翁祥，程猛猛，羅小武，鄧麗媛

中國石油新疆油田分公司 油氣儲運分公司（新疆 烏魯木齊 830023）

0 引言

近年來，隨著石油化工行業(yè)的蓬勃發(fā)展，原油儲罐作為重要的儲存設(shè)施，應用非常普遍?？紤]到原油內(nèi)水分、硫以及氧等物質(zhì)具備腐蝕性，儲罐底板易受原油腐蝕甚至穿孔，對設(shè)備性能造成不利影響。儲罐底板如果被腐蝕可能引發(fā)泄漏進而污染環(huán)境，揮發(fā)的油氣也有可能遭遇明火，導致爆炸事故，危害人員生命健康[1]，因此保證儲罐結(jié)構(gòu)完整性對于運行維護單位至關(guān)重要[2-4]。目前常用的方法是開罐檢修，檢測底板漏磁、厚度、探傷情況，真空環(huán)境下對焊縫進行檢測等。但是開罐檢測必須停產(chǎn)、清理儲罐和置換，所以會對正常生產(chǎn)造成巨大影響，不僅耗時而且還會對環(huán)境造成污染[5]。所以，研發(fā)無需開罐就能夠直接開展檢測工作的在線檢測技術(shù)非常重要。

目前在線檢測原油儲罐底板的主要技術(shù)包括機器人漏磁、聲發(fā)射、導波檢測等。其中聲發(fā)射技術(shù)已經(jīng)有非常悠久的歷史，最初主要用于承壓儲罐以及航空領(lǐng)域，并且效果較好[6-9]。20世紀90年代，PAC 聲學公司運用此技術(shù)對許多儲罐進行檢測之后，構(gòu)建了專門檢測罐底腐蝕情況的專家系統(tǒng)。Jeong-Rock Kwon等人運用聲發(fā)射、射線技術(shù)來檢測甲苯儲罐壁板焊縫，同時對結(jié)果進行分析，發(fā)現(xiàn)焊縫缺陷和聲發(fā)射信號之間具備關(guān)聯(lián)性[10]。20 世紀90年代，中國特檢院組織開展了壓力容器和儲罐的聲發(fā)射檢測技術(shù)研究，形成了一系列標準，并在煉化企業(yè)、國家儲備庫等單位進行了大量應用，形成了儲罐底板腐蝕狀況的評價方法。不過，由于煉化企業(yè)和國家儲備庫儲罐中儲存的油品質(zhì)量較好，其中并沒有油泥，而針對含有油泥的原油儲罐聲發(fā)射檢測研究相對較少。選取了在役周期達到34 年的原油儲罐（2×104m3）作為主體展開研究，先利用聲發(fā)射檢測技術(shù)檢測儲罐，接著進行清罐處理，再運用漏磁檢測技術(shù)進行檢測，對比前后兩種檢測結(jié)果，分析在儲藏含油泥原油罐上運用聲發(fā)射技術(shù)進行檢測的可行性以及適應性。

1 聲發(fā)射檢測試驗

1.1 待檢儲罐

將研究的儲罐類型選擇為浮頂型，規(guī)模為2×104m3，該罐于1985 年8 月投用，2013 年清罐檢測一次，保溫層采用40 mm厚聚氨酯泡沫，整體外觀如圖1 所示。內(nèi)有180 塊底板，其中有20 塊邊緣板，160塊中幅板，原板厚度設(shè)計值為6 mm。

圖1 儲罐整體外觀

1.2 試驗設(shè)備

聲發(fā)射檢測所用設(shè)施來自于美國某公司，設(shè)備型號為PAC MicroSAMOS。設(shè)備中輸入聲發(fā)射（AE）通道共有32 個，輸入阻抗值為50 Ω，所有通道響應頻率均介于1～400 kHz，最大信號振幅為100 dB AE，采樣頻率分別為100 kS/s、200 kS/s、500 kS/s、1 MS/s、3 MS/s可選，A/D分辨率為16 bit。傳感器選型DP3I，頻率大小介于1～50 kHz，放大器（前置）選型為1224D。

