常壓儲(chǔ)罐底板泄漏的聲發(fā)射源特征

閆 河，趙彥修，李曉林，劉建軍

（中國特種設(shè)備檢測(cè)研究院，北京 100013）

隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，儲(chǔ)存原料的儲(chǔ)罐也隨之增多；同時(shí)，過去一些沒有嚴(yán)格按相關(guān)規(guī)范修建的儲(chǔ)罐也進(jìn)入了老齡化的時(shí)代，其安全性能引起了人們的廣泛關(guān)注。鋼制儲(chǔ)罐及其輔助設(shè)備失效、破壞的主要原因是腐蝕［1］，腐蝕不僅跟所儲(chǔ)存的介質(zhì)有關(guān)，更是時(shí)間的函數(shù)，隨著時(shí)間的推移，腐蝕程度會(huì)越來越嚴(yán)重。儲(chǔ)罐底板上下表面由于腐蝕穿孔導(dǎo)致泄漏的情況在各大石油化工企業(yè)時(shí)有發(fā)生。目前，查找泄漏部位最常用的辦法就是開罐清理，以宏觀為主的檢測(cè)方法［2］，這些方法也只能找到明顯缺陷的泄漏情況，對(duì)于諸如微滲或者泄漏源被加熱盤管、浮頂支柱或墊板所覆蓋的部位，檢驗(yàn)效果較差。在這種情況下，需要一種更加快捷的、可靠的檢測(cè)方法。

正如標(biāo)準(zhǔn)JB／T 10764－2007［3］所言，聲發(fā)射檢測(cè)可以發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)罐的泄漏，但泄露檢測(cè)不是該標(biāo)準(zhǔn)的主要目的，該標(biāo)準(zhǔn)的主要目的是通過分析探測(cè)到的有效AE 信號(hào)來對(duì)罐底板遭受腐蝕的程度進(jìn)行評(píng)價(jià)。其原因?yàn)椋孩傩孤┬盘?hào)為連續(xù)的聲發(fā)射信號(hào)，對(duì)于連續(xù)的聲發(fā)射信號(hào)采用時(shí)差定位的方法從理論上講是無法進(jìn)行的。②儲(chǔ)罐泄漏型式為多樣性，這種多樣性不僅表現(xiàn)在泄漏時(shí)段的多樣性（多數(shù)泄漏情況為間斷性的泄漏，即在低液位進(jìn)出料時(shí)的泄漏，高液位保壓時(shí)不泄漏），同時(shí)也表現(xiàn)為泄漏孔形狀的多樣性（例如小孔泄漏、焊縫開裂泄漏或微滲等情況）。因此聲發(fā)射在線檢測(cè)泄漏源時(shí)，需要進(jìn)行多時(shí)段的采集，通過分析不同時(shí)段的信號(hào)特征來精確地確定泄漏源區(qū)。

筆者結(jié)合聲發(fā)射檢測(cè)常壓儲(chǔ)罐底板泄漏的典型案例，探討如何正確應(yīng)用聲發(fā)射在線檢測(cè)技術(shù)解決常壓儲(chǔ)罐泄漏檢測(cè)這一難題及檢測(cè)中應(yīng)采集哪些有關(guān)數(shù)據(jù)，如何從檢測(cè)結(jié)果中準(zhǔn)確判定泄漏源。同時(shí)，也給出了如何通過引入“族源”對(duì)泄漏這種連續(xù)信號(hào)進(jìn)行定位分析的方法。

1 檢測(cè)對(duì)象及主要檢測(cè)儀器

1.1 檢測(cè)對(duì)象

檢測(cè)對(duì)象為兩臺(tái)服役均超20a的常壓原油罐，其具體的參數(shù)見表1。

表1 常壓儲(chǔ)罐的基本參數(shù)

