入缺陷鐵磁產品時，由于鐵磁材料的磁導率與缺陷的差異，缺陷中會出現磁流畸變。一部分磁流從工件表面上移除，然后通過空氣返回到S形桿。這部分叫做磁散射。流場強度與缺陷的大小和深度成正比。由于分散強度取決于缺陷的大小和深度，結果表明腐蝕深度相等，因此必須通過超聲直接探頭或超聲波C掃描來確認磁測試結果。

圖2 漏磁檢測原理圖

底板漏磁檢測技術的優勢在于能夠檢測出底板上下表面的裂紋以及腐蝕情況，能完成高精度檢測，準確判斷出缺陷的位置和大小。其缺點在于必須開罐檢驗，且對罐底板表面的清潔程度有所要求，所以必需進行開罐清洗作業，成本高、風險大。而且由于檢測儀器本身的局限性，對罐內結構形式也有所要求，對于有加熱盤管、中央排水器等附屬配件的罐底板，無法做到100%掃查覆蓋。

圖3 某罐底板漏磁檢測結果

(4)焊縫表面試驗

磁粉檢測和滲透檢測是兩種常用的表面檢測方法，磁粉用于檢測鐵磁性材料的表面及近表面缺陷，其具有靈敏度高、檢測速度快的特點，能夠直觀地檢測出缺陷的長度及形狀，但是無法檢測缺陷深度，故需要結合滲透檢測。滲透檢測的原理是在零件表面施涂含有熒光染料或著色染料的滲透劑后，在毛細管作用下，經過一段時間，滲透液可以滲透進表面開口缺陷中；經去除零件表面多余的滲透液后，再在零件表面的施涂顯像劑，同樣，在毛細管的作用下，顯像劑將吸引缺陷中保留的滲透液，滲透液回滲到顯像劑中，在一定的光源下（紫外線光或白光），缺陷處的滲透液痕跡被顯示（黃綠色熒光或鮮艷紅色），從而探測出缺陷的形貌及分布狀態。

根據儲罐應力分析結果，垂直大氣儲罐是典型的薄壁結構。一般來說儲罐第一、二層壁板間的丁字縫、第一層壁板縱焊縫、大角焊縫、邊緣底板對接焊縫、接管與壁板連接的角焊縫以及宏觀檢查發現有滲漏痕跡的部位即為表面檢測的重點部位。

圖4 某罐邊緣底板對接焊縫熱影響區裂紋

(5)聲發射檢測技術

圖5 某罐底板聲發射檢測分析圖

聲發射檢測在承壓設備檢測中的應用已經十分成熟，對裂紋類或蠕變類損傷的聲發射機理比較清楚，在管道和容器的檢測和監測中有許多成功的應用[5]。對于常壓儲罐，聲發射檢測技術主要被用于對罐底板腐蝕狀態的檢測上。在儲罐液位恒定的前提下，切斷一切可能影響檢測的外在因素，比如雷達液位計、液位開關、加熱蒸汽等。此時檢測到的聲發射信號大部分為腐蝕信號。底板泄漏、腐蝕過程中所產生的剝落物以及由于腐蝕剝落所產生的空化效應都是聲發射檢測中所接受到的信號的來源。目前檢測的通用做法是通過安裝在壁板等間距位置的檢測探頭，接受到腐蝕或泄漏所產生的聲發射信號，根據檢測結果劃分等級，按照現行的行業標準，將底板腐蝕狀態劃分為5個等級，如表1所示。

表1 儲罐底板聲發射檢測結果分級

由于聲發射檢測技術可在不影響儲罐使用的情況下完成對于底板泄漏、腐蝕狀況的檢測，故其已成為常壓儲罐無損檢測技術應用的熱點。

3.無損檢測新技術

(1)自動漏磁檢測技術

儲罐底板漏磁檢測技術需要人員進入罐內進行作業，由于檢修前罐內有毒有害介質的存在，受限空間作業風險較大，且不利于人員身心健康。罐內浮盤高度普遍在1.6m以下，人員在罐內工作環境較差，工作強度大。自動漏磁技術利用檢測磁化頭和操作終端的分體設計，利用無線WIFI連接方式完成設備的無線遙控和檢測數據的高效傳輸，可以快速不停機檢測，實現了技術人員罐外操作完成漏磁檢測工作，改善了檢測人員的工作環境和工作強度，提高檢測速度及精度。

圖6 改型后的漏磁檢測儀

(2)超聲自動爬行壁厚檢測技術

圖7 超聲自動爬行壁厚檢測系統控制界面

超聲自動爬行壁厚檢測系統以磁吸附爬壁機器人為載體，將超聲波檢測技術應用于常壓儲罐檢測。其一般采用磁吸附的方式，具有吸附力強，受儲罐外表面狀況影響小，系統意外斷電不影響吸附力的優點。整個系統可由充電電池供電，現場操作簡單安全。其優點在于可實現在線檢測，儲罐無需停止作業甚至清空?？刹捎酶神詈匣蛘咚詈霞夹g，方便安全。檢測數據實時顯現，掃描圖像直觀，結果可保存可追溯。檢測精度與常規的超聲波測厚相同，誤差控制在0.1mm左右。最重要的是其無需搭設腳手架即可實現儲罐全方位的檢測，既節約了成本，又避免了腳手架搭拆期間所產生的安全隱患，是一項值得推廣的新技術。

(3)ACFM檢測技術

ACFM檢測技術即交流電磁場檢測技術，是一種新型的無損檢測和診斷技術，用于檢測金屬構件表面及近表面的裂紋缺陷，可以測量裂紋的長度，計算裂紋深度，具有非接觸測量、受工件表面影響小的特點。其可透過涂層測量出裂紋，省去了清除涂層的時間及費用，簡單易操作。

(4)保溫層下脈沖渦流檢測技術

保溫層下腐蝕是常壓儲罐較常見的一種腐蝕狀況，其檢測往往需要先將保溫層去除方可進行。需要大量的腳手架進行配合，造成整體工期較長，工作量較大。脈沖渦流技術主要是利用電磁波技術來確定任何導電材料的壁厚。這種方法不需要將探頭與測試表面進行接觸，卻仍然具有較高的準確性，故無需拆除保溫層即可完成腐蝕檢測。但是由于該技術只提供平均壁厚，因此通常只作為一種篩選技術，不用于檢測孤立的腐蝕區域。對于篩選后懷疑腐蝕嚴重的區域仍需拆卸保溫層進行進一步的檢測。此外，脈沖渦流技術只能用于碳鋼和低合金鋼結構的檢測，限制了其應用范圍。

4.結束語

無損檢測技術在常壓儲罐檢測中的應用十分廣泛，各種檢測技術各有優缺點。根據不同的失效類型，選擇有效的無損檢測方法并加以應用是本次研究的最終目的。儲罐檢測是一個綜合性過程，需要使用不同的檢測手段進行有機結合，隨著儲罐大型化、復雜化、高參數化發展，其無損檢測技術也是日新月異。希望能有更多自動化、智能化的檢測儀器、檢測技術來提升現有的檢測能力，實現檢測的安全、高效、準確，保障常壓儲罐能夠長周期安全穩定的運行。