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        儲(chǔ)罐底板檢測(cè)方法的組合應(yīng)用

        2019-05-28 02:41:38
        無(wú)損檢測(cè) 2019年5期
        關(guān)鍵詞:漏磁磁粉聲源

        (1.中海油安全技術(shù)服務(wù)有限公司,天津 300450;2.山東省蓬渤安全環(huán)保服務(wù)有限公司,煙臺(tái) 265600)

        儲(chǔ)罐作為存儲(chǔ)和輸送油品的重要設(shè)施,廣泛應(yīng)用于石油化工行業(yè)。儲(chǔ)罐的正常運(yùn)行與否對(duì)石化工藝流程的安全尤為重要。據(jù)悉,一般情況下,儲(chǔ)罐投入運(yùn)行10 a左右時(shí),罐底板會(huì)逐漸發(fā)生腐蝕,而且隨著年份的增加腐蝕越趨嚴(yán)重,這是儲(chǔ)罐老化的主要表現(xiàn)[1]。罐底腐蝕受存儲(chǔ)介質(zhì)的種類、性質(zhì)、溫度及自身結(jié)構(gòu)等影響[2],通常以均勻腐蝕、點(diǎn)坑腐蝕、應(yīng)力腐蝕等形式出現(xiàn),腐蝕區(qū)域沿中心向邊緣擴(kuò)大,在罐底板外表面的邊緣板、罐底與罐壁的結(jié)合部位尤為明顯。其中,罐底腐蝕的危害不容小覷,極易造成穿孔,影響生產(chǎn)。

        目前,檢測(cè)罐底腐蝕的方法有很多,各有各的優(yōu)勢(shì),也各有各的局限性,實(shí)際使用起來(lái)彼此界限模糊,容易造成復(fù)檢和資源浪費(fèi)[3-4]。筆者研究了一種有效的組合檢測(cè)方法,建立了不同程度腐蝕的不同檢測(cè)梯度,推薦工程實(shí)際按需施檢,避免資源浪費(fèi)。以柴油儲(chǔ)罐為例,組合應(yīng)用聲發(fā)射、漏磁和磁粉3種檢測(cè)方法,分別對(duì)其進(jìn)行腐蝕檢測(cè),得到了較好的方法梯度,對(duì)儲(chǔ)罐底板的完整性管理具有一定的借鑒意義。

        1 檢測(cè)原理

        1.1 聲發(fā)射檢測(cè)原理

        聲發(fā)射檢測(cè)是一種動(dòng)態(tài)的無(wú)損檢測(cè)技術(shù),可用于在役儲(chǔ)罐的在線檢測(cè)及結(jié)構(gòu)完整性評(píng)價(jià),主要通過(guò)儲(chǔ)罐在載荷變化時(shí)的有效活動(dòng)聲源來(lái)探測(cè)和評(píng)估腐蝕情況[5-6],即罐底板局部腐蝕區(qū)域在罐內(nèi)液位發(fā)生變動(dòng)或穩(wěn)定于較高液位時(shí),因承載發(fā)生變形而形成彈性波,被儀器采集,經(jīng)過(guò)分析則能得出罐底板的腐蝕情況[7]。

        聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)無(wú)需開罐,無(wú)需外部激勵(lì),可節(jié)約開罐費(fèi)用,降低維修成本,但因其準(zhǔn)確性有待提升,使用頻率不高。然而,聲發(fā)射檢測(cè)或可作為維修計(jì)劃的基礎(chǔ)性檢測(cè)活動(dòng),也可用于判斷實(shí)施其他開罐檢測(cè)方法的必要檢測(cè)[8-9]。

        聲發(fā)射檢測(cè)試驗(yàn)時(shí),筆者選用美國(guó)PAC公司生產(chǎn)的第3代全數(shù)字化系統(tǒng)(SAMOS-32),配以DP3I型傳感器,磁基座固定,模擬源為HB鉛芯斷裂(φ0.5 mm),檢測(cè)頻率為30 kHz~60 kHz[10]。聲發(fā)射檢測(cè)試驗(yàn)系統(tǒng)框圖示意如圖1所示。

