王 十,鄧 進,邢 述,王彥龍,都 亮

(1.中國特種設(shè)備檢測研究院,北京100029;2.國家市場監(jiān)管技術(shù)創(chuàng)新中心(油氣管道與儲存設(shè)備安全),北京100029;3.中國石化海南煉油化工有限公司,海南578101)

常壓儲罐以其結(jié)構(gòu)簡單、施工方便、成本低等優(yōu)點,被廣泛應(yīng)用于危險化學(xué)品、化工原料儲存等。近年來,隨著國內(nèi)石油化工企業(yè)的迅速發(fā)展,鋼制圓筒形常壓儲罐建設(shè)規(guī)模越來越大。同時,隨著儲罐服役周期的增加,儲罐底板泄漏、罐體變形等情況也屢見不鮮,為安全生產(chǎn)埋下較大隱患【1】。作為鋼制圓筒形儲罐的主要失效形式,底板泄漏問題越來越多地引起設(shè)備管理人員和檢驗人員的重視。儲罐底板發(fā)生介質(zhì)泄漏說明底板有穿透性缺陷,如母材穿孔或焊縫裂紋【2】。API RP575中指出,腐蝕是導(dǎo)致鋼質(zhì)儲罐損壞的主要原因【3】,因此需定期對儲罐進行檢測,了解其腐蝕狀況,以避免發(fā)生泄漏。目前泄漏檢測通常采用開罐檢驗的方式進行,即在停工清空罐內(nèi)介質(zhì)后采用罐底板整體漏磁檢測、真空試漏檢測等方法確定泄漏位置。這種檢驗方式檢測工作量大,且檢測范圍沒有針對性。而采用聲發(fā)射在線檢測技術(shù)可以在不停工、不倒罐的情況下快速對底板泄漏區(qū)域進行定位分析,不僅能較為準(zhǔn)確地確定泄漏源的位置和數(shù)量,還能大大降低后續(xù)開罐檢測的工作量。我國從1973年開始研究聲發(fā)射檢測技術(shù),目前該技術(shù)在常壓儲罐的檢測中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用【4】。

本文介紹了某石化企業(yè)利用聲發(fā)射技術(shù)對一發(fā)生泄漏的鋼制圓筒形常壓儲罐進行檢測的案例。該案例首先通過聲發(fā)射在線檢測給出了泄漏懷疑區(qū)域,開罐清洗后又對該區(qū)域底板母材部位進行了漏磁檢測,并對焊縫位置進行了真空試漏檢測,驗證了聲發(fā)射在線檢測對泄漏缺陷定位的有效性和準(zhǔn)確性。此外,還分析了儲罐產(chǎn)生穿孔缺陷的原因,并對缺陷維修和儲罐維護提出了建議,以確保儲罐重新投入使用后能夠安全穩(wěn)定運行。

1 基于聲發(fā)射技術(shù)的儲罐底板泄漏檢測方法

聲發(fā)射(AcousticEmission)是材料內(nèi)部突然釋放應(yīng)變能形成一種彈性應(yīng)力波的物理現(xiàn)象。材料腐蝕產(chǎn)生穿孔或穿透性裂紋后,靜壓力介質(zhì)通過泄漏孔向外泄漏過程的湍流、摩擦、碰撞即為聲波現(xiàn)象,也是廣義的聲發(fā)射現(xiàn)象【5】。若儲罐底板存在泄漏的情況,介質(zhì)流過泄漏孔時就會發(fā)出湍流噪聲,當(dāng)介質(zhì)夾帶顆粒狀雜質(zhì)時,信號更豐富。若泄漏通道暫時受到碎渣阻塞,其產(chǎn)生的“水擊”效應(yīng)也會發(fā)出噪聲【6】。若罐底板腐蝕較為嚴(yán)重或存在腐蝕薄弱區(qū),則腐蝕過程會斷續(xù)地產(chǎn)生聲發(fā)射信號。用儀器探測、記錄、分析聲發(fā)射信號和利用聲發(fā)射信號推斷聲發(fā)射源的技術(shù)即為聲發(fā)射技術(shù)。利用聲發(fā)射技術(shù)對儲罐進行檢測時,底板腐蝕或泄漏的聲發(fā)射信號通過安裝在壁板上的傳感器采集后傳遞到聲發(fā)射儀中,經(jīng)過軟件分析過濾處理,即可對泄漏或腐蝕區(qū)進行定位【7】?，F(xiàn)有無損檢測技術(shù)中,聲發(fā)射檢測可在不影響常壓儲罐使用的情況下,在線對儲罐的底板腐蝕狀況進行評定,并通過聲發(fā)射檢測捕捉這種聲發(fā)射信號來確定相應(yīng)的泄漏區(qū)域,開罐后,再對該區(qū)域進行底板漏磁檢測,確定缺陷具體位置及母材剩余厚度。該技術(shù)是目前儲罐底板腐蝕、泄漏檢測最為有效、快速的檢測手段【6】。已有很多學(xué)者對此進行了深入研究,其中沈功田等利用聲發(fā)射技術(shù)開展了儲罐底板腐蝕在線檢測及評價技術(shù)研究【8】,張君嬌等基于泄漏聲發(fā)射特征信號研究,給出了充有一定壓力氣體或液體的可密閉設(shè)備聲發(fā)射泄漏檢測和結(jié)果評價的一般標(biāo)準(zhǔn)做法【9】?；诼暟l(fā)射技術(shù)進行泄漏檢測的流程如圖1所示。

