陳 虎,林遠(yuǎn)龍,祝金丹

(1.寧波市特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院,寧波 315020;2.浙江紡織服裝職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電與信息工程學(xué)院,寧波 315211)

對在用常壓儲油罐底板的腐蝕減薄情況進(jìn)行可靠有效地定性、定量檢測評估是保證石化工業(yè)、油田集輸站安全運(yùn)行的關(guān)鍵。實(shí)際上,儲罐因底板腐蝕而發(fā)生泄漏的情況時(shí)有發(fā)生,既影響了生產(chǎn)也帶來了庫區(qū)安全隱患。美國石油學(xué)會早在1991年制訂的API 653標(biāo)準(zhǔn)[1]中對包括底板在內(nèi)的地上儲罐結(jié)構(gòu)完整性及運(yùn)行狀況提供了預(yù)防性維修和檢驗(yàn)檢測技術(shù)要求,但并未給出具體的儲罐底板腐蝕檢修程序。從檢測技術(shù)角度來講,漏磁和聲發(fā)射技術(shù)被廣泛應(yīng)用于底板全面檢驗(yàn),而作為輔助手段,超聲、磁粉、渦流、滲透和超聲波測厚等方法被用于局部抽檢和復(fù)驗(yàn)。我國于2003年才將漏磁檢測應(yīng)用于油罐檢驗(yàn),2007年相關(guān)的漏磁檢測標(biāo)準(zhǔn)[2]才正式出臺。相對而言,我國常壓金屬儲罐漏磁檢測技術(shù)正處于起步發(fā)展階段,油罐使用和相關(guān)檢驗(yàn)單位對于底板腐蝕減薄漏磁檢測技術(shù)還不甚了解,還需要大量的研究、實(shí)踐工作,以推動漏磁技術(shù)在油罐底板腐蝕檢測的應(yīng)用。以下筆者針對近期多臺油罐集中漏磁檢測過程中所發(fā)現(xiàn)與總結(jié)的問題作一簡要介紹。

1 金屬底板腐蝕與漏磁檢測設(shè)備

常壓儲罐儲存的介質(zhì)主要為原油和污水等。含水油品中的無機(jī)鹽成為導(dǎo)致儲罐底板腐蝕的誘因。腐蝕原因主要可以分為三類[3]：含水油品中的高滲透性無機(jī)鹽水解酸化后滲過防腐層或襯墊層進(jìn)入底板表面,引起底板大面積腐蝕和焊縫區(qū)腐蝕(湖狀蝕坑);水中無機(jī)鹽分形成的電解液在腐蝕產(chǎn)物與底板板材、不同材質(zhì)(鋁質(zhì)立柱與底板板材)、同材質(zhì)不同電勢組織間造成的電化學(xué)腐蝕(錐形蝕坑);罐底無氧條件下的硫酸鹽致細(xì)菌腐蝕(針絲狀蝕坑)等。典型的蝕坑類型及位置見圖1。

圖1 典型底板蝕坑類型及位置

漏磁檢測最早應(yīng)用于焊縫、鋼管和棒材的探傷,近年來才應(yīng)用于常壓儲罐底板腐蝕減薄檢測。圖2為典型的漏磁檢測裝置示意圖,其中磁橋由永磁鐵或電磁鐵組成,用于磁化底板金屬;探頭由霍爾元件陣列或線圈組成,用于檢測漏磁信號。從設(shè)備類型來分,可以分為單次掃查面積較大的“推車式”和用于局部非規(guī)則區(qū)域掃查的“手持式”,其目的在于兩者輔助使用,以提高油罐底板漏磁檢測面積重疊率。

圖2 漏磁檢測裝置

筆者檢測所使用的底板漏磁檢測儀為FloormapVS2漏磁掃描儀,有16組霍爾傳感器,掃查寬度250mm,單次最大掃描長度 15m,掃描速度0.5m/s;測試厚度范圍最大20mm,最大穿透防腐層厚度6mm;靈敏度為無防腐層10%和有防腐層20%;重量 55kg;掃查范圍為 100%(機(jī)械障礙除外)。