清罐操作之后，所用漏磁掃描儀設(shè)備品牌為WieSilver Wing，設(shè)備選型為Floormap VS2i 和Floormap VS兩大類。儀器檢測性能的主要參數(shù)如下：掃描速度以及有效寬度分別為0.5 m/s、250 mm，檢測厚度最大有效值12.5 mm，完成檢測之后對數(shù)據(jù)進行分析。

1.3 試驗流程

參考QSYGD 0211—2011《立式圓筒行鋼制焊接儲罐底板聲發(fā)射在線檢測及評價》、JB/T 10764—2007《無損檢測常壓金屬儲罐聲發(fā)射檢測及評價方法》兩大標準，利用聲發(fā)射技術(shù)在現(xiàn)場進行檢測。配置的傳感器共計12個，布置設(shè)計選擇等間安排形式。結(jié)合現(xiàn)場測量到的油泥深度，在罐壁中比油泥深高10 cm的位置安裝傳感器，對儲罐進行充液，使得操作液位最高達到85%，將可能對檢測造成干擾信號的各類附屬設(shè)施（比如攪拌器或加熱盤管進出管）全部關(guān)閉，待滿足設(shè)定標準后，靜置12 h使得液位穩(wěn)定。

檢測作業(yè)之前需要先測試靈敏度水平。設(shè)置前置放大器參數(shù)及門檻數(shù)值分別為40、80 dB。各通道均開展5次斷鉛試驗，對增益進行調(diào)整，確保傳感器均高度靈敏（90 dB）。

全部過程進行兩次檢測，采集上升時長、能量、計數(shù)、幅值、持續(xù)時長、頻率峰值等，對獲取到的數(shù)據(jù)進行對比，選取較少遭受外部影響干擾的數(shù)據(jù)進行評級。

2 聲發(fā)射檢測結(jié)果及評級

基于QSYGD 0211—2011 標準，分析所獲數(shù)據(jù)結(jié)果，同時評價底板遭到腐蝕的情況并進行評級，檢測步驟如圖2所示。

圖2 聲發(fā)射信號數(shù)據(jù)處理步驟

圖3主要展示了12個通道所獲撞擊數(shù)。圖4為運用時差定位或濾波所獲罐底板統(tǒng)計圖。撞擊主要指的是達到門檻設(shè)定值，能夠促使系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)采集的信號，反映聲發(fā)射活動頻度以及總量，主要被用于評價聲源活度。事件數(shù)主要指的是形成聲發(fā)射一次局部材料改變?yōu)槁暟l(fā)射實施的一次事件，一個或者是數(shù)個撞擊與某個事件相對應。檢測時，振動、風、罐頂液滴、保溫鐵皮膨脹、人員活動等事件都會帶來撞擊干擾信號，影響傳感器信息接收質(zhì)量。事件是可能對多個撞擊三角定位得到的信息，具有過濾信號干擾的能力。根據(jù)圖4 分析可知，儲罐底板事件由于只有較少定位點，因此泄漏風險級別為II級，換言之在特定范疇之內(nèi)“間斷發(fā)生疏定位群”，大部分認為“無泄漏”；但是在6#、7#兩個位置配置的傳感功能元件四周則存在許多事件，時間密度非常大，所以判斷認為該區(qū)域可能發(fā)生了非常嚴重的腐蝕現(xiàn)象。

圖3 不同通道接收的撞擊數(shù)統(tǒng)計圖

圖4 罐底板事件統(tǒng)計圖

通過提取聲發(fā)射金屬即可得到撞擊、事件以及能量統(tǒng)計結(jié)果，見表1。對現(xiàn)場承擔檢測功能的油罐尺寸、結(jié)構(gòu)、環(huán)境、介質(zhì)以及設(shè)備設(shè)計等多個問題展開研究，同時運用劃分聲源活度等級的方法即可獲得底板活度級別為V級。

表1 聲發(fā)射檢測結(jié)果

結(jié)合底板泄漏以及聲源活度兩個指標等級，可知底板遭到的腐蝕分級可定義為D 級，也就是需要盡快確定檢修工作計劃或者是對使用情況進行動態(tài)監(jiān)控（≤1年）。