1號(hào)罐在發(fā)現(xiàn)泄漏后，業(yè)主進(jìn)行了開罐全面檢驗(yàn)、局部底板更換及整個(gè)底板重新防腐等整改措施，但重新投用后該罐依然存在泄漏；2號(hào)罐在使用過程有泄漏跡象，但泄漏特點(diǎn)為泄漏量不大，泄漏時(shí)間也不定期。受業(yè)主委托，我院進(jìn)行相應(yīng)的泄漏檢測(cè)工作。

1.2 檢測(cè)方案

檢測(cè)流程為：首先進(jìn)行聲發(fā)射在線檢測(cè)，以大體確定可能的泄漏部位；然后進(jìn)行開罐，通過目視檢測(cè)來發(fā)現(xiàn)泄漏部位；必要時(shí)，在可能的泄漏部位進(jìn)行漏磁、高頻導(dǎo)波、C掃及焊縫抽真空檢測(cè)。

1.3 主要檢測(cè)儀器

檢測(cè)所使用的主要儀器為聲發(fā)射檢測(cè)儀，傳感器中心頻率為30kHz，頻帶寬為20～100 Hz，耦合劑為真空脂，采用磁夾具固定傳感器。

2 檢測(cè)結(jié)果

2.1 聲發(fā)射檢測(cè)

兩個(gè)儲(chǔ)罐的聲發(fā)射泄漏檢測(cè)方式為在不同液位高度下，且每個(gè)液位高度不少于1h的聲發(fā)射數(shù)據(jù)采集分析（1號(hào)罐的試驗(yàn)介質(zhì)為水，2號(hào)罐的試驗(yàn)介質(zhì)為原油）。典型數(shù)據(jù)對(duì)比如圖1～6。

2.2 開罐后宏觀檢查

通過聲發(fā)射檢測(cè)，確定了泄漏區(qū)域后，對(duì)兩個(gè)儲(chǔ)罐分別開罐以查找泄漏源。其實(shí)際泄漏位置及缺陷狀況如圖7，8所示。

在液位升至高液位時(shí)，2號(hào)罐增設(shè)一個(gè)傳感器（19號(hào)），位于3號(hào)與4號(hào)之間（見圖8a）。

3 檢測(cè)結(jié)果

3.1 泄漏產(chǎn)生聲發(fā)射信號(hào)及定位源的分析

（1）泄漏信號(hào)本身為連續(xù)信號(hào)。（2）但由泄漏源引起沙石等物體移動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的突發(fā)聲發(fā)射信號(hào)源可以進(jìn)行定位。

3.2 不同階段聲發(fā)射信號(hào)特征的分析

（1）這兩個(gè)儲(chǔ)罐都存在泄漏，但從圖1，4可以看到在低液位情況下，泄漏特征并不明顯，主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：①事件定位圖中沒有明顯的集中區(qū)域。②各通道撞擊數(shù)沒有明顯的差異。導(dǎo)致這種情況的原因是低液位時(shí)期為整個(gè)底板的變形不大及泄漏擴(kuò)散初期，這個(gè)時(shí)期泄漏量不大，不會(huì)形成明顯的集中定位區(qū)域。

（2）隨著液位的上升，泄漏量應(yīng)隨之增加，因?yàn)檫@個(gè)時(shí)期為快速泄漏期，底板與基礎(chǔ)有一定的空隙，泄漏點(diǎn)隨液位上升也呈擴(kuò)張趨勢(shì)。從試驗(yàn)數(shù)據(jù)得出1號(hào)罐有明顯的特征表現(xiàn)，即事件定位圖出現(xiàn)明顯的定位區(qū)域，通道撞擊呈現(xiàn)明顯的差異；但2號(hào)罐沒有明顯的信號(hào)特征，說明所布置的傳感器不能很好地覆蓋整個(gè)檢測(cè)區(qū)域，換一種說法就是所布置的傳感器不能有效地覆蓋該罐的泄漏點(diǎn)，或者說泄漏點(diǎn)位于邊緣板上，而不是中幅板上，需要增設(shè)傳感器。

