常壓儲(chǔ)罐底板腐蝕漏磁檢測(cè)

陳 虎,林遠(yuǎn)龍,祝金丹

(1.寧波市特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院,寧波 315020;2.浙江紡織服裝職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電與信息工程學(xué)院,寧波 315211)

對(duì)在用常壓儲(chǔ)油罐底板的腐蝕減薄情況進(jìn)行可靠有效地定性、定量檢測(cè)評(píng)估是保證石化工業(yè)、油田集輸站安全運(yùn)行的關(guān)鍵。實(shí)際上,儲(chǔ)罐因底板腐蝕而發(fā)生泄漏的情況時(shí)有發(fā)生,既影響了生產(chǎn)也帶來(lái)了庫(kù)區(qū)安全隱患。美國(guó)石油學(xué)會(huì)早在1991年制訂的API 653標(biāo)準(zhǔn)[1]中對(duì)包括底板在內(nèi)的地上儲(chǔ)罐結(jié)構(gòu)完整性及運(yùn)行狀況提供了預(yù)防性維修和檢驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)要求,但并未給出具體的儲(chǔ)罐底板腐蝕檢修程序。從檢測(cè)技術(shù)角度來(lái)講,漏磁和聲發(fā)射技術(shù)被廣泛應(yīng)用于底板全面檢驗(yàn),而作為輔助手段,超聲、磁粉、渦流、滲透和超聲波測(cè)厚等方法被用于局部抽檢和復(fù)驗(yàn)。我國(guó)于2003年才將漏磁檢測(cè)應(yīng)用于油罐檢驗(yàn),2007年相關(guān)的漏磁檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)[2]才正式出臺(tái)。相對(duì)而言,我國(guó)常壓金屬儲(chǔ)罐漏磁檢測(cè)技術(shù)正處于起步發(fā)展階段,油罐使用和相關(guān)檢驗(yàn)單位對(duì)于底板腐蝕減薄漏磁檢測(cè)技術(shù)還不甚了解,還需要大量的研究、實(shí)踐工作,以推動(dòng)漏磁技術(shù)在油罐底板腐蝕檢測(cè)的應(yīng)用。以下筆者針對(duì)近期多臺(tái)油罐集中漏磁檢測(cè)過(guò)程中所發(fā)現(xiàn)與總結(jié)的問(wèn)題作一簡(jiǎn)要介紹。

1 金屬底板腐蝕與漏磁檢測(cè)設(shè)備

常壓儲(chǔ)罐儲(chǔ)存的介質(zhì)主要為原油和污水等。含水油品中的無(wú)機(jī)鹽成為導(dǎo)致儲(chǔ)罐底板腐蝕的誘因。腐蝕原因主要可以分為三類[3]：含水油品中的高滲透性無(wú)機(jī)鹽水解酸化后滲過(guò)防腐層或襯墊層進(jìn)入底板表面,引起底板大面積腐蝕和焊縫區(qū)腐蝕(湖狀蝕坑);水中無(wú)機(jī)鹽分形成的電解液在腐蝕產(chǎn)物與底板板材、不同材質(zhì)(鋁質(zhì)立柱與底板板材)、同材質(zhì)不同電勢(shì)組織間造成的電化學(xué)腐蝕(錐形蝕坑);罐底無(wú)氧條件下的硫酸鹽致細(xì)菌腐蝕(針絲狀蝕坑)等。典型的蝕坑類型及位置見(jiàn)圖1。

圖1 典型底板蝕坑類型及位置

漏磁檢測(cè)最早應(yīng)用于焊縫、鋼管和棒材的探傷,近年來(lái)才應(yīng)用于常壓儲(chǔ)罐底板腐蝕減薄檢測(cè)。圖2為典型的漏磁檢測(cè)裝置示意圖,其中磁橋由永磁鐵或電磁鐵組成,用于磁化底板金屬;探頭由霍爾元件陣列或線圈組成,用于檢測(cè)漏磁信號(hào)。從設(shè)備類型來(lái)分,可以分為單次掃查面積較大的“推車式”和用于局部非規(guī)則區(qū)域掃查的“手持式”,其目的在于兩者輔助使用,以提高油罐底板漏磁檢測(cè)面積重疊率。

圖2 漏磁檢測(cè)裝置

筆者檢測(cè)所使用的底板漏磁檢測(cè)儀為FloormapVS2漏磁掃描儀,有16組霍爾傳感器,掃查寬度250mm,單次最大掃描長(zhǎng)度 15m,掃描速度0.5m/s;測(cè)試厚度范圍最大20mm,最大穿透防腐層厚度6mm;靈敏度為無(wú)防腐層10%和有防腐層20%;重量 55kg;掃查范圍為 100%(機(jī)械障礙除外)。

