孔軍

(中國石油化工股份有限公司西北油田分公司，新疆 烏魯木齊 830011)

1 概述

原油儲(chǔ)罐是油田必備的重要設(shè)備之一，若原油儲(chǔ)罐發(fā)生腐蝕穿孔等嚴(yán)重泄漏事故，不僅會(huì)造成重大火災(zāi)事故和人員傷亡，對(duì)于原油浪費(fèi)和經(jīng)濟(jì)損失也是難以估量。

塔河油田原油具有高H2S濃度、超稠、高凝點(diǎn)的特征，在集輸、沉降脫水、儲(chǔ)存系統(tǒng)中都需要在高溫條件下進(jìn)行。同時(shí)塔河油田所處的沙漠地區(qū)受晝夜溫差大等因素影響，容易造成H2S的揮發(fā)逸出并對(duì)大罐的呼吸閥、阻火器以及液壓安全閥造成腐蝕，給安全生產(chǎn)帶來隱患，影響油田生產(chǎn)的正常運(yùn)行。近期對(duì)塔河油田各分公司原油儲(chǔ)罐檢修過程中發(fā)現(xiàn)，部分儲(chǔ)罐底部腐蝕嚴(yán)重，其原因主要為原油儲(chǔ)罐底部長期處于積水及高腐蝕性環(huán)境狀態(tài)。由于大型設(shè)備檢修通常兩年開展一次，所以在不停產(chǎn)的情況下，定期對(duì)原油儲(chǔ)罐開展壁厚檢測并采取有效的防護(hù)措施，可以更好地解決原油儲(chǔ)罐的內(nèi)壁腐蝕問題。當(dāng)前國內(nèi)常用的儲(chǔ)罐檢測技術(shù)主要包括兩類：在線檢測和開罐檢測技術(shù)。開罐檢測主要包括在開罐狀態(tài)下進(jìn)行宏觀檢查、漏磁檢測[1-2]、超聲波測厚[3-4]等測試，此類方法在國內(nèi)比較普遍。而在線檢測手段較為成熟的是聲發(fā)射檢測技術(shù)[5-6]、邊緣底板超聲導(dǎo)波[7-8]檢測技術(shù)。

通過國內(nèi)外儲(chǔ)罐檢測技術(shù)初步調(diào)研，聲發(fā)射檢測技術(shù)能夠在停輸12～24 h后2～3 h內(nèi)完成檢測，基本上不影響正常生產(chǎn)。該技術(shù)通過罐底腐蝕引起的聲發(fā)射信號(hào)被罐壁傳感器接收，經(jīng)過數(shù)字化軟件處理和識(shí)別后，進(jìn)行腐蝕風(fēng)險(xiǎn)評(píng)級(jí)，從而實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)罐底板腐蝕狀況在線檢測和監(jiān)測。自動(dòng)爬行超聲波檢測技術(shù)可以在不對(duì)罐壁進(jìn)行清理、打磨、未搭架子的條件下，通過遠(yuǎn)程遙控的方式指揮自動(dòng)爬行超聲波檢測儀到達(dá)罐任意指定的位置進(jìn)行壁板的A/B/C掃描檢測，從而大幅減少搭架子、打磨等輔助工作的費(fèi)用，聲發(fā)射技術(shù)結(jié)合自動(dòng)爬行超聲波檢測技術(shù)、超聲導(dǎo)波檢測技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)罐不停產(chǎn)的在線全面檢測。

我國現(xiàn)在有大量常壓儲(chǔ)罐在高含硫化氫及高含水等條件下運(yùn)行，環(huán)境惡劣易造成腐蝕，尤其是儲(chǔ)罐底部腐蝕風(fēng)險(xiǎn)較高。同時(shí)由于部分儲(chǔ)罐服役時(shí)間過長和油田生產(chǎn)缺乏有效的檢測、監(jiān)測手段等原因，儲(chǔ)罐的腐蝕狀況無法清楚掌握。通過在線檢測手段，可對(duì)儲(chǔ)罐底板腐蝕狀態(tài)進(jìn)行評(píng)級(jí)，發(fā)現(xiàn)腐蝕狀態(tài)等級(jí)高的儲(chǔ)罐后需盡快安排實(shí)施開罐檢驗(yàn)。對(duì)腐蝕狀態(tài)等級(jí)低的儲(chǔ)罐，則可以適當(dāng)延長檢驗(yàn)周期，從而實(shí)現(xiàn)在保證安全的前提下，延長檢驗(yàn)周期、減少檢驗(yàn)維修費(fèi)用的目的。該項(xiàng)目的實(shí)施對(duì)于保障油田分公司及大量儲(chǔ)罐用戶高效、安全具有積極意義。

