选用一种无损检测技术来设计原油储罐检测方案?
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发布时间：2022-05-13 23:42
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时间：2023-11-08 08:52
原油储罐一般具有大型化、集中化、介质易燃易爆、有毒等特点，一旦发生爆炸，将会给社会和国家经济造成重大的影响，因此对原油储罐的定期检测与评估，对保证储罐的安全使用及正常运行具有重大意义。
储罐在长期的使用过程中必然会产生不同模式的失效，如失稳、破裂、腐蚀等。所以对储罐失效状况的安全评价，在罐体的长期管理中非常重要。目前，常压储罐通常根据固定的周期进行停产开罐检验，但此种方法需要花费大量的人力、物力和财力，对于大型原油库区的清罐，甚至还会带来其他的安全和环保问题。鉴于此，在线检验技术在大型原油储罐检验方面的应用越来越广泛。
储罐在线检测技术
储罐的在线全面检测主要根据其失效模式来确定，包括以下几个方面：
① 腐蚀失效，包括储罐底板声发射检验及储罐测厚(罐顶/罐壁)；
② 破裂失效，包括焊缝应力集中磁记忆检测；
③ 失稳失效，包括储罐基础沉降检测及储罐垂直度检测。
图1 储罐在线检测技术方案框图
储罐腐蚀失效模式检测
1 储罐底板声发射检测
试验使用美国物理声学公司PAC生产的SMOSE型多通道全数字化声发射检测分析仪，传感器型号为R3I，检测通道有24个，信号采集设置参数如下：门槛40dB，采样长度4k，频率范围20~100kHz，定位方式为罐底定位，采样频率500kHz，波速1100000mm/s，触发长度256，放大倍数20dB。
图2 检测仪器连接示意
采用T06原油储罐(常压常温)进行试验，其于2007年投入使用，有10年未曾开罐检验。该储罐材料为SPV490Q，容积10万立方米，直径80m，高度21.8m，壁板共9层，底层板厚32mm。
为了保证腐蚀信号能准确地被罐壁上的传感器接收，将传感器布置于距离底板0.6m的罐壁圆周上，在安装时应注意错开接管区域，确保其安装在同一高度且各传感器间距相等，形成闭合环状分布(沿圆周方向均匀布置24个传感器)。
对储罐底板的声发射检测数据进行噪声信号滤波､相关分析､聚类､活性计算､腐蚀速率预测等综合处理分析后，从罐底板的定位事件图(见下图)上可以看出：在2h的检测过程中，底板声发射信号总体事件数､撞击数､能量等均处于较低水平，说明储罐底板有轻微的腐蚀活性。
图3 储罐底板声发射检测结果
依据标准JB/T 10764-2007《无损检测常压金属储罐声发射检测及评价方法》，评定该储罐底板使用状况等级为Ⅱ级。
2 储罐测厚
对于罐壁底部第一层以及与扶梯接触的罐壁处，主要采用超声波测厚的方式进行检测，其中罐壁第一层所有壁板均要进行测厚，每块板均布5个测点。
对于第一层以上的罐壁，沿扶梯进行测厚，每块壁板沿高度方向均布5个测点；对于罐壁其他部分，选择性地进行超声B扫检测，以衡量罐壁的均匀腐蚀状况；对罐壁的异常腐蚀区域进行超声C扫检测，如有必要可以抽检部分罐壁，进行大面积的自动爬壁超声C扫检测。
图4 储罐罐壁结构及其测厚的测点布置示意
对罐顶的测厚采用抽检方式进行，主要检测点分布于浮顶最外侧圆周和浮顶两个直径方向上，其中浮顶外侧圆周分布24个检测点，每个直径方向分布18个检测点。
图5 储罐罐顶测厚的测点布置示意
