， ，玉林，

(江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院, 南通 226011)

經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，使我國(guó)的能源需求飛速增長(zhǎng)，原油儲(chǔ)罐在石油儲(chǔ)備中具有越來(lái)越重要的地位[1]。原油儲(chǔ)罐一般具有大型化、集中化、介質(zhì)易燃易爆、有毒等特點(diǎn)，一旦發(fā)生爆炸，將會(huì)給社會(huì)和國(guó)家經(jīng)濟(jì)造成重大的影響，因此對(duì)原油儲(chǔ)罐的定期檢測(cè)與評(píng)估，對(duì)保證儲(chǔ)罐的安全使用及正常運(yùn)行具有重大意義[2-3]。

儲(chǔ)罐在長(zhǎng)期的使用過(guò)程中必然會(huì)產(chǎn)生不同模式的失效，如失穩(wěn)、破裂、腐蝕等。所以對(duì)儲(chǔ)罐失效狀況的安全評(píng)價(jià)，在罐體的長(zhǎng)期管理中非常重要。目前，常壓儲(chǔ)罐通常根據(jù)固定的周期進(jìn)行停產(chǎn)開(kāi)罐檢驗(yàn),但此種方法需要花費(fèi)大量的人力、物力和財(cái)力，對(duì)于大型原油庫(kù)區(qū)的清罐，甚至還會(huì)帶來(lái)其他的安全和環(huán)保問(wèn)題。鑒于此，在線檢驗(yàn)技術(shù)在大型原油儲(chǔ)罐檢驗(yàn)方面的應(yīng)用越來(lái)越廣泛[4-5]。

1 儲(chǔ)罐在線檢測(cè)技術(shù)

儲(chǔ)罐的在線全面檢測(cè)主要根據(jù)其失效模式來(lái)確定，包括以下幾個(gè)方面：① 腐蝕失效,包括儲(chǔ)罐底板聲發(fā)射檢驗(yàn)[6]及儲(chǔ)罐測(cè)厚(罐頂/罐壁)；② 破裂失效,包括焊縫應(yīng)力集中磁記憶檢測(cè)；③ 失穩(wěn)失效,包括儲(chǔ)罐基礎(chǔ)沉降檢測(cè)及儲(chǔ)罐垂直度檢測(cè)。其技術(shù)方案如圖1所示。

圖1 儲(chǔ)罐在線檢測(cè)技術(shù)方案框圖

2 儲(chǔ)罐腐蝕失效模式檢測(cè)

2.1 儲(chǔ)罐底板聲發(fā)射檢測(cè)

試驗(yàn)使用美國(guó)物理聲學(xué)公司PAC生產(chǎn)的SMOSE型多通道全數(shù)字化聲發(fā)射檢測(cè)分析儀，傳感器型號(hào)為R3I，檢測(cè)通道有24個(gè),信號(hào)采集設(shè)置參數(shù)如表1所示，儀器連接示意如圖2所示。

表1 硬件設(shè)置參數(shù)

圖2 檢測(cè)儀器連接示意

采用T06原油儲(chǔ)罐(常壓常溫)進(jìn)行試驗(yàn)，其于2007年投入使用，有10年未曾開(kāi)罐檢驗(yàn)。該儲(chǔ)罐材料為SPV490Q，其他參數(shù)為：容積10萬(wàn)m3，直徑80 m，高度21.8 m，壁板共9層，底層板厚32 mm。為了保證腐蝕信號(hào)能準(zhǔn)確地被罐壁上的傳感器接收，將傳感器布置于距離底板0.6 m的罐壁圓周上，在安裝時(shí)應(yīng)注意錯(cuò)開(kāi)接管區(qū)域，確保其安裝在同一高度且各傳感器間距相等，形成閉合環(huán)狀分布(沿圓周方向均勻布置24個(gè)傳感器)。

對(duì)儲(chǔ)罐底板的聲發(fā)射檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行噪聲信號(hào)濾波、相關(guān)分析、聚類、活性計(jì)算、腐蝕速率預(yù)測(cè)等綜合處理分析后，從罐底板的定位事件圖(見(jiàn)圖3)上可以看出,在2 h的檢測(cè)過(guò)程中,底板聲發(fā)射信號(hào)總體事件數(shù)、撞擊數(shù)、能量等均處于較低水平，說(shuō)明儲(chǔ)罐底板有輕微的腐蝕活性。依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)JB/T 10764-2007《無(wú)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》，評(píng)定該儲(chǔ)罐底板使用狀況等級(jí)為Ⅱ級(jí)。

