儲(chǔ)罐底板漏磁檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

趙書毅，楊劍鋒，劉文彬，裴東雙，李小勇，陳良超

（1.北京化工大學(xué)，北京 100029； 2.遼河石化公司研究院，遼寧盤錦 124022）

儲(chǔ)罐底板漏磁檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

趙書毅1，楊劍鋒1，劉文彬1，裴東雙2，李小勇1，陳良超1

（1.北京化工大學(xué)，北京 100029； 2.遼河石化公司研究院，遼寧盤錦 124022）

石油化工、油庫、港口儲(chǔ)存液態(tài)原料、中間產(chǎn)品的儲(chǔ)罐有易燃、易爆、可能會(huì)造成腐蝕泄漏有毒有害物質(zhì)的特性，關(guān)注儲(chǔ)罐的安全已成為重中之重。對(duì)煉油廠車間用的儲(chǔ)罐進(jìn)行漏磁檢測(cè)，分析檢測(cè)結(jié)果，給出儲(chǔ)罐底板腐蝕程度及腐蝕分布。

漏磁檢測(cè)；儲(chǔ)罐底板；磁化裝置

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.05.22

0 前言

儲(chǔ)罐作為石油化工、油庫、港口儲(chǔ)存液態(tài)原料、中間產(chǎn)品的重要設(shè)備之一，其安全性受到廣泛關(guān)注。儲(chǔ)罐底板在儲(chǔ)罐最底層，下表面接觸罐基，上表面與含有水的儲(chǔ)存介質(zhì)接觸。儲(chǔ)罐腐蝕的主要集中區(qū)域在其底板，因此對(duì)于儲(chǔ)罐的定期檢修工作必須包含關(guān)注儲(chǔ)罐腐蝕狀態(tài)這一重要內(nèi)容?，F(xiàn)在最常使用的檢測(cè)方法中，磁粉探傷檢測(cè)可達(dá)深度較小，超聲波檢測(cè)效率較低，射線檢測(cè)因其結(jié)構(gòu)問題難以實(shí)施。由此可見，能夠研究出檢測(cè)效率高且能夠?qū)?chǔ)罐底板整體的腐蝕狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)的漏測(cè)檢測(cè)法具有重要意義[1]。

我國(guó)越來越重視儲(chǔ)罐能否安全運(yùn)行，通過分析其缺陷形式的特點(diǎn)（壁厚減薄和局部腐蝕）以及儲(chǔ)罐底板的面積大的特性，考慮將漏磁檢測(cè)法定為石油化工儲(chǔ)罐腐蝕檢查的重要方法。目前伴隨著漏磁檢測(cè)技術(shù)的日趨成熟，其他檢測(cè)方法也可作為輔助手段來彌補(bǔ)其本身的缺陷[2]。在2015年對(duì)東油品車間、西油品車間等若干座不同介質(zhì)的儲(chǔ)罐進(jìn)行儲(chǔ)罐底板漏磁檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果直接反映了儲(chǔ)罐底板的腐蝕程度和腐蝕分布，并采用高精度測(cè)厚儀對(duì)漏磁結(jié)果進(jìn)行校驗(yàn)，確保了檢測(cè)的準(zhǔn)確性，為儲(chǔ)罐管理單位安排維修計(jì)劃提供了科學(xué)的數(shù)據(jù)支持，保障了儲(chǔ)罐的安全運(yùn)行。

1 儲(chǔ)罐底板漏磁檢測(cè)技術(shù)發(fā)展概況與趨勢(shì)

1.1 國(guó)內(nèi)技術(shù)發(fā)展概況

國(guó)內(nèi)的儲(chǔ)罐檢測(cè)工作開展較晚，應(yīng)用到的檢測(cè)設(shè)備及檢測(cè)技術(shù)還不夠成熟。目前比較常用的檢測(cè)技術(shù)包括磁粉法、超聲法、真空檢漏法（真空法一般應(yīng)用于焊縫檢測(cè)，漏磁法應(yīng)用對(duì)象為底板母材，2種方法為互補(bǔ)關(guān)系）等。以超聲法為例，如果以單通道手持超聲測(cè)厚儀對(duì)1個(gè)Φ20 m的原油儲(chǔ)罐進(jìn)行全面檢測(cè)，預(yù)計(jì)需要1～2個(gè)月時(shí)間完成所有的檢測(cè)任務(wù)。因此一般采取隨機(jī)抽檢法來判斷儲(chǔ)罐底板的腐蝕程度。但這種方法勢(shì)必會(huì)增大罐底板腐蝕的漏檢率，儲(chǔ)罐運(yùn)行的安全性得不到保障。

