陳謀財(cái)，陳伯紅，段慶儒，丁 暉，朱 琴

（1.北京科海恒生科技有限公司，北京 100043；2.廣東省特種設(shè)備檢測(cè)院 惠州分院，惠州 516002）

對(duì)在用地上常壓儲(chǔ)罐底板和壁板的腐蝕減薄情況進(jìn)行可靠有效地定性、定量檢測(cè)評(píng)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(chǔ)罐因?yàn)楦g而發(fā)生泄露的情況時(shí)有發(fā)生，既影響了生產(chǎn)也帶來了庫區(qū)安全隱患。國外在20世紀(jì)80年代初就開始了對(duì)儲(chǔ)罐底板和壁板腐蝕檢測(cè)技術(shù)和設(shè)備的研究。美國石油學(xué)會(huì)在1991年制訂了API 653標(biāo)準(zhǔn)，其中就提供了包括底板在內(nèi)的地上儲(chǔ)罐結(jié)果完整性及運(yùn)行狀況的預(yù)防性維修和檢驗(yàn)檢測(cè)要求［1］。目前，漏磁、聲發(fā)射和超聲測(cè)厚技術(shù)被廣泛用于儲(chǔ)罐的腐蝕檢測(cè)。相對(duì)而言，我國常壓儲(chǔ)罐腐蝕檢測(cè)技術(shù)處于起步階段，但是發(fā)展迅速。我國分別于2007年出臺(tái)了JB／T 10765－2007《無損檢測(cè) 常壓金屬儲(chǔ)罐漏磁檢測(cè)方法》和JB／T 10764－2007《無損檢測(cè)常壓金屬儲(chǔ)罐聲發(fā)射檢測(cè)及評(píng)價(jià)方法》兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，大大推動(dòng)了漏磁和聲發(fā)射技術(shù)在儲(chǔ)罐腐蝕檢測(cè)的應(yīng)用。為了更好地推動(dòng)相關(guān)技術(shù)在常壓儲(chǔ)罐腐蝕檢測(cè)的應(yīng)用，筆者結(jié)合了解的國外最先進(jìn)檢測(cè)技術(shù)和設(shè)備向大家進(jìn)行介紹。

1 能分辨上下表面缺陷的Floormap 3D漏磁檢測(cè)設(shè)備

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，已有30多套英國銀翼公司的漏磁檢測(cè)設(shè)備為國內(nèi)的二十幾個(gè)特檢機(jī)構(gòu)和檢測(cè)單位服務(wù)。2012年該公司研發(fā)出一套可以分辨上下表面缺陷的Floormap 3D漏磁檢測(cè)設(shè)備。

常規(guī)的漏磁設(shè)備主要由24V直流電池驅(qū)動(dòng)的掃描器主機(jī)、附加在掃描主機(jī)底部的磁橋、霍爾傳感器和觸摸式電腦組成（圖1）。檢測(cè)原理是由磁橋給儲(chǔ)罐底板施加磁場(chǎng)，在板內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)磁場(chǎng)；若板材上存在腐蝕或損傷等缺陷，則會(huì)在其表面形成漏磁場(chǎng)；霍爾傳感器探測(cè)到該漏磁場(chǎng)；通過信號(hào)傳輸及處理，最終在觸摸式電腦中顯示檢測(cè)結(jié)果。由于漏磁場(chǎng)的強(qiáng)度與缺陷深度和大小有關(guān)系，所以可以通過分析漏磁場(chǎng)信號(hào)來獲得板材上缺陷的情況。

圖1 常規(guī)漏磁檢測(cè)設(shè)備實(shí)物及探頭結(jié)構(gòu)

由于對(duì)同樣的缺陷在上下表面得到的信號(hào)差別非常微小，所以常規(guī)漏磁檢測(cè)設(shè)備只能檢測(cè)出腐蝕缺陷的大小，而不能分辨缺陷是在上下哪個(gè)表面。

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，上下表面缺陷會(huì)引起磁極下的磁阻變化（圖2），導(dǎo)致下表面缺陷產(chǎn)生的磁通量密度要比上表面缺陷的強(qiáng)得多。因此Floormap 3D設(shè)備在傳統(tǒng)漏磁設(shè)備的基礎(chǔ)上在磁極下方添加了傳感器，也稱STRAS技術(shù)，添加探頭位置見圖3。