2 儲罐底板漏磁檢測經(jīng)驗(yàn)

在對漏磁檢測原理與漏磁檢測設(shè)備充分了解的基礎(chǔ)上,筆者參與了中石化、中石油和寧波港集團(tuán)等單位的近30臺儲油罐和污水罐的底板腐蝕漏磁檢測工作,油罐容量涉及60～30000m3,基本覆蓋國內(nèi)常見常壓儲油罐結(jié)構(gòu)類型,包括拱頂式儲罐、浮頂式儲罐和內(nèi)浮頂式儲罐等結(jié)構(gòu)。綜合對檢測過程中遇到的一些共性問題的認(rèn)識及解決辦法的探索,作簡要總結(jié)。

2.1 掃查覆蓋率(掃查范圍)

隨著儲罐容積的增大,罐內(nèi)件功能結(jié)構(gòu)也隨之變得復(fù)雜。儲液進(jìn)出管、液位計(jì)、虹吸管、取樣管器、加熱(冷卻)器、浮頂人孔梯和浮頂立柱等與底板直接或間接相連的結(jié)構(gòu)在儲罐檢驗(yàn)過程中通常是不予拆卸的,因此也成為底板漏磁檢測掃查時(shí)的機(jī)械障礙,其所對應(yīng)的底板連接區(qū)域是無法進(jìn)行漏磁檢測掃查的;底板對、搭接焊縫區(qū)域和底板與壁板角焊縫也會由于存在結(jié)構(gòu)不連續(xù)而無法掃查;另外,漏磁檢測設(shè)備也不可避免存在一定面積的檢測盲區(qū),這就造成了實(shí)際的底板漏磁檢測掃查過程中,無法保證儲罐底板的100%掃查,掃查覆蓋率(有效檢測區(qū)面積/底板面積)隨著罐底機(jī)械障礙的增多而降低,如圖3所示。因此,為盡可能地提高檢測覆蓋率,降低缺陷漏檢的可能性,在使用推車式漏磁檢測設(shè)備進(jìn)行罐底大面積掃查的同時(shí),對于儀器無法到達(dá)的底板區(qū)域和檢測盲區(qū),需要采用手持式漏磁檢測儀或超聲波測厚儀,結(jié)合宏觀檢查,來輔助提高檢測覆蓋率;對于底板對/搭接焊縫,需要輔以適當(dāng)?shù)恼婵諜z漏方法進(jìn)行檢驗(yàn)。

圖3 底板檢測有效面積

2.2 缺陷方向性對漏磁檢測結(jié)果的影響

底板磁化后,腐蝕點(diǎn)由于厚度減薄引起的局部體積明顯缺失而引起此處漏磁,信號被經(jīng)過此點(diǎn)的探頭捕捉后獲得蝕坑減薄信息。實(shí)際上,底板漏磁檢測對于大面積的腐蝕均勻減薄并沒有表現(xiàn)出較高的靈敏度,而對于較小腐蝕面積(相對于勻速運(yùn)行中探頭前后采樣時(shí)間內(nèi)行經(jīng)的面積)或區(qū)域厚度突變情況則檢出率較高,這主要是局部腐蝕厚度發(fā)生明顯減薄時(shí)漏磁信號峰值較高,更利于探頭的信號捕捉。另外,在實(shí)際檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),當(dāng)蝕坑表現(xiàn)一定的方向性時(shí),對此蝕坑進(jìn)行不同角度的掃查時(shí),其漏磁檢測結(jié)果會受到影響,探頭運(yùn)動掃查方向平行于蝕坑最大厚度變化方向時(shí),其漏磁信號峰值最強(qiáng),漏磁檢測結(jié)果與超聲測厚結(jié)果最為接近。圖4為檢驗(yàn)現(xiàn)場使用推車式VS2漏磁掃描儀對一長條形由機(jī)械損傷引起的痕坑缺陷進(jìn)行不同方向掃查時(shí)設(shè)備記錄下的不同結(jié)果。可以看出,當(dāng)探頭運(yùn)行方向垂直于缺陷方向時(shí)(對應(yīng)于最大厚度變化方向),掃查結(jié)果值最高。而平行于缺陷方向運(yùn)動時(shí),掃查結(jié)果顯示幾乎沒有明顯減薄發(fā)生。因此,有必要進(jìn)一步研究缺陷方向性與漏磁檢測掃查方向的關(guān)系。建議針對此類型缺陷(非圓形缺陷)盡可能選擇與缺陷方向垂直的方向掃查;同時(shí)對于某點(diǎn)掃查結(jié)果懷疑時(shí)也應(yīng)對該區(qū)域進(jìn)行不同方向的掃查,以保證檢測定量的準(zhǔn)確性。

