關衛(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研究中心，合肥通用機械研究所，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、有毒介質等特點，一旦發(fā)生泄漏或爆炸事故往往造成災難性后果及嚴重的環(huán)境污染，給社會經濟、生產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)原油儲罐建設的主要結構。由于各種原因，常壓立式儲罐事故頻繁，經濟損失巨大。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防腐措施，防患于未然；二是使用期間加強監(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)原油儲罐建設的主要結構。由于各種原因，常壓立式儲罐事故頻繁，經濟損失巨大。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防腐措施，防患于未然；二是使用期間加強監(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，費時費力，檢測費用高，且可能引起一定的環(huán)境污染。由于生產需要等原因，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。
?????20世紀80年代國外開始采用聲發(fā)射技術對大型常壓地面儲罐進行在線檢測研究和應用，近年來國內也對泄漏源的聲發(fā)射檢測機理及現(xiàn)場應用進行了研究。主要是利用載荷變化時，泄漏產生的湍流流動噪聲，腐蝕減薄區(qū)產生一定的變形或由此引起的腐蝕層脫落與開裂產生的聲發(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)做出實時初步判斷，結合罐壁或罐頂?shù)木植砍暡y厚結果，最終對儲罐的完整性做出綜合的安全性評估。
我國的儲油設施以地面油罐為主，且以金屬結構居多。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。
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、罐頂構成。按罐頂?shù)慕Y構又可分為無力矩頂油罐、拱頂油罐、錐頂油罐、浮頂油罐和內浮頂油罐等。目前，拱頂油罐及浮頂油罐應用最為廣泛，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?立式金屬儲罐的結構
????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，主要依據儲罐的直徑、儲量及與底板相焊接的第一節(jié)壁板的材質而定。焊接型式為搭接拼焊或對接焊(由日本引進的均采用對接焊縫)。儲罐的附件有進出接合管、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
3．1?試驗概況
試驗系統(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?試驗結果
????通過對模擬立式儲罐泄漏、腐蝕坑的聲發(fā)射檢測試驗可知，罐底泄漏和液位變化的情況下腐蝕坑確實可以產生大量的聲發(fā)射信號，并可形成聲發(fā)射定位源集團。用來評價泄漏和腐蝕坑嚴重程度的聲發(fā)射信號，以泄漏和腐蝕坑變形中產生的聲發(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)射在線檢測技術的應用提供依據，對現(xiàn)場立式儲罐聲發(fā)射檢測中儀器參數(shù)設置及數(shù)據分析具有一定的指導作用。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?應注意的問題
(1)聲速的設置
????模擬儲罐在空罐和注水后，參數(shù)中聲速設置是不同的。因為聲源所發(fā)出的應力波在罐中傳播途徑很復雜，這就決定了儲罐中有無介質以及介質的種類，甚至介質的液位高度都影響了聲速的設置。而聲速又是個十分重要的參量，故而在實際檢測中應根據現(xiàn)場標定的情況，在滿足定位精度的情況下設置合適的聲速值。
(2)檢測時機的選擇
???對儲罐的檢測需要在罐內介質的液面處于相對靜止的情況下才能進行。在試驗中可以看出，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較多且分散，對這些數(shù)據的分析和評價相當困難。故而在實際檢測中，需要罐內介質的液面處于相對靜止的情況下才能進行。
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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)據的進一步分析，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)射檢測前準備
????根據常壓儲罐的結構、容積、儲存介質、介質溫度，制定不同的聲發(fā)射檢測方案。罐側壁距底板上方500～1000mm處沿周向均布聲發(fā)射傳感器，放置點間隔6～12?m，最大不超過15m，對于非常溫儲罐應用波導桿，每個放置點150mm直徑范圍內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械噪音。如泵、壓縮機等需停止運轉，關閉蒸汽閥門以及減少人員走動等。根據背景噪音情況，設置適當?shù)拈T檻電平。
????標定和設置聲發(fā)射儀器參數(shù)。根據儲存介質的不同，如原油、催化重整料及重柴油、溶劑及輕質油，聲發(fā)射檢測設置的聲速及門檻不同，這要根據試驗確定。設置合適的聲速及門檻，對檢測結果的準確性具有重要意義。不同規(guī)格(容積或直徑不同)的立式儲罐，其定位標定方法不同。試驗表明，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行定位標定，且可獲得定位準確的標定結果；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行標定，標定結果相對于鉛芯折斷重復性差，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證，積累了大量的試驗數(shù)據，為制定和完善常壓立式儲罐聲發(fā)射檢測方法及評價標準提供了可靠的依據。典型聲發(fā)射檢測儲油罐底板的定位圖見圖4。