从各部分检测数据上看，由于储罐表面防腐涂层的保护，罐体实测厚度相对于原始厚度未出现较大的腐蚀，包括浮顶的明显腐蚀区都未出现较大程度的壁厚减薄现象，腐蚀量均在1.0mm以内。
储罐破裂失效模式检测
储罐的应力集中会导致罐体的腐蚀加剧，形成罐壁焊缝应力损伤。磁记忆对罐壁焊缝的检测任务就是要查找并确定应力集中区域。储罐的磁记忆应力集中检测部位为第一层壁板的纵向和环向焊缝。
图6 储罐罐壁检测部位示意
实际检测过程中，在距离罐底55~65cm范围内出现明显的信号突变现象。设备检测门槛值设置为10A/m，实际检测中信号突变处的磁场强度达到门槛值的近10倍以上，信号突变非常强，呈整圈出现。
图7 罐壁纵向、环向焊缝检测结果
针对以上检测到的应力集中情况，选择磁粉及超声检测方法进行复验，排除表面及内部宏观缺陷，除此之外，在环向焊缝的上下100mm范围内的母材上也出现了明显的应力集中现象，因此判定其是由于应力集中引起的信号突变，对缺陷分布位置的分析可以看出，应力集中主要位于第一层壁板距底板一定距离的母材处(且呈整圈出现)､纵焊缝处及环焊缝处。
储罐失稳失效模式检测
1 储罐基础沉降检测
针对储罐在日常使用过程中产生的不均匀沉降和刚性倾斜的问题，防止储罐产生整体的稳定性失效，需对储罐进行基础沉降测量，测量时需遵循以下几点：
(1) 储罐基础应按设计文件要求进行标高测量，主要考虑两个沉降分量的综合影响；
(2) 在罐底板外侧的基础顶面，应沿环向均匀布置24个检测点；
图8 储罐基础沉降观测点布置示意
(3) 沉降观测测量器具宜采用精密水准仪和塔尺(在有效鉴定期内)；
(4) 沉降观测结果评定参照标准SY/T 6620-2014《储罐的检验､建设､改建和翻建》中的规定。
在观测储罐基础沉降时，主要从储罐的4个方向，分别对储罐24个观测点进行观测，期间需要4个基站，并进行相应的移站修正基准值。将最终得到的24个观测数据统一修正，以1号观测点的实际标高作为基准标高0，对其他观测点数据进行修正，结果如下图所示，可以看出储罐在基础沉降点14~21点有明显沉降。
图9 储罐基础沉降曲线示意
2 储罐垂直度检测
在罐体相互对称的4个位置分别选择上中下，共12个测量点(发现有垂直度异常时，扩大检测比例)，在每一个测量点处，使用全站仪先对准罐体的最上部，然后固定仪器的回转自由度，使仪器目视镜匀速下转，直至罐体底部边缘，分别读取罐体距离仪器基准十字线中心的水平距离，即可计算出罐体的垂直度。
图10 储罐垂直度检查点分布示意
储罐垂直度及椭圆度的检测结果评定参照SY/T 6620-2014标准中10.5.2章节的规定。具体检测数据如下：
依据SY/T 6620-2014标准的要求，储罐垂直度不得超过储罐总高度的1/100（218mm），最大值为127mm，从检测数据可以看出其最大值为66mm，储罐垂直度完全满足要求。
储罐管理措施的改进
从上述储罐的全面检测结果可以看出，储罐整体状况较好，壁板及底板腐蚀程度较低，垂直度在标准可接受的范围内。在底层罐壁距离底板55~65cm范围内，罐壁板的焊缝区域均会产生明显的应力集中，同时，储罐基础出现部分不均匀沉降现象。在后续的检验检测和日常维护管理中，应该重点关注底圈应力集中及不均匀基础沉降现象，检测数据可为储罐整体基于风险的检验(RBI)策略的制定提供科学的数据支撑。
(1) 加强储罐应力集中部位的日常巡检，重点关注该区域的外观状况变化，如变形、鼓包、内部严重腐蚀、裂纹等。
(2) 对于基础不均匀沉降现象，除进行日常巡检外，还应该在异常沉降点设计沉降监测点，定期对其进行检测，以实时监测该区域的安全状况。