從經(jīng)濟(jì)上來看，通過實(shí)施儲(chǔ)罐在線腐蝕檢測及評(píng)價(jià)，首先可以延長儲(chǔ)罐壽命，減少不必要的開罐檢測及防腐費(fèi)用，減少因油氣開罐停產(chǎn)造成的油氣損耗，增加油氣田開發(fā)經(jīng)濟(jì)效益。其次，從生產(chǎn)運(yùn)行管理上來看，減少腐蝕穿孔事故的發(fā)生，從安全和社會(huì)影響來看，儲(chǔ)罐底板腐蝕穿孔會(huì)給人民群眾生命安全產(chǎn)生嚴(yán)重威脅，減少穿孔可保障油田安全生產(chǎn)。最后從生態(tài)與環(huán)保效益來看，油氣田原油因腐蝕穿孔而發(fā)生泄漏，會(huì)給生態(tài)環(huán)境帶來嚴(yán)重污染，通過該項(xiàng)目的實(shí)施，降低因儲(chǔ)罐腐蝕造成環(huán)境污染發(fā)生的可能。由此可見該項(xiàng)目實(shí)施其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益是非常顯著的。

2 檢測技術(shù)及試驗(yàn)

2.1 儲(chǔ)罐常用檢測技術(shù)評(píng)價(jià)

目前儲(chǔ)罐底板腐蝕占比達(dá)到儲(chǔ)罐不同部件腐蝕案例的90%以上，截至2015年底，共腐蝕3例，其中儲(chǔ)罐底板腐蝕2例，罐壁腐蝕1例。由于儲(chǔ)罐底板較難檢測，因此儲(chǔ)罐底板腐蝕檢測是目前儲(chǔ)罐檢測的重點(diǎn)及難點(diǎn)。目前國內(nèi)外常用的儲(chǔ)罐檢測技術(shù)主要為宏觀檢查、壁板頂板超聲波測厚、自動(dòng)爬行超聲波檢測、聲發(fā)射檢測和漏磁檢測、高頻導(dǎo)波檢測。針對(duì)儲(chǔ)罐底板檢測，聲發(fā)射檢測與漏磁檢測在應(yīng)用上的最大區(qū)別在于聲發(fā)射檢測只能在在線條件下應(yīng)用，對(duì)底板的腐蝕狀態(tài)進(jìn)行定性。而漏磁檢測技術(shù)則需要在停產(chǎn)和清罐的條件下應(yīng)用，并對(duì)缺陷的大小、深度進(jìn)行定量，因此在進(jìn)行儲(chǔ)罐底板檢測時(shí)要根據(jù)現(xiàn)場檢測條件及作業(yè)要求和儀器的各自特點(diǎn)來選取合適的檢測技術(shù)。相對(duì)于漏磁檢測技術(shù)，國外聲發(fā)射檢測技術(shù)應(yīng)用已經(jīng)趨于成熟，每年檢測儲(chǔ)罐達(dá)到數(shù)千具，已經(jīng)建立了相關(guān)儲(chǔ)罐底板腐蝕分級(jí)評(píng)價(jià)參數(shù)及標(biāo)準(zhǔn)。目前應(yīng)用較多的檢測技術(shù)如下：

(1)自動(dòng)爬壁超聲波檢測

自動(dòng)爬壁遠(yuǎn)程超聲掃描檢測儀可對(duì)儲(chǔ)罐壁板進(jìn)行掃查，也可對(duì)宏觀檢查發(fā)現(xiàn)的可疑部位定點(diǎn)掃查。該設(shè)備采用單晶噴水式探頭，通過地面遙控操作，無需搭設(shè)腳手架，不需對(duì)設(shè)備表面進(jìn)行處理就可罐壁進(jìn)行厚度檢測或A/B/C掃描，從而判定檢測部位的厚度和腐蝕狀況。