圖1 基于聲發(fā)射技術(shù)的泄漏檢測流程

2 基于聲發(fā)射技術(shù)的泄漏檢測技術(shù)應(yīng)用

2.1 泄漏儲罐概況

2021年初,在某石化公司T-1002儲罐基礎(chǔ)檢漏孔發(fā)現(xiàn)1處漏油現(xiàn)象,現(xiàn)場照片如圖2所示。

圖2 罐基礎(chǔ)檢漏孔滴油泄漏

該罐容積為3000 m3,投用時間為1994年7月。其基本信息如表1所示。通過查閱儲罐基礎(chǔ)設(shè)計、竣工圖可知,罐基礎(chǔ)墊層有隔絕屏蔽功能,因此可排除基礎(chǔ)下方土壤返滲液體導(dǎo)致檢漏孔有液體流出。對泄漏介質(zhì)進行化學(xué)成分分析,確定其成分與罐內(nèi)盛裝的介質(zhì)相同,同時,結(jié)合液位監(jiān)控與泄漏量監(jiān)測結(jié)果,可以確定在基礎(chǔ)檢漏孔發(fā)現(xiàn)的油污就是底板泄漏所致。由于無法確定罐基礎(chǔ)是否存在不均勻沉降,因此無法判斷底板泄漏部位是否為靠近該檢漏孔的區(qū)域。該罐直徑18m,底板面積達(dá)255 m2,開罐后查找泄漏點的難度非常大。故擬定先采用聲發(fā)射檢測對泄漏區(qū)域進行初步定位,待開罐后再對該區(qū)域進行底板漏磁檢測、真空試漏及表面無損檢測等確定具體泄漏位置的方案。

表1 T-1002主要技術(shù)參數(shù)

2.2 聲發(fā)射檢測與信號分析

2.2.1聲發(fā)射檢測過程

檢驗使用的傳感器頻率范圍是20～80kHz,該設(shè)備采用PAC公司生產(chǎn)的μSAMOS多通道聲發(fā)射儀器。消除現(xiàn)場所有可能產(chǎn)生的噪聲源,并在檢測前關(guān)閉進、出料管線,摘除液位聯(lián)鎖裝置、雷達(dá)液位計等設(shè)施,將現(xiàn)場可能產(chǎn)生噪聲的影響降到最低。在底板上方300mm處均布8個傳感器(圖3中9～16)。將傳感器與聲發(fā)射儀用電纜線連接,并對每個通道進行靈敏度測試?，F(xiàn)場檢測見圖4。儲罐內(nèi)介質(zhì)的靜壓力將提高泄漏孔產(chǎn)生聲發(fā)射信號的強度,基于聲波到達(dá)時間差的定位計算方法,不同傳感器探測到泄漏產(chǎn)生的同一個聲發(fā)射信號時的到達(dá)時間不同,通過已知聲波傳播的速度和到達(dá)時間差,即可采用平面定位方法計算出泄漏聲源所在的位置【10】。

圖3 傳感器布設(shè)

圖4 現(xiàn)場檢測

2.2.2聲發(fā)射檢測數(shù)據(jù)分析

為準(zhǔn)確定位腐蝕區(qū)域,對儲罐底板在液位壓力下進行聲發(fā)射信號的采集,直至獲取有效的聲發(fā)射信號。9.5m液位時的聲發(fā)射檢測平面定位和通道撞擊關(guān)聯(lián)如圖5所示。由圖5中可以看出,在靠近南側(cè)人孔的區(qū)域形成了有效的聲發(fā)射定位源區(qū),且該源區(qū)附近14、15號通道撞擊數(shù)呈現(xiàn)較高水平,據(jù)此,初步分析該源區(qū)位置為介質(zhì)泄漏重點懷疑區(qū)域。