        圖1 聲發(fā)射檢測(cè)試驗(yàn)系統(tǒng)框圖示意

        聲發(fā)射檢測(cè)布置雙層傳感器,通過(guò)時(shí)差濾波、參數(shù)濾波有效濾除環(huán)境、機(jī)械、電磁等噪聲,排除干擾,綜合分析有效數(shù)據(jù),給出定級(jí)(A/I~E/V 5個(gè)等級(jí)),附以相應(yīng)的維修建議(見表1)[11-12]。

        表1 聲發(fā)射活動(dòng)等級(jí)評(píng)價(jià)

        1.2 漏磁檢測(cè)原理

        漏磁檢測(cè)采用HALL(霍爾)探頭進(jìn)行,經(jīng)磁場(chǎng)磁化后的鐵磁性材料在缺陷表面會(huì)形成漏磁場(chǎng),由于霍爾效應(yīng),HALL探頭會(huì)發(fā)生感應(yīng),通過(guò)漏磁通量可判斷缺陷尺寸,完成缺陷的分析[13]。漏磁檢測(cè)試驗(yàn)原理示意如圖2所示。

        圖2 漏磁檢測(cè)試驗(yàn)原理示意

        漏磁檢測(cè)具有速度快、易操作、無(wú)需對(duì)被檢表面做較多的清潔處理、檢測(cè)較為全面、精度高等優(yōu)點(diǎn),但需要開罐,不能定量分析裂紋、焊縫等微觀缺陷,儀器沉重,不適用于非鐵磁性材料,缺陷定位不夠精確[14]。

        選用漏磁檢測(cè)作為聲發(fā)射檢測(cè)的下一級(jí)試驗(yàn),對(duì)比不同腐蝕程度的兩種檢測(cè)評(píng)價(jià)結(jié)果。試驗(yàn)設(shè)備采用英國(guó)Silverwing(UK)公司生產(chǎn)的儲(chǔ)罐底板漏磁檢測(cè)系統(tǒng)(Floormap3Di),其檢測(cè)結(jié)果的腐蝕程度及缺陷位置描述方式如圖3所示。

        圖3 腐蝕程度及缺陷位置描述

        1.3 磁粉檢測(cè)原理

        磁粉檢測(cè)是一種成熟的無(wú)損檢測(cè)方法,主要用于檢測(cè)鐵磁性材料的焊縫或裂紋缺陷,具有設(shè)備簡(jiǎn)單、易操作、檢測(cè)周期短、表面缺陷檢測(cè)靈敏度高、費(fèi)用低的優(yōu)點(diǎn),但需要開罐。磁粉檢測(cè)結(jié)果一般較為直觀,通過(guò)磁痕可直接觀察缺陷的特征。

        罐底板磁粉檢測(cè)是組合檢測(cè)方法的最后一步,用于發(fā)現(xiàn)較為嚴(yán)重的腐蝕缺陷。磁粉檢測(cè)設(shè)備采用DA-400S/16651磁粉探傷儀。該探傷儀通用性較強(qiáng),固態(tài)電子器件與控制器一體,具備固定的DC或AC磁場(chǎng)。

        鐵磁材料的被檢部位經(jīng)磁化后會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng),其裂縫缺陷處的磁力線會(huì)發(fā)生彎曲繞行,繞行的磁力線暴露在空氣中形成漏磁通,此時(shí)在缺陷表面噴灑鐵磁粉或涂抹磁懸浮液,漏磁通會(huì)吸附部分磁粉或磁懸浮液,從而顯現(xiàn)出表征缺陷態(tài)勢(shì)的磁痕,磁粉檢測(cè)原理如圖4所示。

