聲發射技術在探測儲罐底板泄漏位置中的不同應用

摘 要：對2臺已發生泄漏的在用常壓立式儲罐進行了聲發射監測，目的是找出罐底板的泄漏位置，以指導檢修工作。對其中一臺儲罐的監測是在充水試驗條件下進行的，另一臺則為在滲漏過程中的在線監測，不同的監測方式均得到了較滿意的檢測效果，取得了有意義的實際檢測經驗。
關鍵詞：聲發射；監測；罐底板；泄漏
0 前言
眾所周知，我國是一個石油能源消耗大國，擁有大量的各類大型立式常壓儲罐，且主要集中在化工、煉油及油氣儲運等行業。隨著我國經濟的快速發展，不但儲罐的總數量在快速增加，而且也朝著大型化的方向發展。尤其是近年來，出于國家的安全需要，在全國建設了4個大型石油戰略儲備基地（其中的2個在浙江省），單臺儲罐的容積一般都在5－15萬立方米。由于介質的性質及使用環境或地基變形等原因，儲罐的底板往往會發生嚴重腐蝕和泄漏，若未及時有效地檢查和發現或預報，往往會導致儲罐的泄漏事故，既影響生產，又造成環境污染，甚至引起更嚴重的事故。傳統的罐底板腐蝕檢測都是離線檢測，需要停工置換、超聲波物位計清理罐底、抽查或逐點式檢查，檢測方法既落后，檢測費用又高，而且檢測時間長，檢測結果也不可靠，檢修后1－2年內就出現泄漏的情況并不罕見。儲罐底板的聲發射檢測方法則是一種在線、高效、經濟的方法。該技術可以對達到或接近檢驗周期的儲罐進行不停工、不倒罐條件下的快速在線檢測，對罐底板的腐蝕狀況和是否存在泄漏及泄漏的位置做出評價。通過對底板腐蝕狀況的等級評定可幫助管理者列出儲罐的維修優先順序，在保證儲罐安全運行的前提下，不僅能夠明顯地節省檢修費用，更能大大地縮短檢修時間，使檢修對生產的影響達到最小程度。
1 儲罐的現場檢測
1.1 兩臺儲罐的基本情況
1.1.1 510#罐的基本情況
材料為Q235；尺寸為φ11000×12600mm，底板厚度8mm；容積為1000m3；內浮頂罐；操作介質為精制油，1992年7月投用。底板的邊緣板由于腐蝕嚴重，在以前的檢修中已經進行了全部貼板處理。
2004年4月按計劃進行了定期大修，5月大修后進油，發現人孔處基礎有少量油往外滲出，于2004年11月再次安排了清罐檢修。由于未查到漏點，決定進行充水試驗條件下的聲發射監測，以確定泄漏或主要腐蝕的區域。結合真空測漏方法，最終在邊緣板上找到了1處漏點，超聲波液位計并做了修復。
投用后不久又出泄漏，清罐后于2005年7月再次進行充水試驗條件下的聲發射監測，結合真空測漏方法，最終找到了2處撕裂性泄漏點和幾處冒泡點。即不到兩年內共進行了3次開罐檢修。
1.1.2 503#罐的基本情況
材料為Q235；尺寸為φ22000×13600mm，底板厚度8mm；容積為5000m3；拱頂罐；操作介質為柴油，1978年投用。2004年6月發現底板處出現微量滲漏，決定進行聲發射監測，以確定泄漏的位置。
1.2 檢測儀器
美國PAC的DiSP-56聲發射工作站。傳感器型號：R3I－AST；頻率范圍：30－60 kHz。超聲波測厚儀
2 檢測過程
2.1 510#罐底板的聲發射檢測
工廠為了安全起見，在發現510#儲罐出現泄漏后立即安排了倒罐處理，所以對罐底板的兩次聲發射檢測是在充水條件下進行的，而不是在線監測。超聲波清洗機
2.1.1 兩次充水條件下的聲發射檢測（2004.11，2005.5）
兩次檢測均采用8個R3I－AST傳感器，在距罐底板200mm的罐壁外表面圓周線上均布，且傳感器的位置及參數設置也完全相同。檢測前在距各傳感器100mm處進行鉛筆芯折斷信號的標定。由兩個進水管同時進水。試驗液位曲線見圖1。為了獲得較全面的檢測數據，第一次檢測基本進行了全程的監測。第一次檢測時的部分聲源定位情況見圖2。第二次檢測時主要加載階段的聲源定位情況見圖3。
圖4為兩次聲發射檢測的有效聲源位置及實際泄漏（或撕裂）位置的匯總。洗片機
2.1.2 510#罐兩次聲發射監測的結果分析
第一次聲發射檢測共出現了7處聲源，對其中相對較活躍的4處（1＃－4＃）聲源區域進行了重點真空查漏，最終找到了底板焊縫泄漏點（L1），并進行了修補。該泄漏位置與聲發射檢測的4＃聲源位置基本對應（相差0.5米以內）。未對其它聲源位置的區域進行無損復驗，故是否存在較明顯的下表面腐蝕不得而知。由第二次檢測的結果可知，所出現的泄漏點L3距1＃和7＃聲源均在2米左右，故可以認為第一次檢測的結果具有一定的預測作用。
第二次聲發射監測過程中仍然未出現可見泄漏。但檢測到3處聲源位置（8＃－10＃）。通過真空查漏最終發現2處由于撕裂破壞而造成的泄漏點，其中泄漏點L3與較活躍的10＃聲源僅相差約1米。泄漏點L2在檢測的定位圖上未形成明顯的顯示。8#聲源實際上與第一次檢測得到的1＃聲源為同一位置，在該區域內發現了一個冒泡的位置。
從兩次檢測的結果看，聲源定位結果與實際查到的泄漏位置大部分基本符合（有1處未顯示），但存在不同程度的誤差。某些聲源較強（如2#等），本次雖然未發現存在泄漏，但由于也未對這些區域的下表面腐蝕情況進行常規方法的復驗，因此對這些部位也應引起一定的注意。
需要指出的是，由于實際的原因，本次檢測不是在線檢測，試驗介質（常溫水）的滲透力不如操作介質（精制油），監測過程中也確實未出現可見泄漏，因此，這增加了檢測的難度。另外，由于底板的邊緣板為雙層板（經過貼板處理），不但結構復雜了，而且出現泄漏時位于上層板的漏點與下層板的實際漏點也不一定一致，因為介質可在兩層板間流動，所以這又增加了檢測的難度。盡管如此，本次檢測還是得到了比較滿意的效果。