3 開罐漏磁檢測結(jié)果

清罐后進行漏磁檢測，結(jié)果顯示底板外表有86處單點腐蝕，覆蓋區(qū)域集中在3#～9#傳感器，如圖5所示。測量腐蝕深度在1.6～6.0 mm，其中2 處穿孔，112#、148#兩塊星號中幅板被腐蝕量占比高達90%和95%；141#穿孔2 處（圖6）；7#、86#、108#、111#、122#板壁厚被腐蝕占比介于80%～90%。

圖5 罐底板漏磁檢測結(jié)果

圖6 中幅板141#穿孔2處

4 聲發(fā)射檢測與漏磁檢測結(jié)果對比

對比分析聲發(fā)射檢測以及漏磁檢測結(jié)果可知，罐底板泄漏以及聲源活度分別為II 級和V 級，即泄漏可能性小但是腐蝕嚴重（D 級），應該盡快制定計劃安排檢修，同時對其使用必須進行動態(tài)監(jiān)控（≤1年）。開罐檢測之后，發(fā)現(xiàn)油罐內(nèi)已有深1 m 的油泥。根據(jù)漏磁檢測結(jié)果分析可知，儲罐底板出現(xiàn)了26%～100%腐蝕，穿孔點2個。由于底板覆蓋有1 m厚油泥，未發(fā)生原油泄漏。所以分析可知，聲發(fā)射檢測技術(shù)能夠得到儲罐底板的腐蝕定性結(jié)果，對比現(xiàn)實狀況，檢測結(jié)果比較保守。

當前應用執(zhí)行標準的主要范疇為液體儲罐，這一方法研究過程主要針對無油泥的水罐、成品油、煉化廠儲罐[7]。原油內(nèi)含大量重油性組分，比如石蠟、瀝青質(zhì)以及無機物等等，由于受到重力影響而發(fā)生自然沉降，在罐底區(qū)域大量沉積變成油泥（膠狀），會影響腐蝕信號[11-12]。所以，使用這一技術(shù)對裝有原油且內(nèi)有油泥的儲罐所得評級結(jié)果需要修正，建議升級腐蝕程度評級，本次檢測初始評級為D級，應修正為E級，即需立即開罐檢修或報廢。

為了對聲發(fā)射檢測技術(shù)的檢測腐蝕缺陷和精準定位的能力進行評價，將傳感元件所獲撞擊統(tǒng)計以及事件定位等檢測結(jié)果和漏磁技術(shù)分析所得結(jié)果進行對比。運用撞擊統(tǒng)計圖3 分析可知，傳感器1#中發(fā)生的撞擊事件最多，其次是11#、12#、6#、8#等傳感器。考慮到1#傳感器檢測覆蓋了排水以及進出油管線，所以認為這一區(qū)域內(nèi)有擾動存在，會增大聲發(fā)射信號。漏磁檢測結(jié)果可見事實上被檢測儲罐中傳感器3#～9#覆蓋的區(qū)域存在比較嚴重的腐蝕，說明傳感器所獲撞擊信息結(jié)果與其檢測范圍內(nèi)腐蝕之間并無較大關(guān)系。

從事件定位統(tǒng)計圖4可知，傳感器3#～9#側(cè)事件定位遠多于另一側(cè)，與漏磁檢測結(jié)果基本相同，說明罐底板腐蝕情況和事件定位統(tǒng)計之間有明顯關(guān)聯(lián)。

綜上分析可知，事件定位顯著相關(guān)于真實腐蝕情況，而聲發(fā)射撞擊統(tǒng)計則與其基本無關(guān)。

5 結(jié)論

1）聲發(fā)射檢測技術(shù)作為一種儲罐在線檢測技術(shù)，能夠有效檢測獲取到原油儲罐底板遭到腐蝕的定性評價結(jié)果，和真實結(jié)果對比，所得結(jié)果比較保守。建議對含油泥原油儲罐的聲發(fā)射評級結(jié)果進行修正，升級腐蝕程度評級。

2）聲發(fā)射檢測結(jié)果與漏磁結(jié)果對比顯示，聲發(fā)射傳感器檢測采集到的撞擊數(shù)統(tǒng)計與其對應區(qū)域的腐蝕狀況相關(guān)性較低，事件定位結(jié)果與腐蝕狀況相關(guān)性高。