        圖4 磁粉檢測(cè)原理示意

        2 檢測(cè)方法和結(jié)果

        2.1 1#儲(chǔ)罐(輕微腐蝕)檢測(cè)結(jié)果

        1#儲(chǔ)罐:立式拱頂結(jié)構(gòu),由罐頂、罐壁、底板組成,混凝土環(huán)墻基礎(chǔ),容積為1 000 m3,儲(chǔ)存介質(zhì)為柴油,腐蝕程度輕微。其聲發(fā)射、漏磁、磁粉的3種檢測(cè)結(jié)果如下所述。

        2.1.1 聲發(fā)射檢測(cè)

        6個(gè)傳感器均勻布置,采集時(shí)間為2 h,各通道聲源強(qiáng)度及活動(dòng)性如表2所示,罐底板聲源平面及三維定位示意如圖5所示。

        表2 1#罐底板聲源活動(dòng)性

        圖5 1#罐底板聲源平面及三維定位示意

        由數(shù)據(jù)分析得知,1#儲(chǔ)罐個(gè)別通道聲發(fā)射撞擊次數(shù)較多,累計(jì)撞擊總數(shù)為736次,罐底板定位點(diǎn)數(shù)較少,綜合評(píng)價(jià)為II級(jí),屬輕微腐蝕,短期內(nèi)不考慮維修,建議5 a內(nèi)開罐詳查或再次進(jìn)行聲發(fā)射檢測(cè)。

        2.1.2 漏磁檢測(cè)

        1#儲(chǔ)罐底板漏磁檢測(cè)缺陷分布如圖6所示。

        圖6 1#儲(chǔ)罐底板漏磁檢測(cè)缺陷分布

        圖7 1#儲(chǔ)罐底板腐蝕形貌

        由數(shù)據(jù)分析得知,1#儲(chǔ)罐底板腐蝕缺陷較少且腐蝕程度輕微(多數(shù)為板厚的20%~30%),主要集中于上表面。1#儲(chǔ)罐底板漏磁檢測(cè)結(jié)果與聲發(fā)射檢測(cè)結(jié)果基本一致,具體腐蝕形貌如圖7所示。

        2.1.3 磁粉檢測(cè)

        1#儲(chǔ)罐底板內(nèi)側(cè)大角焊縫磁粉檢測(cè)結(jié)果如圖8所示。

        圖8 1#儲(chǔ)罐底板內(nèi)側(cè)大角焊縫磁粉檢測(cè)結(jié)果

        1#儲(chǔ)罐底板內(nèi)側(cè)大角焊縫全長(zhǎng)度檢測(cè)結(jié)果表明,無(wú)缺陷存在。在漏磁檢測(cè)評(píng)價(jià)結(jié)果的基礎(chǔ)上,磁粉檢測(cè)未能發(fā)現(xiàn)更為深入的問題。

        2.2 2#儲(chǔ)罐(一般腐蝕)檢測(cè)結(jié)果

        2#儲(chǔ)罐為立式拱頂結(jié)構(gòu),由罐頂、罐壁、底板組成,混凝土環(huán)墻基礎(chǔ),容積為1 000 m3,儲(chǔ)存介質(zhì)為柴油,腐蝕程度一般。其聲發(fā)射、漏磁、磁粉檢測(cè)結(jié)果如下所述。

        2.2.1 聲發(fā)射檢測(cè)

        6個(gè)傳感器均勻布置,采集時(shí)間為2 h,各通道聲源強(qiáng)度及活動(dòng)性如表3所示,該儲(chǔ)罐底板聲源平面及三維定位如圖9所示。

        表3 2#儲(chǔ)罐底板聲源活動(dòng)性

        圖9 2#儲(chǔ)罐底板聲源平面及三維定位

        由數(shù)據(jù)分析得知,2#儲(chǔ)罐部分通道聲發(fā)射撞擊次數(shù)較多,累計(jì)撞擊總數(shù)為5 271次,罐底板定位點(diǎn)數(shù)較多但不集中,綜合評(píng)價(jià)為Ⅲ級(jí),屬一般腐蝕,建議暫不考慮維修,3 a內(nèi)開罐詳查或再次進(jìn)行聲發(fā)射在線檢測(cè)。