(2)底板腐蝕狀態(tài)聲發(fā)射在線檢測

底板腐蝕狀態(tài)的聲發(fā)射檢測是通過布設(shè)在第一層壁板上的若干個(gè)聲發(fā)射傳感器收集聲發(fā)射信號(hào)后經(jīng)過分析計(jì)算來實(shí)現(xiàn)的。檢測方法如圖1所示。

圖1 檢測方法

聲發(fā)射檢測技術(shù)判斷腐蝕狀態(tài)可采用JBT 10764—2007 《無損檢測 常壓金屬儲(chǔ)罐聲發(fā)射檢測及評(píng)價(jià)方法》進(jìn)行評(píng)級(jí)，對(duì)腐蝕嚴(yán)重的(4級(jí)和5級(jí))及時(shí)開罐檢驗(yàn)并維修，對(duì)腐蝕程度較低(3級(jí))或腐蝕輕微(1級(jí)和2級(jí))的儲(chǔ)罐可以繼續(xù)使用。

(3)高頻超聲導(dǎo)波檢測

高頻導(dǎo)波對(duì)各種缺陷和腐蝕有較高分辨率。高頻導(dǎo)波可通過平行掃查方式在清罐條件下對(duì)罐底板指定部位進(jìn)行定量檢測，也可通過扇形掃查方式，在不清罐的條件下在罐外部通過邊緣底板外伸部位實(shí)現(xiàn)對(duì)邊緣底板腐蝕狀態(tài)的檢測抽查。

(4) 底板漏磁檢測

漏磁檢測是目前儲(chǔ)罐底板腐蝕檢測技術(shù)中效率最高、效果最好的方法，通過霍爾元件采集了磁場通過鐵磁性元件缺陷部位時(shí)泄漏掉的部分磁場來判斷缺陷的大小和深度。

(5) 焊縫表面檢測

根據(jù)儲(chǔ)罐的受力狀況，建議對(duì)第一、第二層壁板縱、環(huán)焊縫、大角焊縫、邊緣板對(duì)接焊縫實(shí)施表面檢測，檢查罐體焊縫有無表面裂紋缺陷。

2.2 儲(chǔ)罐底板在線檢測

2.2.1 檢測對(duì)象及參數(shù)

對(duì)儲(chǔ)罐的生產(chǎn)運(yùn)行情況、工區(qū)位置及作業(yè)條件進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)研，重點(diǎn)對(duì)儲(chǔ)罐服役年限、含水情況及是否具備停輸條件進(jìn)行調(diào)查，確定檢測儲(chǔ)罐與工區(qū)用電設(shè)備的距離為后期聲發(fā)射在線檢測設(shè)備用線長度。根據(jù)調(diào)查儲(chǔ)罐容積、類型及直徑來確定儲(chǔ)罐探頭布置個(gè)數(shù)及位置，一般3000 m3儲(chǔ)罐開孔8個(gè)，5000 m3開孔10個(gè)，10000 m3開孔12個(gè)，20000 m3開孔16個(gè)。待檢測的儲(chǔ)罐多數(shù)孔直徑為0.2 m，其中有一個(gè)孔直徑為0.3 m，要求儲(chǔ)罐開孔區(qū)防腐層去除，在孔中心打磨出罐壁并露出金屬光澤直徑5 cm，一般開孔探頭布置等間距不超過8 m，探頭開孔距離罐底板為污泥層之上0.3 m，根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研，塔河油田污泥層一般不超過0.5 m，建議探頭布置于罐底板1.0 m左右。

檢測儲(chǔ)罐要求在檢測前停輸10 h以上，保持加熱爐盤管檢測前4 h停止運(yùn)行，液面保持在80%～90%，建議儲(chǔ)罐優(yōu)選服役時(shí)間長、介質(zhì)腐蝕性強(qiáng)、腐蝕刺漏風(fēng)險(xiǎn)較大的優(yōu)先檢測。

2.2.2 現(xiàn)場檢測方法及流程

(1)斷鉛測試

儀器連接及探頭布置完畢后，建立儲(chǔ)罐檢測文件夾，復(fù)制并打開提前設(shè)置的lay文件，設(shè)置參數(shù)，在AE設(shè)置中將門檻值調(diào)到80，數(shù)據(jù)組設(shè)置中將能量參數(shù)增益調(diào)到20，并選取AE通道數(shù)量，如3000 m3勾選1～8。

