吳海堯 王志斌 牛志勇 張宏亮 許 佳

（1. 國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)西南管道有限責(zé)任公司南寧輸油氣分公司，廣西 南寧 530200；2. 寧波鼎實(shí)倉(cāng)儲(chǔ)有限公司，浙江 寧波 315812；3. 中國(guó)石油管道局工程有限公司第四分公司，河北 廊坊065000；4. 國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)西南管道有限責(zé)任公司蘭州輸油氣分公司，甘肅 蘭州 730060；5. 國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)山東省分公司德州作業(yè)區(qū)，山東 德州 253000）

0 引言

10×104m3和15×104m3大型浮頂儲(chǔ)罐已成為我國(guó)石油儲(chǔ)備庫(kù)主要型式。由于制造、腐蝕和操作原因，儲(chǔ)罐油品滲漏造成環(huán)境污染。API統(tǒng)計(jì)美國(guó)約85%煉油廠和68%終端油庫(kù)存在儲(chǔ)罐滲漏污染地下水問(wèn)題。我國(guó)部分儲(chǔ)罐服役20年～30年未進(jìn)行有效檢測(cè)，儲(chǔ)罐含較高風(fēng)險(xiǎn)隱患運(yùn)行。國(guó)內(nèi)儲(chǔ)罐檢測(cè)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)還不完善，《特種設(shè)備安全監(jiān)察條例》未規(guī)定在役儲(chǔ)罐定期檢測(cè)的強(qiáng)制性要求；罐壁腐蝕和焊縫檢測(cè)技術(shù)存在局限性。定期檢測(cè)維修是保證儲(chǔ)罐安全運(yùn)行的有效手段。分析儲(chǔ)罐檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)重要指標(biāo)條款，探討了儲(chǔ)罐聲發(fā)射、漏磁檢測(cè)以及罐基礎(chǔ)、焊縫檢測(cè)關(guān)鍵技術(shù)要素，對(duì)于提高儲(chǔ)罐檢測(cè)科學(xué)性、保證儲(chǔ)罐安全運(yùn)營(yíng)具有重要意義。

1 儲(chǔ)罐檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀

腐蝕是儲(chǔ)罐及附件設(shè)施失效損壞的主要因素，失效形式為罐壁板強(qiáng)度開(kāi)裂、壁板/底板角焊縫撕裂和罐底板腐蝕穿孔[1]。儲(chǔ)罐外部檢測(cè)指用超聲測(cè)厚法評(píng)價(jià)罐壁板/頂板腐蝕情況，內(nèi)部開(kāi)罐檢測(cè)指用自動(dòng)超聲測(cè)厚法和漏磁技術(shù)對(duì)罐底板掃描檢查腐蝕情況。針對(duì)儲(chǔ)罐非均勻腐蝕以及重油儲(chǔ)罐高溫工況需求，常規(guī)超聲測(cè)厚法不適用，電磁超聲技術(shù)可用于高溫條件，脈沖渦流技術(shù)可間隔一定厚度保溫層測(cè)試，超聲C掃描、超聲導(dǎo)波法可檢測(cè)局部不均勻腐蝕。儲(chǔ)罐檢測(cè)遵循行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5921-2017《立式圓筒形鋼制焊接油罐操作維護(hù)修理規(guī)范》。儲(chǔ)罐檢測(cè)內(nèi)容包括罐體腐蝕檢測(cè)（罐壁板/底板/頂板厚度及腐蝕程度）、罐體焊縫檢測(cè)（角焊縫）、儲(chǔ)罐基礎(chǔ)沉降滲漏檢測(cè)、罐體幾何尺寸檢測(cè)、罐體防腐層測(cè)試以及儲(chǔ)罐附件設(shè)施檢測(cè)（中央排水裝置、呼吸閥、加熱盤(pán)管、立柱、阻火器、液位計(jì)、接地裝置）。

2 儲(chǔ)罐壁板/頂板厚度檢測(cè)

