大型原油儲罐的在線全面體檢

原油儲罐一般具有大型化、集中化、介質(zhì)易燃易爆、有毒等特點，一旦發(fā)生爆炸，將會給社會和國家經(jīng)濟造成重大的影響，因此對原油儲罐的定期檢測與評估，對保證儲罐的安全使用及正常運行具有重大意義。儲罐在長期的使用過程中必然會產(chǎn)生不同模式的失效，如失穩(wěn)、破裂、腐蝕等。所以對儲罐失效狀況的安全評價，在罐體的長期管理中非常重要。目前，常壓儲罐通常根據(jù)固定的周期進行停產(chǎn)開罐檢驗，但此種方法需要花費大量的人力、物力和財力，對于大型原油庫區(qū)的清罐，甚至還會帶來其他的安全和環(huán)保問題。鑒于此，在線檢驗技術(shù)在大型原油儲罐檢驗方面的應用越來越廣泛。儲罐在線檢測技術(shù)儲罐的在線全面檢測主要根據(jù)其失效模式來確定，包括以下幾個方面：①

腐蝕失效，包括儲罐底板聲發(fā)射檢驗及儲罐測厚(罐頂/罐壁)；②

破裂失效，包括焊縫應力集中磁記憶檢測；③

失穩(wěn)失效，包括儲罐基礎(chǔ)沉降檢測及儲罐垂直度檢測。圖1儲罐在線檢測技術(shù)方案框圖儲罐腐蝕失效模式檢測1儲罐底板聲發(fā)射檢測試驗使用美國物理聲學公司PAC生產(chǎn)的SMOSE型多通道全數(shù)字化聲發(fā)射檢測分析儀，傳感器型號為R3I，檢測通道有24個，信號采集設(shè)置參數(shù)如下：門檻40dB，采樣長度4k，頻率范圍20~100kHz，定位方式為罐底定位，采樣頻率500kHz，波速1100000mm/s，觸發(fā)長度256，放大倍數(shù)20dB。圖2檢測儀器連接示意采用T06原油儲罐(常壓常溫)進行試驗，其于2007年投入使用，有10年未曾開罐檢驗。該儲罐材料為SPV490Q，容積10萬立方米，直徑80m，高度21.8m，壁板共9層，底層板厚32mm。為了保證腐蝕信號能準確地被罐壁上的傳感器接收，將傳感器布置于距離底板0.6m的罐壁圓周上，在安裝時應注意錯開接管區(qū)域，確保其安裝在同一高度且各傳感器間距相等，形成閉合環(huán)狀分布(沿圓周方向均勻布置24個傳感器)。對儲罐底板的聲發(fā)射檢測數(shù)據(jù)進行噪聲信號濾波?相關(guān)分析?聚類?活性計算?腐蝕速率預測等綜合處理分析后，從罐底板的定位事件圖(見下圖)上可以看出：在2h的檢測過程中，底板聲發(fā)射信號總體事件數(shù)?撞擊數(shù)?能量等均處于較低水平，說明儲罐底板有輕微的腐蝕活性。圖3儲罐底板聲發(fā)射檢測結(jié)果依據(jù)標準JB/T10764-2007《無損檢測常壓金屬儲罐聲發(fā)射檢測及評價方法》，評定該儲罐底板使用狀況等級為Ⅱ級。2儲罐測厚對于罐壁底部第一層以及與扶梯接觸的罐壁處，主要采用超聲波測厚的方式進行檢測，其中罐壁第一層所有壁板均要進行測厚，每塊板均布5個測點。對于第一層以上的罐壁，沿扶梯進行測厚，每塊壁板沿高度方向均布5個測點；對于罐壁其他部分，選擇性地進行超聲B掃檢測，以衡量罐壁的均勻腐蝕狀況；對罐壁的異常腐蝕區(qū)域進行超聲C掃檢測，如有必要可以抽檢部分罐壁，進行大面積的自動爬壁超聲C掃檢測。圖4儲罐罐壁結(jié)構(gòu)及其測厚的測點布置示意對罐頂?shù)臏y厚采用抽檢方式進行，主要檢測點分布于浮頂最外側(cè)圓周和浮頂兩個直徑方向上，其中浮頂外側(cè)圓周分布24個檢測點，每個直徑方向分布18個檢測點。圖5儲罐罐頂測厚的測點布置示意