1.2 漏磁檢測(cè)技術(shù)國(guó)外發(fā)展趨勢(shì)

一些國(guó)家在很早的時(shí)候就開始重視對(duì)儲(chǔ)罐底板腐蝕狀態(tài)的檢測(cè)工作，同時(shí)也研究了一些方法，做了一些實(shí)驗(yàn)。早在20世紀(jì)七八十年代，作為世界上最大的石油消費(fèi)、儲(chǔ)備國(guó)，美國(guó)便開始了對(duì)儲(chǔ)罐底板檢測(cè)的研究，并引入了漏磁檢測(cè)技術(shù)。其最早研制出的產(chǎn)品是電磁式儲(chǔ)罐底板檢測(cè)樣機(jī)，美國(guó)MFE ENTERPRISES公司成功研制MFE2412和 MFE1212的2款新型的儲(chǔ)罐底板檢測(cè)儀器，配合這2款設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)底板全部區(qū)域進(jìn)行檢測(cè)。與此同時(shí)，一些西方的學(xué)者也成功研制了以漏磁檢測(cè)為原理的儲(chǔ)罐底板檢測(cè)設(shè)備。

無損檢測(cè)需要做到在不損傷設(shè)備使用性能為前提，對(duì)其表面、內(nèi)部的宏觀缺陷進(jìn)行探測(cè)，判斷缺陷存在的位置及其大小，同時(shí)分析、預(yù)測(cè)設(shè)備的功能、狀態(tài)、固有屬性和未來發(fā)展的趨勢(shì)，最終做出綜合判斷。無損檢測(cè)以實(shí)現(xiàn)定量無損評(píng)價(jià)，實(shí)現(xiàn)對(duì)缺陷測(cè)量的自動(dòng)化、定量化、可視化為主要研究方向。

首先是實(shí)現(xiàn)檢測(cè)自動(dòng)化，主要體現(xiàn)在傳感探頭運(yùn)動(dòng)自動(dòng)化。無損檢測(cè)通過傳感探頭在工作表面運(yùn)動(dòng)獲得信號(hào)，然而被檢測(cè)的工件會(huì)存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜，形狀不規(guī)則的情況，想實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化是很難的。因此目前主要還是靠人力操作無損探頭，這同時(shí)又引入了人為因素，最終檢測(cè)數(shù)據(jù)的均勻性和一致性得不到保障，極易出現(xiàn)錯(cuò)檢、漏檢的情況，缺陷檢出率較低。其次是實(shí)現(xiàn)腐蝕的定量檢測(cè)，即給出腐蝕缺陷的位置、大小、形狀及具體的幾何直徑。若做不到這些，就不可能掌握未來發(fā)展趨勢(shì)。實(shí)現(xiàn)定量檢測(cè)存在的主要問題主要是電磁場(chǎng)求逆過程可能遇到的不適應(yīng)性。

實(shí)現(xiàn)可視化的核心是斷層圖像技術(shù)，以圖像的方式將獲取的缺陷磁場(chǎng)信息表示出來，便于檢測(cè)人員發(fā)現(xiàn)缺陷的同時(shí)觀察出器件的內(nèi)部情況及腐蝕的形狀、大小。無損檢測(cè)的工作主要是靠傳感探頭在表面運(yùn)動(dòng)檢測(cè)關(guān)于缺陷的信息，數(shù)量很有限，實(shí)際是被測(cè)器件的缺陷參數(shù)分布圖像為空間有限呈現(xiàn)連續(xù)分布狀態(tài)，其帶寬是無限的。想要從有限個(gè)離散方位的觀測(cè)數(shù)據(jù)重構(gòu)圖像從理論上看其解不具備存在性，穩(wěn)定性，唯一性，造成漏磁重建難度很大，目前研究人數(shù)很少。