SY/T 5921規(guī)定罐壁板重點(diǎn)檢測(cè)區(qū)是底板向上1m范圍內(nèi)。罐壁人工超聲測(cè)厚前應(yīng)除漆、打磨、安裝腳手架，由于測(cè)試點(diǎn)有限、數(shù)據(jù)少、不穩(wěn)定。近年來(lái)新建儲(chǔ)罐應(yīng)用自動(dòng)爬行超聲測(cè)厚儀采用噴水耦合或者干耦合，不需要除漆、打磨。SY/T 5921規(guī)定罐壁板評(píng)定準(zhǔn)則：

（1）罐壁板最小平均厚度應(yīng)大于壁板計(jì)算厚度加上腐蝕裕量；

（2）罐壁板局部腐蝕區(qū)域最小平均厚度應(yīng)大于該區(qū)域邊緣處計(jì)算厚度加上腐蝕裕量；

（3）分散點(diǎn)蝕最大深度應(yīng)小于壁板設(shè)計(jì)厚度20%，深度小于3mm；密集點(diǎn)蝕最大深度不應(yīng)超過(guò)壁板設(shè)計(jì)厚度10%。

文獻(xiàn)[3]以2000m3固定頂柴油儲(chǔ)罐為例，研究了罐壁板評(píng)定準(zhǔn)則適用性，定義罐壁板計(jì)算厚度與腐蝕裕量之和為設(shè)計(jì)厚度，罐壁板剩余厚度大于設(shè)計(jì)厚度不能完全保證安全性，罐壁板完整性評(píng)價(jià)除滿足強(qiáng)度要求，還應(yīng)考慮風(fēng)載、失穩(wěn)等附加載荷影響，應(yīng)在特定位置設(shè)置抗風(fēng)圈，才能滿足風(fēng)力穩(wěn)定性要求。

SY/T 5921規(guī)定浮頂先進(jìn)行外觀檢查，存在腐蝕部位應(yīng)測(cè)厚檢查。重點(diǎn)檢測(cè)單盤(pán)與浮艙連接部位腐蝕狀況。單盤(pán)上表面應(yīng)逐塊進(jìn)行測(cè)厚，單盤(pán)下表面進(jìn)行目測(cè)檢查。浮艙應(yīng)逐個(gè)檢測(cè)內(nèi)外表面腐蝕情況，必要時(shí)測(cè)厚。浮頂集水坑應(yīng)逐個(gè)檢測(cè)腐蝕情況，必要時(shí)測(cè)厚。SY/T 5921規(guī)定罐頂板評(píng)定準(zhǔn)則為單盤(pán)板、浮艙頂板和底板的平均減薄量不應(yīng)大于原設(shè)計(jì)厚度20%。點(diǎn)蝕最大深度不應(yīng)大于原設(shè)計(jì)厚度30%。

3 儲(chǔ)罐底板厚度檢測(cè)

底板是儲(chǔ)罐腐蝕最嚴(yán)重區(qū)域，罐底板檢測(cè)評(píng)價(jià)是儲(chǔ)罐安全評(píng)估重點(diǎn)，中幅板和邊緣板應(yīng)分開(kāi)進(jìn)行檢測(cè)。儲(chǔ)罐超聲波測(cè)厚按照排版鋼板或腐蝕區(qū)域的四角和中心各設(shè)置一個(gè)測(cè)試點(diǎn)，針對(duì)腐蝕程度嚴(yán)重區(qū)域，可以按照點(diǎn)蝕布點(diǎn)。罐底板檢測(cè)包括聲發(fā)射在線檢測(cè)和開(kāi)罐無(wú)損檢測(cè)，罐底板腐蝕掃描檢測(cè)采用漏磁檢測(cè)技術(shù)或低頻渦流檢測(cè)技術(shù)。

3.1 罐底板檢測(cè)評(píng)定準(zhǔn)則

SY/T 5921規(guī)定罐底板評(píng)定準(zhǔn)則為，邊緣板腐蝕平均減薄量不大于原設(shè)計(jì)厚度的 15%。中幅板的平均減薄量不大于原設(shè)計(jì)厚度的20%。點(diǎn)蝕的最大深度不大于原設(shè)計(jì)厚度的40%。當(dāng)腐蝕深度超過(guò)以上規(guī)定、腐蝕面積大于一塊被檢測(cè)板的50%，且在整塊板上呈現(xiàn)分散分布，宜更換整塊鋼板；面積小于50%時(shí)，應(yīng)考慮補(bǔ)板或局部更換新板。