2 儲(chǔ)罐底板漏磁檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)

在對(duì)漏磁檢測(cè)原理與漏磁檢測(cè)設(shè)備充分了解的基礎(chǔ)上,筆者參與了中石化、中石油和寧波港集團(tuán)等單位的近30臺(tái)儲(chǔ)油罐和污水罐的底板腐蝕漏磁檢測(cè)工作,油罐容量涉及60～30000m3,基本覆蓋國(guó)內(nèi)常見(jiàn)常壓儲(chǔ)油罐結(jié)構(gòu)類型,包括拱頂式儲(chǔ)罐、浮頂式儲(chǔ)罐和內(nèi)浮頂式儲(chǔ)罐等結(jié)構(gòu)。綜合對(duì)檢測(cè)過(guò)程中遇到的一些共性問(wèn)題的認(rèn)識(shí)及解決辦法的探索,作簡(jiǎn)要總結(jié)。

2.1 掃查覆蓋率(掃查范圍)

隨著儲(chǔ)罐容積的增大,罐內(nèi)件功能結(jié)構(gòu)也隨之變得復(fù)雜。儲(chǔ)液進(jìn)出管、液位計(jì)、虹吸管、取樣管器、加熱(冷卻)器、浮頂人孔梯和浮頂立柱等與底板直接或間接相連的結(jié)構(gòu)在儲(chǔ)罐檢驗(yàn)過(guò)程中通常是不予拆卸的,因此也成為底板漏磁檢測(cè)掃查時(shí)的機(jī)械障礙,其所對(duì)應(yīng)的底板連接區(qū)域是無(wú)法進(jìn)行漏磁檢測(cè)掃查的;底板對(duì)、搭接焊縫區(qū)域和底板與壁板角焊縫也會(huì)由于存在結(jié)構(gòu)不連續(xù)而無(wú)法掃查;另外,漏磁檢測(cè)設(shè)備也不可避免存在一定面積的檢測(cè)盲區(qū),這就造成了實(shí)際的底板漏磁檢測(cè)掃查過(guò)程中,無(wú)法保證儲(chǔ)罐底板的100%掃查,掃查覆蓋率(有效檢測(cè)區(qū)面積/底板面積)隨著罐底機(jī)械障礙的增多而降低,如圖3所示。因此,為盡可能地提高檢測(cè)覆蓋率,降低缺陷漏檢的可能性,在使用推車式漏磁檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行罐底大面積掃查的同時(shí),對(duì)于儀器無(wú)法到達(dá)的底板區(qū)域和檢測(cè)盲區(qū),需要采用手持式漏磁檢測(cè)儀或超聲波測(cè)厚儀,結(jié)合宏觀檢查,來(lái)輔助提高檢測(cè)覆蓋率;對(duì)于底板對(duì)/搭接焊縫,需要輔以適當(dāng)?shù)恼婵諜z漏方法進(jìn)行檢驗(yàn)。

圖3 底板檢測(cè)有效面積

2.2 缺陷方向性對(duì)漏磁檢測(cè)結(jié)果的影響

底板磁化后,腐蝕點(diǎn)由于厚度減薄引起的局部體積明顯缺失而引起此處漏磁,信號(hào)被經(jīng)過(guò)此點(diǎn)的探頭捕捉后獲得蝕坑減薄信息。實(shí)際上,底板漏磁檢測(cè)對(duì)于大面積的腐蝕均勻減薄并沒(méi)有表現(xiàn)出較高的靈敏度,而對(duì)于較小腐蝕面積(相對(duì)于勻速運(yùn)行中探頭前后采樣時(shí)間內(nèi)行經(jīng)的面積)或區(qū)域厚度突變情況則檢出率較高,這主要是局部腐蝕厚度發(fā)生明顯減薄時(shí)漏磁信號(hào)峰值較高,更利于探頭的信號(hào)捕捉。另外,在實(shí)際檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),當(dāng)蝕坑表現(xiàn)一定的方向性時(shí),對(duì)此蝕坑進(jìn)行不同角度的掃查時(shí),其漏磁檢測(cè)結(jié)果會(huì)受到影響,探頭運(yùn)動(dòng)掃查方向平行于蝕坑最大厚度變化方向時(shí),其漏磁信號(hào)峰值最強(qiáng),漏磁檢測(cè)結(jié)果與超聲測(cè)厚結(jié)果最為接近。圖4為檢驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)使用推車式VS2漏磁掃描儀對(duì)一長(zhǎng)條形由機(jī)械損傷引起的痕坑缺陷進(jìn)行不同方向掃查時(shí)設(shè)備記錄下的不同結(jié)果?？梢钥闯?當(dāng)探頭運(yùn)行方向垂直于缺陷方向時(shí)(對(duì)應(yīng)于最大厚度變化方向),掃查結(jié)果值最高。而平行于缺陷方向運(yùn)動(dòng)時(shí),掃查結(jié)果顯示幾乎沒(méi)有明顯減薄發(fā)生。因此,有必要進(jìn)一步研究缺陷方向性與漏磁檢測(cè)掃查方向的關(guān)系。建議針對(duì)此類型缺陷(非圓形缺陷)盡可能選擇與缺陷方向垂直的方向掃查;同時(shí)對(duì)于某點(diǎn)掃查結(jié)果懷疑時(shí)也應(yīng)對(duì)該區(qū)域進(jìn)行不同方向的掃查,以保證檢測(cè)定量的準(zhǔn)確性。