我國(guó)的漏磁檢測(cè)技術(shù)于20世紀(jì)90年代開始研究漏磁檢測(cè)技術(shù)，總體水平落后于歐美國(guó)家，但是通過無損檢測(cè)的工作者不斷的研究、試驗(yàn)下，許多家單位取得了實(shí)際性的突破。文中所用的英國(guó)銀翼檢測(cè)設(shè)備好軟件已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)檢測(cè)的自動(dòng)化、定量化、可視化。

2 儲(chǔ)罐底板漏磁檢測(cè)技術(shù)原理

漏磁檢測(cè)原理見圖1，外加磁化裝置在磁化鐵磁性板材后于其內(nèi)部產(chǎn)生磁場(chǎng)，如果這時(shí)板材的表面存在腐蝕或者損傷等缺陷狀態(tài)，裝置產(chǎn)生的磁力線會(huì)泄漏到板材外部并最終在其表面形成磁場(chǎng)。放置一個(gè)磁場(chǎng)探頭于磁化裝置中部（通常采用線圈等磁場(chǎng)傳感器或霍爾元件），便可探測(cè)到該磁場(chǎng)的存在。由于腐蝕缺陷深度大小與磁場(chǎng)強(qiáng)度有關(guān)，因此可以通過對(duì)漏磁場(chǎng)信號(hào)進(jìn)行分析以獲得板材上產(chǎn)生缺陷的情況。整個(gè)過程采用以永磁鐵或電磁鐵為主的磁化裝置與列陣磁場(chǎng)探頭一體化的設(shè)備通過人工掃描對(duì)儲(chǔ)罐底板進(jìn)行漏磁檢測(cè)。其磁化裝置通過磁化罐底板檢測(cè)部分使之達(dá)到磁飽和或半飽和狀態(tài)，而底板檢測(cè)工作中缺陷產(chǎn)生的漏磁信號(hào)通過磁場(chǎng)傳感器轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，然后通過放大、濾波和信號(hào)處理，對(duì)壁厚減薄深度進(jìn)行定量分析，最后通過漏磁信號(hào)的波形對(duì)裂紋性質(zhì)缺陷進(jìn)行分析[3]。

圖1 漏磁檢測(cè)原理

3 FloormapVS2i儲(chǔ)罐底板漏磁檢測(cè)儀器

3.1 儲(chǔ)罐漏磁檢測(cè)儀主要組成部件（圖2）

（1）磁車、磁鐵、霍爾效應(yīng)探頭組件和STARS探頭組件，提高了檢測(cè)的橫向分辨率，確定缺陷位置并判斷缺陷的寬度。

（2）馬達(dá)和電池（電壓為12 V，容量為7.5 Ah，最大輸出電流達(dá)到3 A的可充電電池）。

（3）可拆卸掉的Sitemaster2計(jì)算機(jī)、主檢測(cè)設(shè)備的軟件，主要包含數(shù)據(jù)采集、分析和生成檢測(cè)報(bào)告等部分，處于數(shù)據(jù)瀏覽和分析模式下的軟件系統(tǒng)主窗口。

圖2 儲(chǔ)罐漏磁檢測(cè)儀

3.2 儲(chǔ)罐底板漏磁設(shè)備特點(diǎn)

（1）勵(lì)磁裝置采用新型釹鐵硼稀土永磁材料，提高了單位面積的勵(lì)磁強(qiáng)度。

（2）體積比較小，重量合適，轉(zhuǎn)向靈活性高，結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜。

（3）高清晰度，高精度檢測(cè)（缺陷檢測(cè)靈敏度和自動(dòng)量化精度均達(dá)到國(guó)際同類產(chǎn)品最高水平）

（4）采用先進(jìn)計(jì)算機(jī)技術(shù)分析、模擬漏磁場(chǎng)，裝置的設(shè)計(jì)更為合理。

（5）開發(fā)先進(jìn)的儲(chǔ)罐管理軟件，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)結(jié)果分析的智能化，軟件用戶體驗(yàn)良好。

（6）以漏磁法為主要檢測(cè)手段，輔以渦流、超聲等無損檢測(cè)技術(shù)，增強(qiáng)裝置的功能。

4 應(yīng)用

4.1 某煉油廠東油品車間C401#儲(chǔ)罐底板漏磁檢測(cè)

通過采用漏磁檢測(cè)及評(píng)價(jià)技術(shù)與超聲測(cè)厚檢驗(yàn)技術(shù)相結(jié)合的方法，對(duì)C401#儲(chǔ)罐底板進(jìn)行了全面的檢測(cè)和評(píng)定。