3.2 漏磁檢測(cè)技術(shù)MFL

漏磁檢測(cè)原理是鐵磁性材料磁導(dǎo)率遠(yuǎn)大于非鐵磁介質(zhì)，磁場(chǎng)作用于檢測(cè)對(duì)象局部區(qū)域，如存在缺陷，缺陷部分磁場(chǎng)外泄，傳感器檢測(cè)外泄磁場(chǎng)確定缺陷尺寸。相對(duì)磁粉檢測(cè)，漏磁檢測(cè)采用高靈敏度磁敏元件，結(jié)果更準(zhǔn)確。相比超聲測(cè)厚，漏磁檢測(cè)對(duì)表面處理要求低，不需要清除表面防腐層。漏磁檢測(cè)代表產(chǎn)品是英國(guó)Floormap VS罐底板腐蝕掃描器、MFL2000罐底板腐蝕掃描器和Handscan平板腐蝕掃描器，精度高、穿透力強(qiáng)，檢測(cè)速度可達(dá)30m/min。

3.3 低頻渦流檢測(cè)技術(shù)（LFET）

渦流檢測(cè)是利用導(dǎo)電材料的電磁感應(yīng)原理。低頻渦流技術(shù)提高浸透性，可檢測(cè)鋼板表面、近表面和背面的缺陷。代表性產(chǎn)品是美國(guó)FS3000低頻渦流檢測(cè)儀，檢測(cè)速度約6m/min。

3.4 在線儲(chǔ)罐底板聲發(fā)射檢測(cè)

聲發(fā)射技術(shù)在美國(guó)和歐洲廣泛用于儲(chǔ)罐定性在線腐蝕檢測(cè)，制定標(biāo)準(zhǔn)ASTM E1930-2016《常壓和低壓鋼質(zhì)儲(chǔ)罐聲發(fā)射檢測(cè)方法》。聲發(fā)射優(yōu)點(diǎn)是在線檢測(cè)不影響儲(chǔ)罐正常運(yùn)行；檢測(cè)速度快。局限性是定性判斷儲(chǔ)罐是否存在嚴(yán)重腐蝕和泄漏，主要用于儲(chǔ)罐開(kāi)罐檢測(cè)計(jì)劃和排序問(wèn)題。針對(duì)聲發(fā)射檢測(cè)液位和靜置時(shí)間條件，國(guó)內(nèi)外做法存在差異。國(guó)內(nèi)在最大操作液位85%-105%范圍內(nèi)均可檢測(cè)，儲(chǔ)罐達(dá)到檢測(cè)液位后靜置3-5h即可檢測(cè)。國(guó)外聲發(fā)射檢測(cè)要求儲(chǔ)罐液位在最高操作液位50%以上即可，中小型儲(chǔ)罐需靜置1～2h，大型儲(chǔ)罐需靜置6～12h。認(rèn)為對(duì)流狀態(tài)會(huì)對(duì)信號(hào)采集造成影響。聲發(fā)射罐底檢測(cè)是將聲發(fā)射器貼于罐壁下側(cè)，接收腐蝕產(chǎn)生的聲發(fā)射信號(hào)。以10×104m3儲(chǔ)罐為例，直徑80m，設(shè)置21個(gè)傳感器，傳感器采用雙層布置，沿罐周等間距安裝，避免安裝在人孔及工藝管道附近。聲發(fā)射信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波消除噪音信號(hào)，一般的選擇信號(hào)最為平穩(wěn)的時(shí)間段進(jìn)行數(shù)據(jù)回放分析。計(jì)算檢測(cè)傳感器每小時(shí)接收到的撞擊數(shù)，評(píng)定聲發(fā)射檢測(cè)活動(dòng)度等級(jí)。表1為罐底板生發(fā)生腐蝕狀況評(píng)價(jià)準(zhǔn)則。

表1 儲(chǔ)罐底板聲發(fā)射檢測(cè)評(píng)價(jià)準(zhǔn)則

3.5 罐底板超聲導(dǎo)波檢測(cè)