        2.2.2 漏磁檢測(cè)

        2#儲(chǔ)罐底板漏磁檢測(cè)缺陷分布如圖10所示。

        圖10 2#儲(chǔ)罐底板漏磁檢測(cè)缺陷分布

        由數(shù)據(jù)分析可知,2#儲(chǔ)罐底板存在一定程度的腐蝕,腐蝕分布區(qū)域較多,部分區(qū)域腐蝕程度達(dá)到板厚的30%~40%,個(gè)別區(qū)域達(dá)到40%~50%,且上下表面均有腐蝕,存在坑蝕、分層等現(xiàn)象。2#儲(chǔ)罐底板的漏磁檢測(cè)評(píng)價(jià)結(jié)果較聲發(fā)射檢測(cè)評(píng)價(jià)結(jié)果更為詳細(xì),具體腐蝕形貌如圖11所示。

        圖11 2#儲(chǔ)罐底板腐蝕形貌

        2.2.3 磁粉檢測(cè)

        2#儲(chǔ)罐底板內(nèi)側(cè)大角焊縫磁粉檢測(cè)結(jié)果如圖12所示。

        圖12 2#儲(chǔ)罐底板內(nèi)側(cè)大角焊縫磁粉檢測(cè)結(jié)果

        2#儲(chǔ)罐底板內(nèi)側(cè)大角焊縫全長(zhǎng)度檢測(cè)結(jié)果表明,無(wú)缺陷存在。在漏磁檢測(cè)評(píng)價(jià)結(jié)果的基礎(chǔ)上,磁粉檢測(cè)評(píng)價(jià)未能發(fā)現(xiàn)更為深入的問題。

        2.3 3#儲(chǔ)罐(嚴(yán)重腐蝕)檢測(cè)結(jié)果

        3#儲(chǔ)罐:立式拱頂結(jié)構(gòu),由罐頂、罐壁、底板組成,混凝土環(huán)墻基礎(chǔ),容積為500 m3,儲(chǔ)存介質(zhì)為柴油,腐蝕程度嚴(yán)重。其聲發(fā)射、漏磁、磁粉檢測(cè)試驗(yàn)結(jié)果如下所述。

        2.3.1 聲發(fā)射檢測(cè)

        4個(gè)傳感器均勻布置,采集時(shí)間為2 h,各通道聲源強(qiáng)度及活動(dòng)性如表4所示,該儲(chǔ)罐底板聲源平面及三維定位如圖13所示。

        表4 3#儲(chǔ)罐底板聲源活動(dòng)性

        圖13 3#儲(chǔ)罐底板聲源平面及三維定位

        由數(shù)據(jù)分析得知,3#儲(chǔ)罐部分通道聲發(fā)射撞擊次數(shù)較多,累計(jì)撞擊總數(shù)為4 172次,罐底板定位點(diǎn)數(shù)較多且分布集中,綜合評(píng)價(jià)為IV級(jí),屬嚴(yán)重腐蝕,建議1 a內(nèi)開罐檢查維修。

        2.3.2 漏磁檢測(cè)

        3#儲(chǔ)罐底板漏磁檢測(cè)缺陷分布如圖14所示。

        圖14 3#儲(chǔ)罐底板漏磁檢測(cè)缺陷分布

        由數(shù)據(jù)分析得知,3#儲(chǔ)罐底板腐蝕較為嚴(yán)重,上下表面均有腐蝕,分布較為集中,且局部區(qū)域已經(jīng)出現(xiàn)穿孔。3#儲(chǔ)罐底板的漏磁檢測(cè)評(píng)價(jià)結(jié)果較聲發(fā)射檢測(cè)評(píng)價(jià)結(jié)果更為詳細(xì),具體腐蝕形貌如圖15所示。