（1）宏觀檢查。儲(chǔ)罐底板上表面附著油污，除去后母材局部坑蝕，且存在機(jī)械損傷，邊緣板局部積水，壁板表面附著油污，去除后局部機(jī)械損傷；中央除水器管束泄漏，浮盤支柱有滲水跡象，其余未見異常。

（2）壁板抽查。第一層壁板厚度最小值18.1 mm；加熱盤管抽查：最小剩余厚度為2.2 mm。

（3）底板漏磁掃描檢查。罐底板腐蝕為20%～29%的679點(diǎn)，腐蝕為30%～39%的14點(diǎn)。最大腐蝕為45%。

C401#儲(chǔ)罐底板掃查結(jié)果見圖3，各板塊掃查起始點(diǎn)如圖所示，最大當(dāng)量腐蝕程度≥40%的部分見圖3中橢圓區(qū)域。C401#儲(chǔ)罐底板漏磁檢測(cè)報(bào)告見表1。

（4）最長(zhǎng)檢驗(yàn)周期計(jì)算。儲(chǔ)罐投用時(shí)間是 1980年，儲(chǔ)罐使用年限為35 a，底板允許最小厚度δ0=2.5 mm，原始厚度δ=6 mm，顯示最大當(dāng)量腐蝕程度h=0.45 mm，服役期間損失的最大當(dāng)量壁厚δ1=δ×h=2.7 mm，剩余最小當(dāng)量壁厚δ1=δ-δ1=3.3 mm，最大腐蝕速率v=δ1/t=0.08 mm/a，檢驗(yàn)周期T=min﹛（T=(δ2-δ0)/v），5﹜=5 a。檢測(cè)結(jié)果顯示，罐底板腐蝕為20%～29%的679點(diǎn)，腐蝕為30%～39%的14點(diǎn)。最大腐蝕為45%。

圖3 C401#儲(chǔ)罐底板漏磁檢測(cè)結(jié)果

4.2 某煉油廠東油品車間C1-6#儲(chǔ)罐底板漏磁檢測(cè)

表1 C401#儲(chǔ)罐底板漏磁檢測(cè)報(bào)告

通過采用漏磁檢測(cè)及評(píng)價(jià)技術(shù)、宏觀檢查與超聲測(cè)厚檢驗(yàn)技術(shù)相結(jié)合的方法，對(duì)C1-6#儲(chǔ)罐底板進(jìn)行了全面的檢測(cè)和評(píng)定。

（1）宏觀檢查。儲(chǔ)罐內(nèi)壁底層壁板附著黑色油泥，底板局部坑蝕，大角焊縫處局部脫焊，浮盤支撐管墊板支撐處存在腐蝕坑，浮盤上表面銹蝕，附著大量的腐蝕產(chǎn)物，防腐層失效，表面凹凸不平；其他未見異常。

（2）壁板抽查。第一層壁板厚度最小值18.7 mm，浮盤厚度最小值5.3 mm；磁粉檢測(cè)和超聲波探傷未發(fā)現(xiàn)超標(biāo)缺陷。

圖4 C1-6#儲(chǔ)罐底板漏磁檢測(cè)結(jié)果

（3）底板漏磁掃描檢查。罐底板腐蝕為40%～49%的231點(diǎn)，腐蝕為 50%～59%的39點(diǎn)，腐蝕為60%～69%的39點(diǎn)，腐蝕為70%～79%的8點(diǎn)，腐蝕為80%～89%的37點(diǎn)。最大腐蝕為80%。

C1-6#儲(chǔ)罐底板漏磁掃查示意圖見圖4，各板塊掃查起始點(diǎn)如圖所示。C1-6#儲(chǔ)罐底板漏磁檢測(cè)報(bào)告見表2。

表2 C1-6#儲(chǔ)罐底板漏磁檢測(cè)報(bào)告

最長(zhǎng)檢驗(yàn)周期計(jì)算：儲(chǔ)罐投用時(shí)間是1994年，儲(chǔ)罐使用年限為22 a，底板允許最小厚度δ0=1.25 mm，原始厚度δ=10 mm，顯示最大當(dāng)量腐蝕程度h=0.8 mm，服役期間損失的最大當(dāng)量壁厚δ1=δ×h=8 mm，剩余最小當(dāng)量壁厚δ2=δ-δ1=2 mm，最大腐蝕速率v=δ1/t=0.36 mm/a，檢驗(yàn)周期T=min﹛（T=(δ2-δ0)/v），4﹜=5 a。注：鑒于業(yè)主決定對(duì)深度≥1.5 mm的腐蝕坑進(jìn)行修補(bǔ)，故檢驗(yàn)周期中剩余最小量壁厚δ2以6 mm計(jì)算。