圖3 儲(chǔ)罐底板聲發(fā)射檢測(cè)結(jié)果

2.2 儲(chǔ)罐測(cè)厚

圖4 儲(chǔ)罐罐壁結(jié)構(gòu)及其測(cè)厚的測(cè)點(diǎn)布置示意

對(duì)于罐壁底部第一層以及與扶梯接觸的罐壁處，主要采用超聲波測(cè)厚的方式進(jìn)行檢測(cè)，其中罐壁第一層所有壁板均要進(jìn)行測(cè)厚，每塊板均布5個(gè)測(cè)點(diǎn)。對(duì)于第一層以上的罐壁，沿扶梯進(jìn)行測(cè)厚，每塊壁板沿高度方向均布5個(gè)測(cè)點(diǎn)；對(duì)于罐壁其他部分，選擇性地進(jìn)行超聲B掃檢測(cè)，以衡量罐壁的均勻腐蝕狀況；對(duì)罐壁的異常腐蝕區(qū)域進(jìn)行超聲C掃檢測(cè)，如有必要可以抽檢部分罐壁，進(jìn)行大面積的自動(dòng)爬壁超聲C掃檢測(cè)，罐壁測(cè)厚的測(cè)點(diǎn)布置示意如圖4所示。

對(duì)罐頂?shù)臏y(cè)厚采用抽檢方式進(jìn)行，主要檢測(cè)點(diǎn)分布于浮頂最外側(cè)圓周和浮頂兩個(gè)直徑方向上，其中浮頂外側(cè)圓周分布24個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，每個(gè)直徑方向分布18個(gè)檢測(cè)點(diǎn)。其測(cè)點(diǎn)布置示意如圖5所示。

圖5 儲(chǔ)罐罐頂測(cè)厚的測(cè)點(diǎn)布置示意

從各部分檢測(cè)數(shù)據(jù)上看，由于儲(chǔ)罐表面防腐涂層的保護(hù)，罐體實(shí)測(cè)厚度相對(duì)于原始厚度未出現(xiàn)較大的腐蝕，包括浮頂?shù)拿黠@腐蝕區(qū)都未出現(xiàn)較大程度的壁厚減薄現(xiàn)象，腐蝕量均在1.0 mm以內(nèi)。

3 儲(chǔ)罐破裂失效模式檢測(cè)

儲(chǔ)罐的應(yīng)力集中會(huì)導(dǎo)致罐體的腐蝕加劇，形成罐壁焊縫應(yīng)力損傷。磁記憶對(duì)罐壁焊縫的檢測(cè)任務(wù)就是要查找并確定應(yīng)力集中區(qū)域[7-8]。儲(chǔ)罐的磁記憶應(yīng)力集中檢測(cè)部位為第一層壁板的縱向和環(huán)向焊縫, 圖6為檢測(cè)部位示意。

圖6 儲(chǔ)罐罐壁檢測(cè)部位示意

圖7 罐壁縱向、環(huán)向焊縫檢測(cè)結(jié)果

實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中，在距離罐底55～65 cm范圍內(nèi)出現(xiàn)明顯的信號(hào)突變現(xiàn)象。設(shè)備檢測(cè)門(mén)檻值設(shè)置為10 A·m-1，實(shí)際檢測(cè)中信號(hào)突變處的磁場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到門(mén)檻值的近10倍以上，信號(hào)突變非常強(qiáng)，呈整圈出現(xiàn)，如圖7所示。

針對(duì)以上檢測(cè)到的應(yīng)力集中情況，選擇磁粉及超聲檢測(cè)方法進(jìn)行復(fù)驗(yàn)，排除表面及內(nèi)部宏觀缺陷，除此之外，在環(huán)向焊縫的上下100 mm范圍內(nèi)的母材上也出現(xiàn)了明顯的應(yīng)力集中現(xiàn)象，因此判定其是由于應(yīng)力集中引起的信號(hào)突變，對(duì)缺陷分布位置的分析可以看出，應(yīng)力集中主要位于第一層壁板距底板一定距離的母材處(且呈整圈出現(xiàn))、縱焊縫處及環(huán)焊縫處。

4 儲(chǔ)罐失穩(wěn)失效模式檢測(cè)

4.1 儲(chǔ)罐基礎(chǔ)沉降檢測(cè)

針對(duì)儲(chǔ)罐在日常使用過(guò)程中產(chǎn)生的不均勻沉降和剛性傾斜的問(wèn)題，防止儲(chǔ)罐產(chǎn)生整體的穩(wěn)定性失效[9]，需對(duì)儲(chǔ)罐進(jìn)行基礎(chǔ)沉降測(cè)量，測(cè)量時(shí)需遵循以下幾點(diǎn)：

(1) 儲(chǔ)罐基礎(chǔ)應(yīng)按設(shè)計(jì)文件要求進(jìn)行標(biāo)高測(cè)量，主要考慮兩個(gè)沉降分量的綜合影響；