此外，從510#罐的全程監測結果看，不同液位階段的定位情況并不完全重復，穩定時間的長短也對監測有一定影響。參數的正確選擇對于檢測結果的可靠性很關鍵。不同尺寸和介質的儲罐，其波速取值對定位有較大影響。因此，需要不斷研究和積累檢測經驗，以確定合適的檢測條件、檢測參數設置和時機等。
2．2 G503柴油罐的聲發射監測
2004年6月在發現G503罐底板出現了微量滲漏后，決定進行聲發射在線監測，以確定泄漏的大致位置，指導即將進行的開罐維修工作。由于已出現滲漏，故未進行升液位和保持液位等操作條件下的檢測，僅在當時的液位下監測，監測完成后立即倒罐。
共采集了兩段數據，在線監測的分析結果見圖5。可以看出，主要出現了2處集中定位聲源。其中位于中部偏西區域的聲源S1面積較大且較集中，而位于6#傳感器附近的S2聲源有一定的顯示（這也是外觀發現微小滲漏的位置，形似一小氣孔），但相對中部要弱。根據檢測結果，可認為中心區域為薄弱區，有明顯的腐蝕或泄漏跡象。
經開罐檢修發現，在中心偏西1米處存在1處腐蝕穿孔，而且中部區域的底板下表面確實存在較多的湖狀（麻坑）腐蝕，某些腐蝕坑的深度已達璧厚的一半以上，底板變形很大。同時也找到了聲源S2處的微漏點。該罐進行更換底板后重新投入使用。事實證明，這次聲發射檢測與罐底板的實際狀況符合得很好。

3 結論及展望
與壓力容器的聲發射檢測相比，大型常壓立式儲罐的聲發射檢測不但方法上有所不同，而且檢測工作開展得較晚，理論也相對不成熟，可參考的成熟經驗也不多，但應用前景卻是非常廣闊的。因此就需要我們做更多的研究和應用，積累更多的經驗。根據本人及同事在該領域多年來的研究與應用，在儲罐底板的聲發射檢測方面得到如下膚淺的認識：
1、難度大。由于儲罐的直徑通常很大（可達100米以上），傳感器的檢測距離得選擇余地小；容易產生噪聲的因素多；參數的選擇、檢測時機、儲罐的介質及結構、檢測的環境條件等都可能影響到檢測結果的可靠性；需要較寬的知識面和較豐富的檢測經驗。總體上其難度要高于壓力容器的聲發射檢測。
2、雖然主要用于評價罐底板的腐蝕，而且定位精度也有一定的局限性，但定位結果仍具有相當的參考價值，而且可以檢測到泄漏和計算其位置。檢測結果具有一定的預見性。
3、對于已經出現泄漏的儲罐，在條件允許的情況下，采用聲發射技術確定泄漏的參考位置，可有助于更迅速地找到泄漏點，以提高檢修的效率。另一方面，當泄漏點為非穿孔型的泄漏時（如撕裂型的），在無液位的情況下泄漏點往往會閉合，開罐做真空查漏時是很難找到泄漏位置的。
4、考慮到一系列的綜合因素，我們認為，罐底板的定位精度若達到10－20％的直徑應該是可以令人滿意的。雖然不可避免地會形成偽定位，但是泄漏和嚴重腐蝕區的聲源位置不應該被遺漏，即顯示在定位圖中，用戶的這種要求是合理的，也是我們檢測人員力爭做到的。