2.3 底板剩磁對檢測結(jié)果的影響

由于現(xiàn)場包括底板表面狀況、現(xiàn)場振動都在一定程度上對勻速運(yùn)行中的漏磁檢測設(shè)備檢測結(jié)果有定量甚至定性影響。此時(shí),在可能的情況下,一般要求對底板首次掃查時(shí)結(jié)果顯示高減薄點(diǎn)或主觀懷疑區(qū)域多次掃查以進(jìn)行結(jié)果復(fù)驗(yàn)。復(fù)驗(yàn)時(shí),磁滯效應(yīng)使得底板在首次掃查后仍存在部分剩磁,如不進(jìn)行消磁就進(jìn)行同方向掃查復(fù)驗(yàn),剩磁的存在會影響復(fù)驗(yàn)掃查時(shí)底板磁場分布,尤其是有缺陷存在的區(qū)域,其剩磁的影響更大[4],從而影響結(jié)果的穩(wěn)定性。因此,無論是使用校準(zhǔn)試板進(jìn)行儀器校準(zhǔn),還是底板實(shí)際掃查時(shí)需要特別復(fù)驗(yàn)時(shí),都要考慮采取措施對已掃查區(qū)域進(jìn)行消磁處理。通常,反向掃查、適當(dāng)機(jī)械振動等都可以較好地對底板進(jìn)行消磁。

在現(xiàn)場掃查過程中,在經(jīng)復(fù)驗(yàn)確定缺陷存在的情況下,其缺陷的腐蝕減薄量應(yīng)以首次掃查(首次磁化)記錄結(jié)果為準(zhǔn);結(jié)合缺陷方向性的影響考慮,對高減薄量區(qū)域進(jìn)行多掃查方向驗(yàn)證。

2.4 缺陷單板定位

對于欲掃查的底板,需要準(zhǔn)確地找到缺陷相對于底板基點(diǎn)的位置。FloormapVS2漏磁掃描儀(電腦模式)可以在每次掃查軌跡結(jié)束后通過圖形顯示和坐標(biāo)定位給出缺陷的具體位置(如：減薄量35%;位置X：1532Y：401)。從實(shí)際檢測過程來看,單純用儀器給出的坐標(biāo)值來進(jìn)行定位是不準(zhǔn)確的;這是由于為了確保掃查覆蓋率,每一掃查軌跡都有一部分區(qū)域是相互重疊的,如圖5所示。此時(shí),垂直于軌跡方向的坐標(biāo)值(Y)就會由于重復(fù)重疊的原因而小于實(shí)際缺陷在此方向的坐標(biāo)值;而軌跡運(yùn)動方向(X值)可以精確顯示缺陷沿掃查方向距離。當(dāng)然,對于底板正面腐蝕是可以觀察到的,但對于潛在危險(xiǎn)性更大的底板背部腐蝕,由于無法直接觀察到,就必須準(zhǔn)確定位。因此,在對缺陷定位時(shí),建議使用掃查距離(含盲區(qū)),即系統(tǒng)記錄的X值為圖5缺陷水平方向位置坐標(biāo);而對于垂直軌跡方向需要結(jié)合此次掃查軌跡圖中缺陷顯示的探頭通道數(shù)來定位后采用人工方式,測量其與基點(diǎn)的距離值(Y值),最終在記錄中準(zhǔn)確反映。