參數(shù)設(shè)置人員用步話機(jī)通知現(xiàn)場技術(shù)人員抵達(dá)探頭位置進(jìn)行斷鉛，點(diǎn)擊軟件開始，在距離探頭0.03 m位置每隔5 s斷鉛6次，現(xiàn)場人員將探頭標(biāo)號(hào)及并匯報(bào)斷鉛完畢，參數(shù)設(shè)置人員記錄好斷鉛結(jié)果，如果斷鉛結(jié)果相比門檻值低，要現(xiàn)場人員移動(dòng)探頭或者重新用凡士林耦合固定，設(shè)置參數(shù)人員調(diào)低門檻重新測試，直到斷鉛測試結(jié)果符合門檻值，一般斷鉛測試結(jié)果保持在90 dB以上。保存文件斷鉛測試文件dat，保存在儲(chǔ)罐檢測文件夾。

(2)通道信號(hào)衰減測試

參數(shù)設(shè)置人員將能量參考增益調(diào)到30，門檻設(shè)定為50 dB，現(xiàn)場技術(shù)人員與參數(shù)設(shè)置人員通過步話機(jī)溝通，現(xiàn)場技術(shù)人員并在開孔較大的探頭部位用橡皮捶打敲擊6下，參數(shù)人員觀察測試軟件顯示，信號(hào)分別由敲打通道向兩邊通道依次隨著距離遠(yuǎn)近衰減。并將測試數(shù)據(jù)dat保存在儲(chǔ)罐檢測文件夾。

(3)背景噪聲采集

設(shè)置門檻值為20，將幅值對(duì)通道頁面的幅值改為最大，并記錄最大通道幅值，將ASL添加檢測儀器，F(xiàn)7行顯示，在15～30 dB合格，將測試dat文件保存在儲(chǔ)罐檢測文件夾。

(4)數(shù)據(jù)采集

門檻值設(shè)定在40，根據(jù)儲(chǔ)罐大小可以微調(diào)，一般儲(chǔ)罐較大的可以設(shè)置到35，點(diǎn)擊開始，現(xiàn)場人員全部撤離到軟件操作間，現(xiàn)場儲(chǔ)罐檢測區(qū)禁止人員走動(dòng)，做好檢測記錄。檢測時(shí)間一般為2 h。中間進(jìn)行一段時(shí)間的波形采集。檢測完畢后點(diǎn)擊中止，將數(shù)據(jù)DAT文件保存在儲(chǔ)罐檢測文件夾。

(5)濾波處理

點(diǎn)擊F7行顯示，觀察檢測數(shù)據(jù)，在濾波處理選項(xiàng)，勾選將能量值低于20，時(shí)間值在60000以上的過濾，將數(shù)據(jù)文件dat保存在儲(chǔ)罐檢測文件夾。填寫檢測記錄附件3。

⑥檢測評(píng)價(jià)

按照國家儲(chǔ)罐檢測標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)數(shù)據(jù)腐蝕等級(jí)評(píng)價(jià)，根據(jù)現(xiàn)場儲(chǔ)罐開罐檢測情況進(jìn)行數(shù)據(jù)驗(yàn)證，通過現(xiàn)場實(shí)際腐蝕情況對(duì)在線檢測評(píng)價(jià)進(jìn)行修訂，建立兩者之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并建立儲(chǔ)罐聲發(fā)射在線檢測結(jié)果、儲(chǔ)罐服役年限、開罐檢測狀態(tài)、腐蝕介質(zhì)之間的分類對(duì)比庫。

以某站內(nèi)儲(chǔ)罐檢測為例，本次檢測是儲(chǔ)罐在7.0 m安全液位高度下進(jìn)行的聲發(fā)射底板整體檢測，整個(gè)檢測過程共持續(xù)150 min，其中雷達(dá)液位計(jì)未關(guān)持續(xù)90 min，關(guān)閉后持續(xù)60 min。從各通道撞擊信號(hào)關(guān)聯(lián)圖(圖2)來看，各通道的撞擊均為低水平，其對(duì)應(yīng)的能量與信號(hào)幅值均屬于中低水平，根據(jù)JB/T 10764—2007 《無損檢測常壓金屬儲(chǔ)罐底板聲發(fā)射檢測及評(píng)價(jià)方法》的規(guī)定，綜合所采集信號(hào)的事件活度、能量大小、幅值高低及通道撞擊數(shù)，經(jīng)時(shí)差定位分析和區(qū)域定位分析，判定罐底板腐蝕狀態(tài)的活度等級(jí)為Ⅱ級(jí)。

