關(guān)衛(wèi)和，沈純厚?，陶元宏?，陳穎峰
1．國家壓力容器與管道安全工程技術(shù)研究中心，合肥通用機(jī)械研究所，安徽合肥230031；
2．福建煉化公司，福建泉州362100
1?引言
???大型立式金屬儲罐具有容積大，分布集中，儲存易燃、易爆、有毒介質(zhì)等特點(diǎn)，一旦發(fā)生泄漏或爆炸事故往往造成災(zāi)難性后果及嚴(yán)重的環(huán)境污染，給社會經(jīng)濟(jì)、生產(chǎn)和人民生活帶來巨大損失和危害。
???隨著世界石油工業(yè)的迅速增長和能源需求的不斷增加，原油和成品油的儲備受到了各國的普遍關(guān)注，對各類油庫儲備能力的要求也越來越高，因而各類儲罐的數(shù)量劇增。目前，10萬m3儲罐已成為我國石油化工行業(yè)原油儲罐建設(shè)的主要結(jié)構(gòu)。由于各種原因，常壓立式儲罐事故頻繁，經(jīng)濟(jì)損失巨大。儲罐事故的主要原因是腐蝕和泄漏引起，外腐蝕主要是油罐底板外壁的土壤腐蝕和潮濕的大氣腐蝕；內(nèi)腐蝕主要為罐底、罐壁、罐頂腐蝕，在上述腐蝕狀態(tài)中，最難以處理的是罐底板的腐蝕。
????解決罐底腐蝕問題、防止泄漏事故的手段有兩種：一是在儲罐建造期間加強(qiáng)防腐措施，防患于未然；二是使用期間加強(qiáng)監(jiān)測、監(jiān)控，提早發(fā)現(xiàn)問題，安排檢修計劃。對于第二種手段，長期以來，我國主要國石油化工行業(yè)原油儲罐建設(shè)的主要結(jié)構(gòu)。由于各種原因，常壓立式儲罐事故頻繁，經(jīng)濟(jì)損失巨大。儲罐事故的主要原因是腐蝕和泄漏引起，外腐蝕主要是油罐底板外壁的土壤腐蝕和潮濕的大氣腐蝕；內(nèi)腐蝕主要為罐底、罐壁、罐頂腐蝕，在上述腐蝕狀態(tài)中，最難以處理的是罐底板的腐蝕。
?????解決罐底腐蝕問題、防止泄漏事故的手段有兩種：一是在儲罐建造期間加強(qiáng)防腐措施，防患于未然；二是使用期間加強(qiáng)監(jiān)測、監(jiān)控，提早發(fā)現(xiàn)問題，安排檢修計劃。對于第二種手段，長期以來，我國主要采取定期開罐檢查的方法評價儲罐的強(qiáng)度和安全性，這種方法需要停工、倒罐、清罐和置換后才能檢測，費(fèi)時費(fèi)力，檢測費(fèi)用高，且可能引起一定的環(huán)境污染。由于生產(chǎn)需要等原因，許多儲罐不能得到及時檢查。此外定期開罐普查時僅發(fā)現(xiàn)少量儲罐存在問題，造成大量浪費(fèi)。
?????20世紀(jì)80年代國外開始采用聲發(fā)射技術(shù)對大型常壓地面儲罐進(jìn)行在線檢測研究和應(yīng)用，近年來國內(nèi)也對泄漏源的聲發(fā)射檢測機(jī)理及現(xiàn)場應(yīng)用進(jìn)行了研究。主要是利用載荷變化時，泄漏產(chǎn)生的湍流流動噪聲，腐蝕減薄區(qū)產(chǎn)生一定的變形或由此引起的腐蝕層脫落與開裂產(chǎn)生的聲發(fā)射信號，對罐底是否存在泄漏源(或潛在泄漏源—?—局部或均勻腐蝕)做出判斷，并確定其位置，從而對罐底的整體腐蝕狀態(tài)做出實(shí)時初步判斷，結(jié)合罐壁或罐頂?shù)木植砍暡y厚結(jié)果，最終對儲罐的完整性做出綜合的安全性評估。
我國的儲油設(shè)施以地面油罐為主，且以金屬結(jié)構(gòu)居多。因此，本文主要介紹大型立式金屬儲罐在線聲發(fā)射檢測與安全性評估技術(shù)。
2?儲罐概況
2．1?金屬儲罐的分類