圖5 相互重疊的掃查軌跡

2.5 使用超聲方法對蝕坑進(jìn)行驗(yàn)證

常規(guī)精度的超聲波測厚儀適合檢測湖狀蝕坑的腐蝕狀況,但并不適合錐形或管狀底板蝕坑的檢測。這主要是由于采用單晶探頭的測厚儀在檢測過程中對于來自極小區(qū)域或具有與超聲發(fā)射波不垂直表面的蝕坑靈敏度很低。而采用雙晶直探頭 A掃描方式的超聲波儀(B掃描、C掃描更好)則更適合此類缺陷的檢測[5]。但如果對于6mm以下的儲罐底板掃查,由于盲區(qū)的原因,超聲方法并不適合用來復(fù)驗(yàn)漏磁檢測結(jié)果。

2.6 底板表面狀況的影響

罐底板的表面狀況影響漏磁檢測結(jié)果。表面粗糙,需要適當(dāng)提高漏磁設(shè)備的檢測門檻值才可以有效去除由于非缺陷信號(噪聲)的影響,以保證結(jié)果的準(zhǔn)確性,防止缺陷誤判;表面粗糙,需要適當(dāng)調(diào)高設(shè)備探頭與表面的間距以保護(hù)探頭,其結(jié)果會降低漏磁檢測儀的掃查敏感度,影響結(jié)果判斷。

3 結(jié)論

儲罐底板漏磁檢測技術(shù)是一種高效、較高精度的針對底板腐蝕減薄狀況進(jìn)行檢測的面掃查技術(shù),已逐漸應(yīng)用于立式儲罐底板的腐蝕狀況安全評估過程。筆者結(jié)合大量儲罐底板漏磁檢測掃查的實(shí)際經(jīng)驗(yàn),簡要總結(jié)如下：

(1)實(shí)際檢測過程,僅憑漏磁檢測設(shè)備是無法完成底板腐蝕100%檢驗(yàn)覆蓋的,需要借助其他檢測方法來確保底板檢測的完整性。

(2)缺陷方向?qū)β┐艡z測結(jié)果有影響。對于非圓形缺陷,建議掃查方向垂直于缺陷方向(對應(yīng)于最大厚度變化方向),以提高檢測精度。

(3)剩磁對底板同位置漏磁復(fù)驗(yàn)結(jié)果有影響;進(jìn)行漏磁復(fù)驗(yàn)時(shí)需要采取措施進(jìn)行此區(qū)域消磁。

(4)應(yīng)采用漏磁設(shè)備行進(jìn)距離和單軌跡中探頭通道指示來對缺陷進(jìn)行單板定位。

(5)超聲波測厚儀作為漏磁設(shè)備的輔助設(shè)備,并不能完成對所有底板蝕坑進(jìn)行復(fù)驗(yàn)。

(6)底板表面狀況影響漏磁檢測的精度。

[1]API 653—2001 Tank Inspection,Repair,Alteration,and Reconstruction[S].

[2]JB/T 10765—2007 無損檢測 常壓金屬儲罐漏磁檢測方法[S].

[3]Santos J B,Perdig?o F.Automatic defects classification-A contribution[J].NDT and E International,2001,34(5)：313-318.

[4]Cameron N B.Recommended practice for magnetic flux leakage inspection of atmospheric storage tank floors[R].UK：HSE Infoline,2006：21

[5]Marino A,Drury J C.A Comparison of the Magnetic Flux Leakage and Ultrasonic Methods in the Detection and Measurement of Corrosion Pitting in Ferrous Plate and Pipe[C]//15th World Conference on Non-Destructive Testing.Rome：[s.n.],2000：701.