圖2 由上下表面缺陷引起的磁阻變化圖

圖4～7為針對(duì)帶有20%，40%，60%和80%缺陷的標(biāo)定板，傳統(tǒng)漏磁檢測(cè)儀及STRAS技術(shù)探頭分別從缺陷朝上和缺陷朝下兩種狀態(tài)下掃查所得的漏磁信號(hào)和C掃描圖。從圖中可以清楚地看到，傳統(tǒng)漏磁傳感器所獲得的上下表面缺陷信號(hào)和C掃描圖沒什么變化，但磁極下新加的傳感器只對(duì)上表面缺陷引起的漏磁信號(hào)敏感，對(duì)下表面缺陷引起的漏磁信號(hào)不敏感。圖7是Floormap 3D漏磁設(shè)備在6mm標(biāo)定試板上缺陷朝上掃描所得結(jié)果，通過軟件的濾波選擇可以很簡單地分辨上下表面缺陷。

圖3 STRAS技術(shù)所加探頭的位置

圖4 不同檢測(cè)方法對(duì)上下表面缺陷的檢測(cè)效果

Floormap 3D與常規(guī)漏磁設(shè)備相比，除了可以分辨缺陷是在哪個(gè)表面之外，其探頭數(shù)由原來的32個(gè)增到256個(gè)（圖8），大大提高了對(duì)小缺陷的敏感度，提高了檢出率，顯著提高了分辨力，同時(shí)探頭按三維布置可以避免由于缺陷的方向性所造成的漏檢。

2 儲(chǔ)罐底板的導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)及設(shè)備

漏磁檢測(cè)儲(chǔ)罐底板的數(shù)據(jù)雖然可靠直觀，但檢測(cè)時(shí)必須開罐和清罐，需要耗費(fèi)大量的人力和物力，所以實(shí)際工作中希望在不開罐的情況下能檢測(cè)出儲(chǔ)罐底板的腐蝕情況。

對(duì)此，目前應(yīng)用較多的是聲發(fā)射技術(shù)和低頻導(dǎo)波技術(shù)。聲發(fā)射技術(shù)檢測(cè)結(jié)果不直觀，而且依據(jù)JB／T 10764－2007標(biāo)準(zhǔn)判斷罐底板腐蝕情況有一定的難度，因?yàn)樵u(píng)定腐蝕程度的關(guān)鍵C值和K值都是要對(duì)相同規(guī)格和運(yùn)行條件的儲(chǔ)罐進(jìn)行一定數(shù)量的檢測(cè)試驗(yàn)和開罐驗(yàn)證來取得，目前我國還處于積累階段，沒有這樣的經(jīng)驗(yàn)數(shù)值，因此聲發(fā)射技術(shù)對(duì)一個(gè)罐群來說可以對(duì)其儲(chǔ)罐的腐蝕情況進(jìn)行排序，但很難針對(duì)某個(gè)儲(chǔ)罐給出準(zhǔn)確的腐蝕情況。

圖5 傳統(tǒng)漏磁信號(hào)C掃描圖

圖6 STRAS技術(shù)磁極下漏磁信號(hào)C掃描圖

圖7 STRAS技術(shù)掃描后顯示的上表面缺陷結(jié)果

圖8 探頭布局圖

英國TWI集團(tuán)下的PI公司目前正在研制一款能在不開罐情況下檢測(cè)儲(chǔ)罐底板腐蝕的低頻導(dǎo)波設(shè)備。其采用超聲波原理，探頭的布置與聲發(fā)射類似。根據(jù)儲(chǔ)罐直徑的不同，在儲(chǔ)罐外均勻布置一定數(shù)量的探頭。采用一發(fā)多收的、依次發(fā)射的方式，根據(jù)采集的信號(hào)，以成像的方式給出儲(chǔ)罐底板的腐蝕情況（圖9）。所得的結(jié)果中包含了焊縫、儲(chǔ)罐底板附屬結(jié)果以及腐蝕缺陷信號(hào)。

該系統(tǒng)已經(jīng)在英國的荷蘭皇家孚寶集團(tuán)進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)對(duì)象是一個(gè)直徑φ8.5m的儲(chǔ)罐，在儲(chǔ)罐內(nèi)做了一個(gè)直徑φ50mm的缺陷，其檢測(cè)結(jié)果如圖10所示。