?????儲油罐按其所處位置可分為地上油罐、半地上油罐和地下油罐；按罐內(nèi)所裝油品可分為原油罐、燃料油罐、潤滑油罐；按用途則可分為生產(chǎn)油罐和存儲油罐。金屬油罐分為臥式油罐和立式油罐，其中立式油罐絕大多數(shù)為圓筒形，主要由罐底、罐壁、罐頂構(gòu)成。按罐頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)又可分為無力矩頂油罐、拱頂油罐、錐頂油罐、浮頂油罐和內(nèi)浮頂油罐等。目前，拱頂油罐及浮頂油罐應(yīng)用最為廣泛，按罐容量有大型和小型之分，所謂大型油罐是指公稱容積100～30000?m3平底、固定頂和1000—10000?m3的浮頂油罐。小型油罐大多是公稱容積小于100?m3的油罐，一般為臥式油罐_8?J。我國常用的立式儲油罐的直徑為~8ooo～80000?mm；容積為500～1000~?m3。
2．2?立式金屬儲罐的結(jié)構(gòu)
????分布在我國中石化、中石油企業(yè)的立式儲罐主要為拱頂和浮頂兩種。罐底由多塊薄鋼板(即中幅板和邊緣板)拼裝而成，其中邊緣板分為條型板和弓型板，主要依據(jù)儲罐的直徑、儲量及與底板相焊接的第一節(jié)壁板的材質(zhì)而定。焊接型式為搭接拼焊或?qū)雍?由日本引進(jìn)的均采用對接焊縫)。儲罐的附件有進(jìn)出接合管、排污孔和清掃孔、加熱裝置等。
3?模擬立式儲罐罐底泄漏、腐蝕試驗(yàn)
3．1?試驗(yàn)概況
試驗(yàn)系統(tǒng)如圖1所示。主要包括模擬立式儲罐和聲發(fā)射檢測系統(tǒng)。
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3．2?試驗(yàn)結(jié)果
????通過對模擬立式儲罐泄漏、腐蝕坑的聲發(fā)射檢測試驗(yàn)可知，罐底泄漏和液位變化的情況下腐蝕坑確實(shí)可以產(chǎn)生大量的聲發(fā)射信號，并可形成聲發(fā)射定位源集團(tuán)。用來評價泄漏和腐蝕坑嚴(yán)重程度的聲發(fā)射信號，以泄漏和腐蝕坑變形中產(chǎn)生的聲發(fā)射定位源信號為主。聲發(fā)射信號特征參量主要有：幅度、計數(shù)、能量、持續(xù)時間和上升時間。分析聲源信號的特征參量的取值范圍及變化趨勢，可以為常壓立式儲罐聲發(fā)射在線檢測技術(shù)的應(yīng)用提供依據(jù)，對現(xiàn)場立式儲罐聲發(fā)射檢測中儀器參數(shù)設(shè)置及數(shù)據(jù)分析具有一定的指導(dǎo)作用。模擬立式儲罐泄漏、腐蝕底板的聲發(fā)射檢測定位圖見圖3。
3．3?應(yīng)注意的問題
(1)聲速的設(shè)置
????模擬儲罐在空罐和注水后，參數(shù)中聲速設(shè)置是不同的。因?yàn)槁曉此l(fā)出的應(yīng)力波在罐中傳播途徑很復(fù)雜，這就決定了儲罐中有無介質(zhì)以及介質(zhì)的種類，甚至介質(zhì)的液位高度都影響了聲速的設(shè)置。而聲速又是個十分重要的參量，故而在實(shí)際檢測中應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場標(biāo)定的情況，在滿足定位精度的情況下設(shè)置合適的聲速值。
(2)檢測時機(jī)的選擇
???對儲罐的檢測需要在罐內(nèi)介質(zhì)的液面處于相對靜止的情況下才能進(jìn)行。在試驗(yàn)中可以看出，剛注完水的過程中檢測，由于液位還有波動，所以檢測到的定位點(diǎn)較多且分散，對這些數(shù)據(jù)的分析和評價相當(dāng)困難。故而在實(shí)際檢測中，需要罐內(nèi)介質(zhì)的液面處于相對靜止的情況下才能進(jìn)行。
