聲發(fā)射技術(shù)在探測儲罐底板泄漏位置中的不同應(yīng)用

摘 要：對2臺已發(fā)生泄漏的在用常壓立式儲罐進行了聲發(fā)射監(jiān)測，目的是找出罐底板的泄漏位置，以指導(dǎo)檢修工作。對其中一臺儲罐的監(jiān)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(jiān)測，不同的監(jiān)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(jīng)驗。
關(guān)鍵詞：聲發(fā)射；監(jiān)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(yè)。隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，不但儲罐的總數(shù)量在快速增加，而且也朝著大型化的方向發(fā)展。尤其是近年來，出于國家的安全需要，在全國建設(shè)了4個大型石油戰(zhàn)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(zhì)的性質(zhì)及使用環(huán)境或地基變形等原因，儲罐的底板往往會發(fā)生嚴(yán)重腐蝕和泄漏，若未及時有效地檢查和發(fā)現(xiàn)或預(yù)報，往往會導(dǎo)致儲罐的泄漏事故，既影響生產(chǎn)，又造成環(huán)境污染，甚至引起更嚴(yán)重的事故。傳統(tǒng)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(jié)果也不可靠，檢修后1－2年內(nèi)就出現(xiàn)泄漏的情況并不罕見。儲罐底板的聲發(fā)射檢測方法則是一種在線、高效、經(jīng)濟的方法。該技術(shù)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(yōu)先順序，在保證儲罐安全運行的前提下，不僅能夠明顯地節(jié)省檢修費用，更能大大地縮短檢修時間，使檢修對生產(chǎn)的影響達到最小程度。
1 儲罐的現(xiàn)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(nèi)浮頂罐；操作介質(zhì)為精制油，1992年7月投用。底板的邊緣板由于腐蝕嚴(yán)重，在以前的檢修中已經(jīng)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(fā)現(xiàn)人孔處基礎(chǔ)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(fā)射監(jiān)測，以確定泄漏或主要腐蝕的區(qū)域。結(jié)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(fù)。
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(fā)射監(jiān)測，結(jié)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(nèi)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(zhì)為柴油，1978年投用。2004年6月發(fā)現(xiàn)底板處出現(xiàn)微量滲漏，決定進行聲發(fā)射監(jiān)測，以確定泄漏的位置。
1.2 檢測儀器
美國PAC的DiSP-56聲發(fā)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(fā)射檢測
工廠為了安全起見，在發(fā)現(xiàn)510#儲罐出現(xiàn)泄漏后立即安排了倒罐處理，所以對罐底板的兩次聲發(fā)射檢測是在充水條件下進行的，而不是在線監(jiān)測。超聲波清洗機
2.1.1 兩次充水條件下的聲發(fā)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(shù)設(shè)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(biāo)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(shù)據(jù)，第一次檢測基本進行了全程的監(jiān)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(fā)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(fā)射監(jiān)測的結(jié)果分析
第一次聲發(fā)射檢測共出現(xiàn)了7處聲源，對其中相對較活躍的4處（1＃－4＃）聲源區(qū)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(fā)射檢測的4＃聲源位置基本對應(yīng)（相差0.5米以內(nèi)）。未對其它聲源位置的區(qū)域進行無損復(fù)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(jié)果可知，所出現(xiàn)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(jié)果具有一定的預(yù)測作用。
第二次聲發(fā)射監(jiān)測過程中仍然未出現(xiàn)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(fā)現(xiàn)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(qū)域內(nèi)發(fā)現(xiàn)了一個冒泡的位置。
從兩次檢測的結(jié)果看，聲源定位結(jié)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(fā)現(xiàn)存在泄漏，但由于也未對這些區(qū)域的下表面腐蝕情況進行常規(guī)方法的復(fù)驗，因此對這些部位也應(yīng)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(zhì)（常溫水）的滲透力不如操作介質(zhì)（精制油），監(jiān)測過程中也確實未出現(xiàn)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(jīng)過貼板處理），不但結(jié)構(gòu)復(fù)雜了，而且出現(xiàn)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(zhì)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(jiān)測結(jié)果看，不同液位階段的定位情況并不完全重復(fù)，穩(wěn)定時間的長短也對監(jiān)測有一定影響。參數(shù)的正確選擇對于檢測結(jié)果的可靠性很關(guān)鍵。不同尺寸和介質(zhì)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(jīng)驗，以確定合適的檢測條件、檢測參數(shù)設(shè)置和時機等。
2．2 G503柴油罐的聲發(fā)射監(jiān)測
2004年6月在發(fā)現(xiàn)G503罐底板出現(xiàn)了微量滲漏后，決定進行聲發(fā)射在線監(jiān)測，以確定泄漏的大致位置，指導(dǎo)即將進行的開罐維修工作。由于已出現(xiàn)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(dāng)時的液位下監(jiān)測，監(jiān)測完成后立即倒罐。
共采集了兩段數(shù)據(jù)，在線監(jiān)測的分析結(jié)果見圖5?？梢钥闯觯饕霈F(xiàn)了2處集中定位聲源。其中位于中部偏西區(qū)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(fā)現(xiàn)微小滲漏的位置，形似一小氣孔），但相對中部要弱。根據(jù)檢測結(jié)果，可認為中心區(qū)域為薄弱區(qū)，有明顯的腐蝕或泄漏跡象。
經(jīng)開罐檢修發(fā)現(xiàn)，在中心偏西1米處存在1處腐蝕穿孔，而且中部區(qū)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(fā)射檢測與罐底板的實際狀況符合得很好。

3 結(jié)論及展望
與壓力容器的聲發(fā)射檢測相比，大型常壓立式儲罐的聲發(fā)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(jīng)驗也不多，但應(yīng)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(yīng)用，積累更多的經(jīng)驗。根據(jù)本人及同事在該領(lǐng)域多年來的研究與應(yīng)用，在儲罐底板的聲發(fā)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?。蝗菀桩a(chǎn)生噪聲的因素多；參數(shù)的選擇、檢測時機、儲罐的介質(zhì)及結(jié)構(gòu)、檢測的環(huán)境條件等都可能影響到檢測結(jié)果的可靠性；需要較寬的知識面和較豐富的檢測經(jīng)驗?？傮w上其難度要高于壓力容器的聲發(fā)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(jié)果仍具有相當(dāng)?shù)膮⒖純r值，而且可以檢測到泄漏和計算其位置。檢測結(jié)果具有一定的預(yù)見性。
3、對于已經(jīng)出現(xiàn)泄漏的儲罐，在條件允許的情況下，采用聲發(fā)射技術(shù)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(dāng)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(yīng)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(yán)重腐蝕區(qū)的聲源位置不應(yīng)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。