（3）隨著液位續(xù)繼上升，在接近最高液位時(shí)，底板下沉到歷史最低點(diǎn)，雖然泄漏點(diǎn)有可能擴(kuò)大到最大值，但整個(gè)底板下部已沒有過多的空間儲(chǔ)存泄漏的液體，整體表現(xiàn)為會(huì)有液體泄漏，但泄漏特征不明顯，屬于泄漏放緩期。從圖2，5可以看出，1號(hào)罐的事件定位圖中沒有明顯的定位區(qū)域，各通道撞擊數(shù)也比上一個(gè)階段在減少；2號(hào)罐由于多增設(shè)一個(gè)傳感器，其通道撞擊數(shù)明顯高于其他各通道，進(jìn)一步說明2號(hào)罐的泄漏點(diǎn)就位于新增19號(hào)傳感器附近。

（4）當(dāng)液位下降時(shí)，底板因反彈力會(huì)向上拱，此時(shí)底板與基礎(chǔ)之間有更大的空間，使泄漏量增大。從圖3，6可以看出，隨著液位的下降，1號(hào)罐的特征表現(xiàn)如同液位上升階段，2號(hào)罐依舊沒有明顯的定位區(qū)域，而19號(hào)傳感器左邊的3號(hào)傳感器通道撞擊數(shù)高于右側(cè)的4號(hào)傳感器通道撞擊數(shù)，這表明泄漏點(diǎn)應(yīng)偏向3號(hào)側(cè)。

3.3 綜合分析

（1）由開罐后的宏觀檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，1 號(hào)罐的泄漏點(diǎn)位于事件定位圖中的集中定位區(qū)域；2號(hào)罐的泄漏點(diǎn)位于邊緣底板上近壁板處。這兩個(gè)罐的缺陷位置均處于有明顯聲發(fā)射信號(hào)的特征的區(qū)域，達(dá)到聲發(fā)射泄漏檢測(cè)目的。

（2）對(duì)于液位上升和下降過程中1號(hào)儲(chǔ)罐事件定位圖中沿9號(hào)傳感器的一條直線是由于有泄漏液從此處流出，這從另一個(gè)角度可以看出，雖然液位的流動(dòng)屬于連續(xù)信號(hào)，但是對(duì)于流體流動(dòng)撞擊附近的沙石所產(chǎn)生的突發(fā)信號(hào)可以形成良好的定位，這種定位就可以理解為所謂的“族源”定位。

（3）由于2號(hào)罐的泄漏源近壁板處，其泄漏源的信號(hào)對(duì)中幅板沒有太大影響，故本次檢測(cè)也可以認(rèn)為是一次底板腐蝕檢測(cè)。但從不同液位高度的事件定位圖可見，在液位處于最高點(diǎn)時(shí)，不是定位事件數(shù)最多的節(jié)點(diǎn)，對(duì)于腐蝕級(jí)別來講，不是最高級(jí)別。

4 結(jié)論

（1）聲發(fā)射是適用于儲(chǔ)罐底板泄漏檢測(cè)的方法，但如需精確定位則需要通過不同的液位高度進(jìn)行對(duì)比檢測(cè)。

（2）對(duì)于近壁板的泄漏源，可單一采用通道撞擊關(guān)聯(lián)圖進(jìn)行確定，但對(duì)于中幅板的泄漏必須結(jié)合事件定位圖與通道撞擊關(guān)聯(lián)圖進(jìn)行確定，此時(shí)的定位可以認(rèn)為是由一系列“族源”所形成。

（3）通過不同階段的事件定位圖可知，對(duì)于常壓儲(chǔ)罐的底板腐蝕檢測(cè)，并不一定要求液位達(dá)到歷史最高。

［1］ API 575－2004 常壓和低壓儲(chǔ)藏罐的檢驗(yàn)指南和方法［S］.

［2］ SY／T 5921－2000 立式圓筒形鋼制焊接原油罐修理規(guī)程［S］.

［3］ JB／T 10764－2007 無損檢測(cè) 常壓金屬儲(chǔ)罐聲發(fā)射檢測(cè)及評(píng)價(jià)方法［S］.