2.3 底板剩磁對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響

由于現(xiàn)場(chǎng)包括底板表面狀況、現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)都在一定程度上對(duì)勻速運(yùn)行中的漏磁檢測(cè)設(shè)備檢測(cè)結(jié)果有定量甚至定性影響。此時(shí),在可能的情況下,一般要求對(duì)底板首次掃查時(shí)結(jié)果顯示高減薄點(diǎn)或主觀懷疑區(qū)域多次掃查以進(jìn)行結(jié)果復(fù)驗(yàn)。復(fù)驗(yàn)時(shí),磁滯效應(yīng)使得底板在首次掃查后仍存在部分剩磁,如不進(jìn)行消磁就進(jìn)行同方向掃查復(fù)驗(yàn),剩磁的存在會(huì)影響復(fù)驗(yàn)掃查時(shí)底板磁場(chǎng)分布,尤其是有缺陷存在的區(qū)域,其剩磁的影響更大[4],從而影響結(jié)果的穩(wěn)定性。因此,無(wú)論是使用校準(zhǔn)試板進(jìn)行儀器校準(zhǔn),還是底板實(shí)際掃查時(shí)需要特別復(fù)驗(yàn)時(shí),都要考慮采取措施對(duì)已掃查區(qū)域進(jìn)行消磁處理。通常,反向掃查、適當(dāng)機(jī)械振動(dòng)等都可以較好地對(duì)底板進(jìn)行消磁。

在現(xiàn)場(chǎng)掃查過(guò)程中,在經(jīng)復(fù)驗(yàn)確定缺陷存在的情況下,其缺陷的腐蝕減薄量應(yīng)以首次掃查(首次磁化)記錄結(jié)果為準(zhǔn);結(jié)合缺陷方向性的影響考慮,對(duì)高減薄量區(qū)域進(jìn)行多掃查方向驗(yàn)證。

2.4 缺陷單板定位

對(duì)于欲掃查的底板,需要準(zhǔn)確地找到缺陷相對(duì)于底板基點(diǎn)的位置。FloormapVS2漏磁掃描儀(電腦模式)可以在每次掃查軌跡結(jié)束后通過(guò)圖形顯示和坐標(biāo)定位給出缺陷的具體位置(如：減薄量35%;位置X：1532Y：401)。從實(shí)際檢測(cè)過(guò)程來(lái)看,單純用儀器給出的坐標(biāo)值來(lái)進(jìn)行定位是不準(zhǔn)確的;這是由于為了確保掃查覆蓋率,每一掃查軌跡都有一部分區(qū)域是相互重疊的,如圖5所示。此時(shí),垂直于軌跡方向的坐標(biāo)值(Y)就會(huì)由于重復(fù)重疊的原因而小于實(shí)際缺陷在此方向的坐標(biāo)值;而軌跡運(yùn)動(dòng)方向(X值)可以精確顯示缺陷沿掃查方向距離。當(dāng)然,對(duì)于底板正面腐蝕是可以觀察到的,但對(duì)于潛在危險(xiǎn)性更大的底板背部腐蝕,由于無(wú)法直接觀察到,就必須準(zhǔn)確定位。因此,在對(duì)缺陷定位時(shí),建議使用掃查距離(含盲區(qū)),即系統(tǒng)記錄的X值為圖5缺陷水平方向位置坐標(biāo);而對(duì)于垂直軌跡方向需要結(jié)合此次掃查軌跡圖中缺陷顯示的探頭通道數(shù)來(lái)定位后采用人工方式,測(cè)量其與基點(diǎn)的距離值(Y值),最終在記錄中準(zhǔn)確反映。