        圖15 3#儲(chǔ)罐底板腐蝕形貌

        2.3.3 磁粉檢測(cè)

        3#儲(chǔ)罐底板焊縫裂紋缺陷磁粉檢測(cè)結(jié)果如圖16所示。

        圖16 3#儲(chǔ)罐底板焊縫裂紋缺陷磁粉檢測(cè)結(jié)果

        3#儲(chǔ)罐底板內(nèi)側(cè)大角焊縫全長(zhǎng)度檢測(cè)中發(fā)現(xiàn),罐底板裂紋缺陷累計(jì)長(zhǎng)度為1 750 mm,屬于危險(xiǎn)性缺陷,易引起結(jié)構(gòu)的脆性斷裂,繼續(xù)使用存在重大安全隱患,應(yīng)立即打磨消除后再次復(fù)檢。由此可見,3#儲(chǔ)罐底板的磁粉檢測(cè)評(píng)價(jià)結(jié)果是其漏磁檢測(cè)評(píng)價(jià)結(jié)果的有力補(bǔ)充。

        3 匯總分析

        重復(fù)試驗(yàn),共計(jì)選取了20臺(tái)儲(chǔ)罐,對(duì)其底板分別進(jìn)行了聲發(fā)射、漏磁、磁粉檢測(cè)研究,結(jié)果如表5所示。

        表5 3種檢測(cè)方法對(duì)20臺(tái)儲(chǔ)罐的試驗(yàn)結(jié)果

        分析表5可知,在儲(chǔ)罐完整性檢驗(yàn)評(píng)估工作中,針對(duì)其底板實(shí)施漏磁、磁粉檢測(cè)的必要性隨聲發(fā)射檢測(cè)評(píng)價(jià)結(jié)果的嚴(yán)重程度遞增。一般來(lái)說(shuō),當(dāng)聲發(fā)射檢測(cè)評(píng)價(jià)結(jié)果為Ⅱ級(jí)及以上時(shí),漏磁、磁粉檢測(cè)的評(píng)價(jià)結(jié)果較好,實(shí)施開罐檢測(cè)的必要性不強(qiáng);當(dāng)聲發(fā)射檢測(cè)評(píng)價(jià)結(jié)果為Ⅲ級(jí)及以下時(shí),漏磁檢測(cè)評(píng)價(jià)結(jié)果會(huì)更為詳細(xì),但磁粉檢測(cè)要到聲發(fā)射檢測(cè)評(píng)價(jià)結(jié)果為Ⅳ級(jí)及以下時(shí),才有必要實(shí)施。

        4 結(jié)論

        (1)聲發(fā)射評(píng)價(jià)為Ⅱ級(jí)及以上級(jí)別的儲(chǔ)罐,無(wú)需開罐實(shí)施漏磁和磁粉檢測(cè)。

        (2)聲發(fā)射評(píng)定為Ⅲ級(jí)的儲(chǔ)罐,有必要開罐實(shí)施漏磁檢測(cè),但無(wú)需實(shí)施磁粉檢測(cè)。

        (3)聲發(fā)射評(píng)定為Ⅳ級(jí)及以下級(jí)別的儲(chǔ)罐,有必要開罐實(shí)施漏磁、磁粉檢測(cè),進(jìn)一步探究詳細(xì)的腐蝕信息,了解儲(chǔ)罐的真實(shí)狀態(tài)。

        以上結(jié)論對(duì)儲(chǔ)罐完整性評(píng)價(jià)工程實(shí)際具有積極的借鑒意義,可作為控制儲(chǔ)罐運(yùn)維成本的參考依據(jù)。聲發(fā)射、漏磁、磁粉檢測(cè)技術(shù)的組合應(yīng)用是無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域的新嘗試,有助于儲(chǔ)罐安全檢驗(yàn)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

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