王慧力 蔡 亮 孟虎林 王偉恒 張宏亮

（1. 國家管網(wǎng)集團東部原油儲運有限公司襄陽輸油處，湖北 襄陽 441000；2. 中國航油集團物流有限公司西南基地建設指揮部，重慶 401122；3. 中國石油青海油田分公司管道處，青海 格爾木816000；4. 中國石油管道局工程有限公司第四分公司，河北 廊坊 065000；5. 國家管網(wǎng)集團西南管道有限責任公司蘭州輸油氣分公司，甘肅 蘭州 730060）

0 引言

儲罐是石油石化行業(yè)重要基礎設施，我國石油儲備庫廣泛設計建設10×104m3大型浮頂儲罐。由于制造/焊接缺陷、腐蝕和誤操作等原因，儲罐發(fā)生油品泄漏事故會造成嚴重環(huán)境污染和經(jīng)濟損失。我國存在超期服役儲罐20年～30年未進行有效檢測情形，儲罐運行風險等級較高[1]。相關法規(guī)如《特種設備安全監(jiān)察條例》未規(guī)定針對在役儲罐強制進行定期檢測的要求。儲罐定期開展在線及開罐無損檢測，分析腐蝕狀態(tài)、性能和使用壽命，及時發(fā)現(xiàn)隱患并有效處置，是保證其安全運行的可靠手段。探討了儲罐聲發(fā)射、超聲導波、漏磁和渦流檢測技術現(xiàn)狀和關鍵要素，對于提高儲罐檢測科學性、保證儲罐安全運營具有重要意義。

1 儲罐檢測技術及標準現(xiàn)狀

腐蝕是儲罐及附件設施失效的主導因素，典型失效形式是罐底板腐蝕穿孔、罐壁板/底板角焊縫開裂以及罐壁板強度破裂等。儲罐生產(chǎn)實踐證明，罐壁板腐蝕輕微，罐底板油品滲漏風險遠高于罐體和附件設施，統(tǒng)計在役儲罐事故中罐底板腐蝕泄漏穿孔約占20%以上。廣義的儲罐檢測涵蓋頂板外觀檢查，罐壁板/底板超聲波測厚、聲發(fā)射和開罐無損檢測，儲罐基礎沉降評價、焊縫檢查以及重要附件設施（如中央排水裝置、浮頂立柱、接地裝置）檢查。

儲罐外觀檢驗指檢查單盤與浮艙連接部位腐蝕狀況；單盤上表面逐塊進行測厚，單盤下表面進行目測檢查；逐個檢測浮艙內(nèi)外表面腐蝕情況；檢測浮頂集水坑腐蝕情況。儲罐常規(guī)檢測指應用超聲測厚法檢查罐壁板/頂板腐蝕情狀況，開罐無損檢測指應用漏磁技術或低頻渦流技術掃描檢查罐底板腐蝕情況。針對儲罐局部腐蝕采用超聲C掃描和超聲導波法。針對儲罐儲存重油高溫工況，可采用電磁超聲技術，脈沖渦流技術可檢測含一定厚度保溫層罐壁。

國內(nèi)儲罐檢測執(zhí)行行業(yè)標準SY/T 5921-2017《立式圓筒形鋼制焊接油罐操作維護修理規(guī)范》。參考使用行業(yè)標準SY/T 6620-2014《油罐的檢驗、修理、改建及翻建》采標美國石油學會標準API Std653-2009，規(guī)定罐體和罐基礎完整性評價準則以及內(nèi)部/外部檢驗周期。將儲罐檢測分為外部檢驗、超聲波厚度檢驗和內(nèi)部檢驗三種類型，外部檢驗指定期在靠近儲罐地面上目視檢查儲罐外部狀況；超聲波厚度檢驗指用于評價罐壁完整性、確定儲罐平均腐蝕速率；儲罐內(nèi)部檢驗用于確定罐底板腐蝕及是否存在滲漏，以及罐底板沉降狀況。

2 罐底板聲發(fā)射檢測技術

聲發(fā)射技術在美國、歐洲、日本和澳大利亞廣泛用于儲罐定性在線腐蝕檢測，制定標準ASTM E1930-2016《常壓和低壓鋼質(zhì)儲罐聲發(fā)射檢測方法》。聲發(fā)射原理是局域源材料快速泄放能量產(chǎn)生瞬態(tài)彈性波。罐底板如存在腐蝕缺陷，在液壓作用下導致變形或者分離而產(chǎn)生聲發(fā)射信號；罐底板泄漏油品流動也會產(chǎn)生聲發(fā)射信號。儲罐聲發(fā)射在線檢測速度快，對儲罐正常運行影響小。局限性是只能定性評估罐底板腐蝕程度和泄漏狀況，檢測正在發(fā)展的缺陷，不能檢測已形成缺陷，主要用于制定儲罐檢測計劃和安排缺陷修復優(yōu)先順序。

聲發(fā)射是在罐壁板下側(cè)安裝傳感器陣列，聲發(fā)射檢測儀接收腐蝕和泄漏產(chǎn)生的聲發(fā)射信號。圖1是聲發(fā)射罐底板檢測示意圖，沿儲罐周向等距設置傳感器，10×104m3大型儲罐可采用雙層布置傳感器，為減少干擾，傳感器應遠離人孔或工藝管道。分析傳感器采集的聲發(fā)射信號時間間隔定位聲源，計算傳感器一定時間內(nèi)接收的反饋數(shù)量，表1是罐底板聲發(fā)射腐蝕程度評價準則。