檢測(cè)結(jié)果顯示，經(jīng)對(duì)底板（障礙部分除外）全部漏磁掃查，底板上發(fā)現(xiàn)罐底板腐蝕為40%～49%的231點(diǎn)，腐蝕為50%～59%的39點(diǎn)，腐蝕為60%～69%的39點(diǎn)，腐蝕為70%～79%的8點(diǎn)，腐蝕為80%～89%的37點(diǎn)。最大腐蝕為80%，對(duì)深度≥1.5 mm的腐蝕坑進(jìn)行修補(bǔ)后，建議最長(zhǎng)檢驗(yàn)周期為4 a。

4.3 小結(jié)

通過對(duì)上面兩個(gè)儲(chǔ)罐的檢測(cè)，容易發(fā)現(xiàn)石油化工儲(chǔ)罐內(nèi)外壁以及罐底板的上下表面都比較容易發(fā)生腐蝕，其中外壁大多產(chǎn)生的是電化學(xué)腐蝕，只有在大氣狀態(tài)非常理想的清潔干燥狀態(tài)下，空氣中的水分會(huì)吸附、冷凝成一層含有酸、堿、鹽成分的水膜在儲(chǔ)罐外壁上，即為電解質(zhì)溶液。由于材料的組分差異，尤其在焊接的位置，特別容易形成化學(xué)微電池而產(chǎn)生腐蝕。因此無論是儲(chǔ)罐底板的上、下表面，都很容易遭受到腐蝕。為了避免穿孔、裂紋擴(kuò)張甚至破裂，必須做好缺陷檢測(cè)工作。

現(xiàn)有的檢測(cè)設(shè)備通常是通過人力操作或人工輔助的方式對(duì)整個(gè)儲(chǔ)罐底板進(jìn)行全面掃查，其勞動(dòng)量大，并且儲(chǔ)罐內(nèi)部較為封閉不適合人力長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)，因此，隨著國(guó)內(nèi)儲(chǔ)罐數(shù)量快速不斷增長(zhǎng)，能夠研制一套自動(dòng)化漏磁檢測(cè)系統(tǒng)，對(duì)于提高儲(chǔ)罐底板檢測(cè)效率、降低人工勞動(dòng)強(qiáng)度具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

5 結(jié)語

整個(gè)工作利用漏磁檢測(cè)儀對(duì)儲(chǔ)罐底板進(jìn)行腐蝕、缺陷的漏磁檢測(cè)，并對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行超聲波測(cè)厚加以確認(rèn)，從而證明了儲(chǔ)罐底板漏磁檢測(cè)技術(shù)的可靠性。此項(xiàng)技術(shù)穿透能力強(qiáng)，且不需打磨表面防腐層進(jìn)行檢測(cè)，提高檢測(cè)效率，降低了成本，設(shè)備性能穩(wěn)定，檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確可靠，改善了檢測(cè)人員的工作環(huán)境，減少了工作強(qiáng)度，滿足石化企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的要求。通過近一年的儲(chǔ)罐檢測(cè)工作，共計(jì)檢測(cè)各類儲(chǔ)罐近40余座，發(fā)現(xiàn)存在問題的儲(chǔ)罐10余座，為業(yè)主單位儲(chǔ)罐的安全運(yùn)行提供了可靠的保障。

［1］中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)無損檢測(cè)學(xué)會(huì).無損檢測(cè)概論［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1993.

［2］郭光臣.煉油廠油品儲(chǔ)運(yùn)［M］.北京:中國(guó)石化出版社,1999.

［3］金建銘.電磁場(chǎng)有限元分析方法［M］.西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2001.

［4］倪建樂.立式圓柱形油罐基礎(chǔ)形狀和罐底板壽命［J］.油氣儲(chǔ)運(yùn),1994（5）:48-50.

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〔編輯 凌 瑞〕