储罐在线检测评价技术研究
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作者: 韩曙光
摘要：常压立式储罐声发射在线检测技术的最主要特点是它的动态特性，即结构需在激励的情况下才能进行检测。本文对声发射技术在储罐底板腐蚀在线检测的实验研究进行了简单的论述。
关键词：声发射 腐蚀 检测 实验研究
1、前言：
大型金属储罐是石油生产及原油储运行业常用、重要设备之一，属于常压容器、薄壁结构范畴。在运行过程中，由于液位和地基的不断变化，随着时间的推移，储罐底板将受到一定的损伤或产生活性缺陷，加之由于储罐浮顶密封的损坏、中央排水管的泄露、原油中析出的水份等，致使大量的水和原油中杂质沉积于储罐底板，这些水和杂质都具有相当的腐蚀作用，可以说腐蚀是不可避免的。通过我们几年来储罐底板腐蚀离线检测结果来看，有些储罐底板的腐蚀破坏是十分严重的，最大的腐蚀深度有的已经达到设计厚度的80%以上，有的甚至达到穿孔。腐蚀不仅给安全生产带来重大隐患，同时给储罐的管理及安全环境带来严重的后果。2000年，大庆石化总厂的一个5000m3 污水沉降罐由于腐蚀穿孔造成基础下陷，将储罐底板撕裂形成整体报废，造成了巨大的直接经济损失和减产等方面的间接经济损失。
立式储罐的检测及维修费用非常昂贵，一次检修费用大约占储罐建设费用的10%左右。
采用在线检测、评估和计算机分析方法,研究常压立式储罐在线泄漏、损伤检测、腐蚀等级划分与结构完整性评价技术，实现对立式储罐状态的动态检测和科学管理，在降低检测、维修费用，减少环境污染，提高设备的安全性等方面，有很好的推动作用。 采用生发射研究成果，可以变定期检测为状态检测，将有助于油田综合效益和管理水平的提高。
据国外2000多台被检立式储罐的资料统计表明，54％的罐为不需要离线清罐检修，只有9％的储罐需要及时检测与修复。其它罐为有一定的损伤，需要制定合理的维修计划。我们在大庆油田储运销售分公司和采油二厂共做了50个储罐在线检测，并对其中的7个储罐进行了开罐检查验证，在线检测准确率在100%。结果表明：50%的储罐底板腐蚀状态较为轻微，不需要维修；25%的储罐应该进入检修预备状态；25%的储罐急待检修。目前储罐底板检测的常用方法是定期离线无损检测，工作顺序为：停工、清罐、除锈、检测，检测手段主要采用漏磁、 超声等。这些方法在不停产情况下对如何识别“好罐”与“坏罐”，是无能为力。因此，迫切需要一种与之相配套的立式储罐在线泄漏、损伤、腐蚀检测与评价技术。储罐罐底是储罐结构中最容易发生腐蚀和泄漏的部位，因此，储罐罐底的腐蚀检测与评价应该得到足够的重视。
2储罐在线检测的特点：
立式储罐在使用过程中，劣化的最常见形式是遭受各种各样的腐蚀，其中最易受到破坏和发生问题的部位是储罐的罐底。声学检测是对储罐底部进行在线检测的有效方法, 不仅能判断罐底是否有活性声源而且可确定其位置，这些声源表明存在泄漏或有腐蚀损伤。采用储罐罐底声学检测，具有如下的特点：
2．1对储罐的完整性不会有任何影响。不用开罐，只需通过按圆周布置在罐外的声学换能器接收的信号来判定罐底是否有声源及其位置。
2．2实现实时和在线检测。可以根据需要来安排声学检测，不影响正常的生产,只需在检测前的一小段时间内保持液位稳定。
2．3检测结果直观、明确。检测报告中包括有确定了任何可疑声源和罐底定位的图，从中可以非常直观的了解被检储罐罐底的情况。
2．4声学监测与超声测厚相结合，可以对储罐进行整体在线检测和结构完整性评价，提高检测结果的可靠性。
3检测原理：
声学检测技术的最主要的特点是它的动态特性，即结构需在激励的情况下才能进行检测。虽然立式储罐中腐蚀过程产生的信号非常微弱，很难被换能器接收到，但由于储罐在工作状态下，可以通过液位变化产生激励源。在腐蚀状态下，储罐罐底可形成以下两种主要有效声源。