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(3)檢測時注意孤立的高幅度、計數(shù)、能量的聲發(fā)射源
?????在各檢測的時間段中均出現(xiàn)了幾個幅度較高的定位信號，這些信號有著共同的特征，表現(xiàn)在幅度、計數(shù)、能量、持續(xù)時間及上升時間這幾個特征參量均較大。
?????通過對所有定位信號數(shù)據(jù)的進(jìn)一步分析，可以看出，參與形成高幅度信號的每個傳感器所接收到的聲發(fā)射信號特征參量均表現(xiàn)較高，尤其在幅度、能量、持續(xù)時間幾個參量上更是如此?？梢哉J(rèn)為這些高幅度信號是由底板的腐蝕坑引起的。
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4?在線聲發(fā)射檢測及安全性評估
4．1?聲發(fā)射檢測前準(zhǔn)備
????根據(jù)常壓儲罐的結(jié)構(gòu)、容積、儲存介質(zhì)、介質(zhì)溫度，制定不同的聲發(fā)射檢測方案。罐側(cè)壁距底板上方500～1000mm處沿周向均布聲發(fā)射傳感器，放置點(diǎn)間隔6～12?m，最大不超過15m，對于非常溫儲罐應(yīng)用波導(dǎo)桿，每個放置點(diǎn)150mm直徑范圍內(nèi)打磨光滑露出金屬光澤。
????聲發(fā)射檢測前，將儲罐液位升高到．?。?～80％最高液位，靜置4～24小時。聲發(fā)射檢測采集數(shù)據(jù)前，首先檢測背景噪音情況，盡量避免或屏蔽大的電磁干擾信號及機(jī)械噪音。如泵、壓縮機(jī)等需停止運(yùn)轉(zhuǎn)，關(guān)閉蒸汽閥門以及減少人員走動等。根據(jù)背景噪音情況，設(shè)置適當(dāng)?shù)拈T檻電平。
????標(biāo)定和設(shè)置聲發(fā)射儀器參數(shù)。根據(jù)儲存介質(zhì)的不同，如原油、催化重整料及重柴油、溶劑及輕質(zhì)油，聲發(fā)射檢測設(shè)置的聲速及門檻不同，這要根據(jù)試驗(yàn)確定。設(shè)置合適的聲速及門檻，對檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性具有重要意義。不同規(guī)格(容積或直徑不同)的立式儲罐，其定位標(biāo)定方法不同。試驗(yàn)表明，對于傳感器問距小于7?m的聲發(fā)射檢測系統(tǒng)各陣列，可選用儀器本身“AST”功能與鉛筆芯折斷和人工模擬源方法進(jìn)行定位標(biāo)定，且可獲得定位準(zhǔn)確的標(biāo)定結(jié)果；對于傳感器問距大于7?m的聲發(fā)射檢測系統(tǒng)各陣列，只能選用儀器本身“AST”功能與人工模擬源方法進(jìn)行標(biāo)定，標(biāo)定結(jié)果相對于鉛芯折斷重復(fù)性差，但定位精度能夠滿足工程檢測要求。
4．2?立式儲油罐的在線聲發(fā)射檢測
?????通過30余臺儲罐現(xiàn)場在線聲發(fā)射檢測和部分儲罐的開罐驗(yàn)證，積累了大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，為制定和完善常壓立式儲罐聲發(fā)射檢測方法及評價標(biāo)準(zhǔn)提供了可靠的依據(jù)。典型聲發(fā)射檢測儲油罐底板的定位圖見圖4。