從圖10中可以看出，所得的層析圖能夠比較直觀地反映出缺陷的位置及形狀。為了進(jìn)一步驗(yàn)證系統(tǒng)的可靠性，又在底板上沿線性方式做了三個(gè)缺陷，其中最小的直徑為φ20mm，其檢測(cè)結(jié)果如圖11。可見，該技術(shù)在儲(chǔ)罐底板腐蝕檢測(cè)上具有廣泛的應(yīng)用前景。

圖9 低頻導(dǎo)波檢測(cè)儲(chǔ)罐底板原理圖

圖10 導(dǎo)波技術(shù)檢測(cè)φ50mm缺陷效果

3 儲(chǔ)罐罐壁腐蝕檢測(cè)技術(shù)

對(duì)于儲(chǔ)罐罐壁的腐蝕，起初都是采用人工測(cè)厚的方式進(jìn)行檢測(cè)，工作量大而且需要搭建腳手架，所以越來越多的企業(yè)選用了爬行機(jī)器人。

圖11 導(dǎo)波技術(shù)檢測(cè)儲(chǔ)罐底板線性方向上的三個(gè)缺陷效果

3.1 干耦合B掃描爬行系統(tǒng)

干耦合B掃描爬行系統(tǒng)見圖12。其主要采用超聲干耦合技術(shù)進(jìn)行線性B掃描，優(yōu)點(diǎn)是自動(dòng)爬行、電池供電、測(cè)量過程中無需添加耦合劑，但其爬行速度只有25mm／s，且數(shù)據(jù)受現(xiàn)場(chǎng)表面條件影響較大。

圖12 干耦合B掃描爬行系統(tǒng)

3.2 超聲水耦合C掃描系統(tǒng)

超聲水耦合C掃描系統(tǒng)由掃描器、電子主機(jī)、遙控器、軟件、電纜及水泵（提供水耦合）組成（圖13）。該系統(tǒng)采用掃描器上的探頭連續(xù)移動(dòng)進(jìn)行面掃描，檢測(cè)時(shí)只需要把掃描器放在需要檢測(cè)的區(qū)域，通過控制器或軟件控制掃描器運(yùn)行，檢測(cè)區(qū)域的腐蝕情況可以以C掃描的方式實(shí)時(shí)顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上。

該系統(tǒng)特別適合于重點(diǎn)觀察部位的腐蝕檢測(cè)，用顏色的不同來顯示腐蝕的程度。主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)果直觀、可以選擇多種掃描器；缺點(diǎn)是需要220V交流供電、操作復(fù)雜、耗水多。

3.3 快速自動(dòng)爬行連續(xù)測(cè)厚系統(tǒng)

圖14是目前爬行速度最快的罐壁檢測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)與其他爬行器最大的不同之處在于其采集信號(hào)的傳感器位于爬行器的腹部，四個(gè)磁輪可以很好地讓傳感器與檢測(cè)表面緊密接觸。除此之外還利用流速可調(diào)的隔膜泵提供水耦合，不但可以確保耦合條件的可靠性，還能節(jié)約水資源。

圖13 超聲水耦合C掃描系統(tǒng)

圖14 快速爬行連續(xù)測(cè)厚系統(tǒng)

該系統(tǒng)由于采用了小巧靈活的爬行器，使得爬行速度高達(dá)6m／min，大大提高了檢測(cè)效率；全套系統(tǒng)采用24V直流電池供電，安全又方便；能實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前厚度，直觀易懂；能直接出具Excel報(bào)告，位置厚度一一對(duì)應(yīng)，結(jié)果一目了然；同時(shí)還有管道爬行器可選，滿足更多檢測(cè)要求。

4 結(jié)語

介紹了目前世界最先進(jìn)的儲(chǔ)罐檢測(cè)技術(shù)及設(shè)備，可為國內(nèi)的儲(chǔ)罐檢測(cè)提供更多有效的技術(shù)和手段，為儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)、維護(hù)和管理提供可靠的依據(jù)。

［1］ 陳虎，林遠(yuǎn)龍，祝金丹.常壓儲(chǔ)罐底板腐蝕漏磁檢測(cè)［J］.無損檢測(cè)，2010，32（6）：450－453.