(2) 在罐底板外側(cè)的基礎(chǔ)頂面，應(yīng)沿環(huán)向均勻布置24個(gè)檢測(cè)點(diǎn)(見(jiàn)圖8)；

(3) 沉降觀測(cè)測(cè)量器具宜采用精密水準(zhǔn)儀和塔尺(在有效鑒定期內(nèi))；

(4) 沉降觀測(cè)結(jié)果評(píng)定參照標(biāo)準(zhǔn)SY/T 6620-2014《儲(chǔ)罐的檢驗(yàn)、建設(shè)、改建和翻建》中的規(guī)定。

圖8 儲(chǔ)罐基礎(chǔ)沉降觀測(cè)點(diǎn)布置示意

在觀測(cè)儲(chǔ)罐基礎(chǔ)沉降時(shí)，主要從儲(chǔ)罐的4個(gè)方向，分別對(duì)儲(chǔ)罐24個(gè)觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)，期間需要4個(gè)基站，并進(jìn)行相應(yīng)的移站修正基準(zhǔn)值。將最終得到的24個(gè)觀測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)一修正，以1號(hào)觀測(cè)點(diǎn)的實(shí)際標(biāo)高作為基準(zhǔn)標(biāo)高0，對(duì)其他觀測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，結(jié)果如圖9所示，可以看出儲(chǔ)罐在基礎(chǔ)沉降點(diǎn)14～21點(diǎn)有明顯沉降。

圖9 儲(chǔ)罐基礎(chǔ)沉降曲線示意

4.2 儲(chǔ)罐垂直度檢測(cè)

在罐體相互對(duì)稱的4個(gè)位置分別選擇上中下，共12個(gè)測(cè)量點(diǎn)(發(fā)現(xiàn)有垂直度異常時(shí)，擴(kuò)大檢測(cè)比例)，在每一個(gè)測(cè)量點(diǎn)處，使用全站儀先對(duì)準(zhǔn)罐體的最上部，然后固定儀器的回轉(zhuǎn)自由度，使儀器目視鏡勻速下轉(zhuǎn)，直至罐體底部邊緣，分別讀取罐體距離儀器基準(zhǔn)十字線中心的水平距離，即可計(jì)算出罐體的垂直度。其檢查點(diǎn)的分布示意如圖10所示。

圖10 儲(chǔ)罐垂直度檢查點(diǎn)分布示意

儲(chǔ)罐垂直度及橢圓度的檢測(cè)結(jié)果評(píng)定參照SY/T 6620-2014標(biāo)準(zhǔn)中10.5.2章節(jié)的規(guī)定。具體檢測(cè)數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 儲(chǔ)罐垂直度檢測(cè)數(shù)據(jù) mm

依據(jù)SY/T 6620-2014標(biāo)準(zhǔn)的要求，儲(chǔ)罐垂直度不得超過(guò)儲(chǔ)罐總高度的1/100(218 mm)，最大值為127 mm，從檢測(cè)數(shù)據(jù)可以看出其最大值為66 mm，儲(chǔ)罐垂直度完全滿足要求。

5 儲(chǔ)罐管理措施的改進(jìn)

從上述儲(chǔ)罐的全面檢測(cè)結(jié)果可以看出，儲(chǔ)罐整體狀況較好，壁板及底板腐蝕程度較低，垂直度在標(biāo)準(zhǔn)可接受的范圍內(nèi)。在底層罐壁距離底板55～65 cm范圍內(nèi),罐壁板的焊縫區(qū)域均會(huì)產(chǎn)生明顯的應(yīng)力集中，同時(shí)，儲(chǔ)罐基礎(chǔ)出現(xiàn)部分不均勻沉降現(xiàn)象。在后續(xù)的檢驗(yàn)檢測(cè)和日常維護(hù)管理中，應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注底圈應(yīng)力集中及不均勻基礎(chǔ)沉降現(xiàn)象，檢測(cè)數(shù)據(jù)可為儲(chǔ)罐整體基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)(RBI)策略的制定提供科學(xué)的數(shù)據(jù)支撐。

(1) 加強(qiáng)儲(chǔ)罐應(yīng)力集中部位的日常巡檢，重點(diǎn)關(guān)注該區(qū)域的外觀狀況變化，如變形、鼓包、內(nèi)部嚴(yán)重腐蝕、裂紋等。

(2) 對(duì)于基礎(chǔ)不均勻沉降現(xiàn)象，除進(jìn)行日常巡檢外，還應(yīng)該在異常沉降點(diǎn)設(shè)計(jì)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，定期對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)該區(qū)域的安全狀況。