從各部分檢測數(shù)據(jù)上看，由于儲罐表面防腐涂層的保護，罐體實測厚度相對于原始厚度未出現(xiàn)較大的腐蝕，包括浮頂?shù)拿黠@腐蝕區(qū)都未出現(xiàn)較大程度的壁厚減薄現(xiàn)象，腐蝕量均在1.0mm以內(nèi)。儲罐破裂失效模式檢測儲罐的應力集中會導致罐體的腐蝕加劇，形成罐壁焊縫應力損傷。磁記憶對罐壁焊縫的檢測任務就是要查找并確定應力集中區(qū)域。儲罐的磁記憶應力集中檢測部位為第一層壁板的縱向和環(huán)向焊縫。圖6儲罐罐壁檢測部位示意實際檢測過程中，在距離罐底55~65cm范圍內(nèi)出現(xiàn)明顯的信號突變現(xiàn)象。設(shè)備檢測門檻值設(shè)置為10A/m，實際檢測中信號突變處的磁場強度達到門檻值的近10倍以上，信號突變非常強，呈整圈出現(xiàn)。圖7罐壁縱向、環(huán)向焊縫檢測結(jié)果針對以上檢測到的應力集中情況，選擇磁粉及超聲檢測方法進行復驗，排除表面及內(nèi)部宏觀缺陷，除此之外，在環(huán)向焊縫的上下100mm范圍內(nèi)的母材上也出現(xiàn)了明顯的應力集中現(xiàn)象，因此判定其是由于應力集中引起的信號突變，對缺陷分布位置的分析可以看出，應力集中主要位于第一層壁板距底板一定距離的母材處(且呈整圈出現(xiàn))?縱焊縫處及環(huán)焊縫處。儲罐失穩(wěn)失效模式檢測1儲罐基礎(chǔ)沉降檢測針對儲罐在日常使用過程中產(chǎn)生的不均勻沉降和剛性傾斜的問題，防止儲罐產(chǎn)生整體的穩(wěn)定性失效，需對儲罐進行基礎(chǔ)沉降測量，測量時需遵循以下幾點：(1)儲罐基礎(chǔ)應按設(shè)計文件要求進行標高測量，主要考慮兩個沉降分量的綜合影響；(2)在罐底板外側(cè)的基礎(chǔ)頂面，應沿環(huán)向均勻布置24個檢測點；圖8儲罐基礎(chǔ)沉降觀測點布置示意(3)沉降觀測測量器具宜采用精密水準儀和塔尺(在有效鑒定期內(nèi))；(4)沉降觀測結(jié)果評定參照標準SY/T6620-2014《儲罐的檢驗?建設(shè)?改建和翻建》中的規(guī)定。在觀測儲罐基礎(chǔ)沉降時，主要從儲罐的4個方向，分別對儲罐24個觀測點進行觀測，期間需要4個基站，并進行相應的移站修正基準值。將最終得到的24個觀測數(shù)據(jù)統(tǒng)一修正，以1號觀測點的實際標高作為基準標高0，對其他觀測點數(shù)據(jù)進行修正，結(jié)果如下圖所示，可以看出儲罐在基礎(chǔ)沉降點14~21點有明顯沉降。圖9儲罐基礎(chǔ)沉降曲線示意2儲罐垂直度檢測在罐體相互對稱的4個位置分別選擇上中下，共12個測量點(發(fā)現(xiàn)有垂直度異常時，擴大檢測比例)，在每一個測量點處，使用全站儀先對準罐體的最上部，然后固定儀器的回轉(zhuǎn)自由度，使儀器目視鏡勻速下轉(zhuǎn)，直至罐體底部邊緣，分別讀取罐體距離儀器基準十字線中心的水平距離，即可計算出罐體的垂直度。圖10儲罐垂直度檢查點分布示意儲罐垂直度及橢圓度的檢測結(jié)果評定參照SY/T6620-2014標準中10.5.2章節(jié)的規(guī)定。具體檢測數(shù)據(jù)如下：依據(jù)SY/T6620-2014標準的要求，儲罐垂直度不得超過儲罐總高度的1/100（218mm），最大值為127mm，從檢測數(shù)據(jù)可以看出其最大值為66mm，儲罐垂直度完全滿足要求。儲罐管理措施的改進從上述儲罐的全面檢測結(jié)果可以看出，儲罐整體狀況較好，壁板及底板腐蝕程度較低，垂直度在標準可接受的范圍內(nèi)。在底層罐壁距離底板55~65cm范圍內(nèi)，罐壁板的焊縫區(qū)域均會產(chǎn)生明顯的應力集中，同時，儲罐基礎(chǔ)出現(xiàn)部分不均勻沉降現(xiàn)象。在后續(xù)的檢驗檢測和日常維護管理中，應該重點關(guān)注底圈應力集中及不均勻基礎(chǔ)沉降現(xiàn)象，檢測數(shù)據(jù)可為儲罐整體基于風險的檢驗