該技術(shù)原理是高頻導(dǎo)波在設(shè)備表面可獲得雙面檢測(cè)結(jié)論，可探測(cè)儲(chǔ)罐內(nèi)腐蝕、裂紋以及罐壁板、底邊邊緣版腐蝕。超聲導(dǎo)波具備超聲檢測(cè)的高靈敏度，同時(shí)具備導(dǎo)波技術(shù)大面積快速掃描特征。超聲導(dǎo)波缺點(diǎn)是不能定位缺陷實(shí)際位置和深度信息，需輔助超聲檢測(cè)定位實(shí)際位置。超聲導(dǎo)波檢測(cè)做法是將導(dǎo)波探頭放置在罐底板邊緣板，以罐底板作為超聲導(dǎo)波傳導(dǎo)體，快速探測(cè)罐底板上下表面腐蝕產(chǎn)生的壁厚突變信號(hào)，輔助超聲定位技術(shù)，實(shí)現(xiàn)以點(diǎn)帶面檢測(cè)，一般在罐底板邊緣板設(shè)置一個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，可覆蓋一定的扇形掃描區(qū)域。

4 儲(chǔ)罐角焊縫檢測(cè)

焊縫無(wú)損檢測(cè)是儲(chǔ)罐檢測(cè)重要組成部分，角焊縫是大型儲(chǔ)罐失效的薄弱環(huán)節(jié)，原因在于罐壁板與底板連接處角焊縫承受很高彎曲應(yīng)力，發(fā)生腐蝕失效風(fēng)險(xiǎn)可能比罐底板腐蝕穿孔還要高[3]；隨著儲(chǔ)罐液位升降，角焊縫承受交變應(yīng)力；地基不均勻沉降也造成角焊縫應(yīng)力過(guò)大。角焊縫主要采用磁粉和滲透方法，但對(duì)表面處理和打磨清理要求較高，國(guó)外已研發(fā)渦流和漏磁檢測(cè)技術(shù)用于角焊縫自動(dòng)檢測(cè)，無(wú)需表面處理，效率較高。

SY/T 5921規(guī)定儲(chǔ)罐角焊縫檢測(cè)要求是罐底板與壁板、浮頂單盤(pán)板和浮艙的內(nèi)側(cè)角焊縫進(jìn)行滲透或磁粉檢測(cè)；罐下部壁板縱焊縫應(yīng)進(jìn)行超聲波檢測(cè)，儲(chǔ)罐容積小于2×104m3檢測(cè)其下部一圈壁板，儲(chǔ)罐容積大于2×104m3檢測(cè)下部?jī)扇Ρ诎澹瑑?chǔ)罐容積大于10×104m3檢測(cè)下部三圈壁板2×104m3檢測(cè)比例 10%。檢查縱焊縫長(zhǎng)度不小于該部分焊縫總長(zhǎng)度的10%。

5 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)儲(chǔ)罐檢測(cè)工作較少與實(shí)際腐蝕速率相關(guān)，檢測(cè)周期缺乏科學(xué)性，可能造成儲(chǔ)罐檢測(cè)成本過(guò)高，建議參考國(guó)外石油行業(yè)做法，將基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)技術(shù)作為儲(chǔ)罐檢測(cè)的依據(jù)。儲(chǔ)罐開(kāi)罐無(wú)損檢測(cè)應(yīng)側(cè)重提高檢測(cè)效率，例如罐底板漏磁掃描檢測(cè)技術(shù)可快速檢查腐蝕穿孔缺陷、下表面缺陷，而無(wú)需開(kāi)孔檢查。儲(chǔ)罐聲發(fā)射在線檢測(cè)技術(shù)可用于評(píng)價(jià)儲(chǔ)罐腐蝕程度和安全狀況，確定儲(chǔ)罐檢測(cè)計(jì)劃和優(yōu)先級(jí)，提高儲(chǔ)罐檢測(cè)工作的科學(xué)性，未來(lái)研究方向是提高儲(chǔ)罐聲發(fā)射檢測(cè)的有效性驗(yàn)證。