表1 罐底板聲發(fā)射腐蝕程度評價準則

圖1 聲發(fā)射罐底板檢測示意圖

研究表明，罐底板聲發(fā)射檢測結(jié)論準確度受到機械噪聲、環(huán)境噪聲、溫度、雨雪以及其他聲源的干擾，傳感器與罐壁耦合情況，檢測人員記錄和數(shù)據(jù)處理也會影響結(jié)果準確性[2]。關于聲發(fā)射檢測對液位高度和靜置時間要求，國內(nèi)外行業(yè)做法略有差異。調(diào)研國內(nèi)在儲罐0.85～1.05倍最大安全液位范圍內(nèi)，儲罐液位應靜置3～5h才能進行作業(yè)，例如某油庫做法是在儲罐檢測前關閉管道、閥門約12～24h，采集2h有效穩(wěn)定數(shù)據(jù)。國外行業(yè)做法更為寬泛，儲罐液位在0.5倍最大安全液位即可作業(yè)，低于2×104m3儲罐靜置時間為1～2h，5×104m3和10×104m3儲罐靜置時間為6～12h。

美國物理聲學公司PAC已開展8000多座儲罐聲發(fā)射檢測以及1000多座開罐驗證，研發(fā)TankPacTM常壓儲罐底板檢測專家系統(tǒng)，聲發(fā)射評價結(jié)果與罐底板腐蝕和泄漏狀況具有100%對應關系。國內(nèi)中國石油大學、中石油、中石化已開展1200座儲罐聲發(fā)射檢測，聲發(fā)射評價結(jié)果與開罐驗證準確率在80%～90%左右。未來原油儲罐聲發(fā)射檢測技術研究防線是噪聲干擾及降噪技術、高效信號識別和采集技術，完善罐底板結(jié)構完整性分級和聲發(fā)射源集中度區(qū)域劃分準則，提高罐底板腐蝕評價可靠性與開罐檢測結(jié)果的符合性。

3 罐底板超聲導波檢測技術

超聲導波技術原理是超聲波在板狀材料不連續(xù)邊界內(nèi)產(chǎn)生多次往復反射，衍生復雜干涉和彌散，形成新的超聲導波波形，導波在板材表面獲得雙面檢測結(jié)論，可用于評價板材缺陷和結(jié)構狀態(tài)。平板導波采用Lamb波檢測，具有傳播距離長、檢測精度高特點，可檢測罐壁板、底邊以及邊緣板腐蝕狀況。超聲導波不能確定缺陷具體位置和深度尺寸，一般結(jié)合超聲測厚定位位置。圖2是罐底板超聲導波檢測示意圖，做法是將導波探頭置于罐底板邊緣板，傳感器激勵出Lamb脈沖波，在罐底板上下表面來回反射并傳播，在缺陷處脈沖信號發(fā)生反射。通過探測罐底板上下表面腐蝕產(chǎn)生的壁厚突變信號，信號經(jīng)處理后顯示為二維缺陷圖。借助超聲定位技術，實現(xiàn)以點帶面檢測和缺陷定位。沿罐底邊緣板周向改變探頭位置，得到多個方向檢測數(shù)據(jù)，最后得到整體罐底板缺陷分布圖像，對罐底板進行腐蝕評價。

圖2 罐底板超聲導波檢測示意圖

中石油研制基于超聲平板Lamb波檢測技術系統(tǒng)，確定A0模態(tài)Lamb波最佳激發(fā)角度，在某儲罐現(xiàn)場試驗表明，Lamb波A0模態(tài)的低頻脈沖信號針對大型鋼板缺陷識別能力較好，特別的激勵信號頻率為490kHz條件下檢測效果最佳，可檢測出直徑15mm的通孔，且可清晰分辨缺陷孔信號和底板端面回波信號。

4 儲罐開罐無損檢測方法

漏磁檢測技術原理是鋼制材料磁通量高于非鋼制材料，一定強度磁場作用于罐底板局部區(qū)域，如存在腐蝕缺陷，產(chǎn)生磁通量損耗，傳感器檢測磁場損耗強度對應缺陷尺寸。漏磁檢測建議采用高靈敏度磁感元件會提升結(jié)果準確度。漏磁檢測技術對被檢測表面清潔度要求低，可間隔防腐層進行檢測。漏磁技術國外產(chǎn)品如英國Floormaps罐底板腐蝕掃描儀、MFL2000罐底板腐蝕掃描儀和Handscan平板腐蝕掃描儀，最大檢測速度可達30m/min。

某油庫2×104m3潤滑油儲罐發(fā)生腐蝕泄漏，經(jīng)漏磁檢測和超聲相控陣C掃描腐蝕檢測，確定腐蝕發(fā)生在罐底板土壤側(cè)，兩種方法結(jié)合可對罐底板100%面積進行腐蝕檢測，檢測結(jié)果表明，罐底板腐蝕穿孔原因是罐底板土壤側(cè)存在水分、瀝青砂混有較大直徑碎石、罐底板防腐層等級較低以及運行溫度處于土壤最大腐蝕速率范圍等。

5 結(jié)語

我國儲罐檢測多依據(jù)以往工程案例，確定檢測周期，較少根據(jù)腐蝕速率，檢測計劃缺乏科學性。儲罐開罐無損檢測技術效率低、成本高，檢測前儲罐應停輸、清空和清潔，儲罐檢測發(fā)展趨勢是由停產(chǎn)開罐向在線檢測轉(zhuǎn)變，在保證安全可靠前提下，盡可能降低儲罐運營成本。