圖5 平面定位與通道撞擊

2.3 開罐對比驗證

開罐清洗后,對聲發(fā)射檢測重點懷疑部位底板母材進行漏磁檢測。經(jīng)檢測,在源區(qū)Z處發(fā)現(xiàn)1處最大當(dāng)量深度約為59%的腐蝕凹坑。對坑蝕進行高頻導(dǎo)波復(fù)驗,缺陷形貌如圖6所示。為比對聲發(fā)射檢測準(zhǔn)確性,對除罐底板障礙處之外的區(qū)域進行漏磁檢測擴檢,未發(fā)現(xiàn)底板母材存在當(dāng)量腐蝕深度≥40%的缺陷。漏磁掃查如圖7所示。

圖6 源區(qū)Z處罐底上表面腐蝕缺陷

圖7 罐底漏磁掃查

由于對聲發(fā)射源區(qū)內(nèi)的底板母材進行漏磁檢測未發(fā)現(xiàn)貫穿性缺陷,為進一步確定漏點,需利用真空試漏方法對該位置焊縫進行泄漏檢測【11】。在被檢區(qū)刷涂肥皂水,若該區(qū)域存在穿透性缺陷,則在真空箱形成的負(fù)壓作用下,被檢處表面會產(chǎn)生大量氣泡。經(jīng)真空試漏檢測發(fā)現(xiàn),在聲發(fā)射源區(qū)Z處有1處?7mm的穿孔,該處在真空箱的負(fù)壓作用下出現(xiàn)大量氣泡。缺陷如圖8所示。

圖8 焊縫處腐蝕穿孔缺陷

3 腐蝕原因分析

3.1 基礎(chǔ)剛性沉降引起沉積水聚集

根據(jù)SY/T6620—2014附錄B罐底沉降評定的要求【12】,對該罐圓周上的沉降量進行評定,擬合的罐底沉降最佳三角函數(shù)曲線標(biāo)方值為0.99272,大于0.9,因此認(rèn)為基礎(chǔ)無局部沉降,儲罐為整體傾斜(向西南側(cè))。

3.2 沉積水環(huán)境下腐蝕穿孔

由于烷基化油介質(zhì)中含有少量水分且比重較大,導(dǎo)致西南側(cè)罐底長期存有沉積水。對底水進行取樣分析,結(jié)果如表2所示。由表2可見,其中含大量的氯化物、氧等,在形成較強的電解質(zhì)溶液時,易產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕和微生物腐蝕,導(dǎo)致底板西南區(qū)域內(nèi)腐蝕缺陷較多且集中。電化學(xué)腐蝕具有點蝕和潰瘍腐蝕的特點,而微生物腐蝕的主要典型特征就是孔蝕【13】,與罐內(nèi)底板母材、焊縫發(fā)現(xiàn)的腐蝕缺陷相符。由于罐底上表面涂層多處破損、失效,且底板介質(zhì)側(cè)存在由上述損傷機理導(dǎo)致的缺陷,因此最終造成儲罐罐底發(fā)生腐蝕穿孔。腐蝕穿孔部位位于西南區(qū)域內(nèi)的底板對接焊縫上。

表2 底水成分分析

4 結(jié)論與建議

本文所述聲發(fā)射泄漏檢測案例表明,使用聲發(fā)射定位后再采用開罐檢測確定缺陷的泄漏檢測方法極大減少了開罐檢測的工作量,較傳統(tǒng)檢驗方式可節(jié)約1～2d時間,大大提高了檢維修人員的工作效率,縮短了企業(yè)的停產(chǎn)周期?；谏鲜鰴z驗結(jié)果,提出后續(xù)設(shè)備維護建議如下:

1)建議常壓儲罐運營單位按標(biāo)準(zhǔn)要求定期對儲罐進行有效的檢驗和維護,防止發(fā)生類似泄漏事故,以免造成不可挽回的損失;

2)罐底修補完成后,建議對罐底表面使用不導(dǎo)靜電的涂料進行整體防腐處理;

3)根據(jù)該罐傾斜情況重新設(shè)置切水管方位,定期切水;

4)監(jiān)控儲罐的沉降與傾斜情況是否加劇,加強現(xiàn)場巡檢。