圖2 罐底板腐蝕分布圖

相比開罐檢測周期為近1個(gè)月，聲發(fā)射在檢測周期更為靈活，檢測周期平均為3 d，檢測效率提高了近10倍。此外也填補(bǔ)了油田儲(chǔ)罐在線檢測技術(shù)不足，檢測更加符合現(xiàn)場工況實(shí)際，同時(shí)進(jìn)行腐蝕預(yù)警，為防腐措施提供技術(shù)及數(shù)據(jù)支撐。

2.3 形成儲(chǔ)罐檢測技術(shù)體系

(1)通過宏觀檢查和超聲波測厚及自動(dòng)爬行超聲波檢測的手段，檢查罐體的宏觀缺陷和壁板、頂板的腐蝕狀況；

(2)通過聲發(fā)射手段，定性檢測罐底板的腐蝕狀態(tài)；

(3)通過高頻導(dǎo)波檢測，定量檢測邊緣底板的腐蝕狀況，結(jié)合聲發(fā)射檢測結(jié)果，對(duì)底板腐蝕狀態(tài)作出評(píng)價(jià)；

(4)通過漏磁檢測手段，定量判定底板腐蝕情況，并確認(rèn)聲發(fā)射檢測的準(zhǔn)確性；

(5)通過第一、第二層壁板縱環(huán)焊縫、大角焊縫和邊緣底板對(duì)接焊縫的表面檢測抽查，確定罐體焊縫有無表面缺陷。

3 結(jié)論

塔河油田現(xiàn)在有大量常壓儲(chǔ)罐在高含硫化氫及高含水等條件下運(yùn)行，腐蝕環(huán)境惡劣，尤其是儲(chǔ)罐底部腐蝕風(fēng)險(xiǎn)較高，部分儲(chǔ)罐服役時(shí)間過長，由于油田生產(chǎn)需要及缺乏有效的檢測、監(jiān)測手段等原因，儲(chǔ)罐的腐蝕狀況不清楚，通過在線檢測手段，可對(duì)儲(chǔ)罐底板腐蝕狀態(tài)進(jìn)行評(píng)級(jí)，對(duì)腐蝕狀態(tài)等級(jí)高的儲(chǔ)罐，可以盡快安排實(shí)施開罐檢驗(yàn)；對(duì)腐蝕狀態(tài)等級(jí)低的儲(chǔ)罐，則可以適當(dāng)延長檢驗(yàn)周期，從而實(shí)現(xiàn)在保證安全的前提下，延長檢驗(yàn)周期、減少檢驗(yàn)維修費(fèi)用的目的。結(jié)論如下：

(1)聲發(fā)射檢測技術(shù)可以應(yīng)用于常壓儲(chǔ)罐底板腐蝕狀態(tài)檢測中，可以作為儲(chǔ)罐安全隱患排查的手段；

(2)根據(jù)所制定的現(xiàn)場檢測方案，順利完成現(xiàn)場檢測的各項(xiàng)任務(wù)，說明所制定的檢測方案及所采用的技術(shù)路線可行有效；

(3)通過現(xiàn)場測試，充分體現(xiàn)了在線檢測方法的經(jīng)濟(jì)性及高效性；可以彌補(bǔ)了傳統(tǒng)檢測方法的盲目性、對(duì)安全隱患及腐蝕排查存在的滯后性等缺點(diǎn)，極大減少“停輸—開罐—清洗—檢測—修復(fù)”這一傳統(tǒng)檢測方法所產(chǎn)生人力及經(jīng)濟(jì)上的浪費(fèi)。

該項(xiàng)目的實(shí)施對(duì)保障西北油田分公司及大量儲(chǔ)罐用戶高效、安全生產(chǎn)具有積極意義，具有廣泛的應(yīng)用前景。