4储罐在线检测与评价的方法
4．1 声学检测时，在储罐的外壁上按一定阵列固定换能器并接收来自“声源”的信号，通过专门的软、硬件对这些信息进行数据采集与处理分析，以判断储罐的腐蚀情况以及罐底是否存在泄漏。。
4．2储罐内部产生的腐蚀，主要取决于储罐的材质、介质和应力水平。采用声学在线检测方法(罐壁)和典型区域超声测厚方式(罐壁和浮顶)相结合方法进行腐蚀损伤检测与评价。
5应用实例
5．1储罐的基本情况(一储运销售分公司北油库1号储罐为例)
储罐的设计压力：常压；
工作介质：原油；
储罐设计储量：20000m3
最大储量：20400m3
储罐直径：D=40.632m
储罐高度：H=19895mm
5．2检测仪器及参数设置
检测仪器为SPARTAN AT-32通道声学检测分析仪(需改动)和美国26MG高灵敏度超声测厚仪。声学检测分析仪设置总增益为70 dB(前放40dB,主放30dB)，门槛为35dB，定位方式为三角时差定位和区域定位。
5．3检测步骤
5．3．1在罐体外壁按一定阵列安装换能器。
5．3．2仪器调试合格后,在距离换能器100mm处进行铅芯(φ0.5mmHB铅芯)断裂信号标定,以确认各通道均具有较高灵敏度,且各通道灵敏度差在3dB以内。并对其中几个定位阵列进行定位标定。声学检测结束后,应再次对系统进行标定,以确保各通道在检测期间正常工作。
5．3．3在液位升、保和降变化过程中进行声学在线检测。
5．3．4根据声学在线检测和超声测厚结果,对该罐的结构完整性、是否存在泄漏做出综合评价。
5．4检测结果与分析
利用声发射技术对20000m3原油储罐进行了不同操作阶段的监测。
5．4．1储罐罐壁的声学检测结果表明，在液位保持阶段，各通道信号数很少，故认为罐壁在该操作条件下表现出较好的状态，即变形较小或腐蚀不严重。
5．4．2储罐罐底的声学检测结果
5．4．2．1在不同时间内对液位保持阶段(H=13.10m)的罐底进行了监测，通过对其定位图及幅度分布图的分析可以看出，在该阶段中罐底没有出现表明泄漏的声源集中定位集团，仅出现较多分散信号。这表明该罐罐底不存在泄漏或渗漏现象，但罐底存在较明显的腐蚀。
5．4．2．2液位降低阶段，由于流动较大，定位点的分布趋向为沿流动方向密度增加，且出口处最为集中，这相当于一个很大的模拟泄漏点。
5．4．3开罐检测底板结果与声学检测结果一致，罐底有很多的均匀腐蚀坑和腐蚀产物存在(最深处约为5.4mm，储罐底板的实际厚度为6mm)。 并参照GB/T 18182-2000，结合储罐罐底腐蚀状态评价方法，得出如下结论：
5．4．3．1罐底声源强度为Ⅳ级；
5．4．3．2罐底声源活动性为Ⅴ级；
5．4．3．3罐底声源定位分析为Ⅴ级。
综合考虑上述分析结论及储罐外观检查情况，认为该储罐罐底板腐蚀严重，等级为E级。储罐底板的实际情况见下列照片。
6 结 论
(1)声学检测是对储罐底部进行在线检测的最有效方法, 不仅能判断罐底是否有活性声源，而且确定其位置。
(3)由于罐底的沉积物的影响，这将会使声学仪接收到的信号有显著的提高，并形成断续的信号群。
(4)立式储罐罐底声源产生机理的有关理论分析，已得到模拟立式储罐泄漏试验的验证,并为现场立式储罐的声学检测与分析提供了重要的理论依据。
(5)20000m3渣油储罐的声学检测结果表明, 采用该项技术可以对立式储罐的腐蚀状态和结构完整性作出评价。
参考文献
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4、戴光．压力容器安全工程学．1．哈尔滨：黑龙江科学技术出版社，1995
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