圖5 相互重疊的掃查軌跡

2.5 使用超聲方法對(duì)蝕坑進(jìn)行驗(yàn)證

常規(guī)精度的超聲波測(cè)厚儀適合檢測(cè)湖狀蝕坑的腐蝕狀況,但并不適合錐形或管狀底板蝕坑的檢測(cè)。這主要是由于采用單晶探頭的測(cè)厚儀在檢測(cè)過(guò)程中對(duì)于來(lái)自極小區(qū)域或具有與超聲發(fā)射波不垂直表面的蝕坑靈敏度很低。而采用雙晶直探頭 A掃描方式的超聲波儀(B掃描、C掃描更好)則更適合此類缺陷的檢測(cè)[5]。但如果對(duì)于6mm以下的儲(chǔ)罐底板掃查,由于盲區(qū)的原因,超聲方法并不適合用來(lái)復(fù)驗(yàn)漏磁檢測(cè)結(jié)果。

2.6 底板表面狀況的影響

罐底板的表面狀況影響漏磁檢測(cè)結(jié)果。表面粗糙,需要適當(dāng)提高漏磁設(shè)備的檢測(cè)門檻值才可以有效去除由于非缺陷信號(hào)(噪聲)的影響,以保證結(jié)果的準(zhǔn)確性,防止缺陷誤判;表面粗糙,需要適當(dāng)調(diào)高設(shè)備探頭與表面的間距以保護(hù)探頭,其結(jié)果會(huì)降低漏磁檢測(cè)儀的掃查敏感度,影響結(jié)果判斷。

3 結(jié)論

儲(chǔ)罐底板漏磁檢測(cè)技術(shù)是一種高效、較高精度的針對(duì)底板腐蝕減薄狀況進(jìn)行檢測(cè)的面掃查技術(shù),已逐漸應(yīng)用于立式儲(chǔ)罐底板的腐蝕狀況安全評(píng)估過(guò)程。筆者結(jié)合大量?jī)?chǔ)罐底板漏磁檢測(cè)掃查的實(shí)際經(jīng)驗(yàn),簡(jiǎn)要總結(jié)如下：

(1)實(shí)際檢測(cè)過(guò)程,僅憑漏磁檢測(cè)設(shè)備是無(wú)法完成底板腐蝕100%檢驗(yàn)覆蓋的,需要借助其他檢測(cè)方法來(lái)確保底板檢測(cè)的完整性。

(2)缺陷方向?qū)β┐艡z測(cè)結(jié)果有影響。對(duì)于非圓形缺陷,建議掃查方向垂直于缺陷方向(對(duì)應(yīng)于最大厚度變化方向),以提高檢測(cè)精度。

(3)剩磁對(duì)底板同位置漏磁復(fù)驗(yàn)結(jié)果有影響;進(jìn)行漏磁復(fù)驗(yàn)時(shí)需要采取措施進(jìn)行此區(qū)域消磁。

(4)應(yīng)采用漏磁設(shè)備行進(jìn)距離和單軌跡中探頭通道指示來(lái)對(duì)缺陷進(jìn)行單板定位。

(5)超聲波測(cè)厚儀作為漏磁設(shè)備的輔助設(shè)備,并不能完成對(duì)所有底板蝕坑進(jìn)行復(fù)驗(yàn)。

(6)底板表面狀況影響漏磁檢測(cè)的精度。

[1]API 653—2001 Tank Inspection,Repair,Alteration,and Reconstruction[S].

[2]JB/T 10765—2007 無(wú)損檢測(cè) 常壓金屬儲(chǔ)罐漏磁檢測(cè)方法[S].

[3]Santos J B,Perdig?o F.Automatic defects classification-A contribution[J].NDT and E International,2001,34(5)：313-318.

[4]Cameron N B.Recommended practice for magnetic flux leakage inspection of atmospheric storage tank floors[R].UK：HSE Infoline,2006：21

[5]Marino A,Drury J C.A Comparison of the Magnetic Flux Leakage and Ultrasonic Methods in the Detection and Measurement of Corrosion Pitting in Ferrous Plate and Pipe[C]//15th World Conference on Non-Destructive Testing.Rome：[s.n.],2000：701.