声发射技术在探测储罐底板泄漏位置中的不同应用

摘 要：对2台已发生泄漏的在用常压立式储罐进行了声发射监测，目的是找出罐底板的泄漏位置，以指导检修工作。对其中一台储罐的监测是在充水试验条件下进行的，另一台则为在渗漏过程中的在线监测，不同的监测方式均得到了较满意的检测效果，取得了有意义的实际检测经验。
关键词：声发射；监测；罐底板；泄漏
0 前言
众所周知，我国是一个石油能源消耗大国，拥有大量的各类大型立式常压储罐，且主要集中在化工、炼油及油气储运等行业。随着我国经济的快速发展，不但储罐的总数量在快速增加，而且也朝着大型化的方向发展。尤其是近年来，出于国家的安全需要，在全国建设了4个大型石油战略储备基地（其中的2个在浙江省），单台储罐的容积一般都在5－15万立方米。由于介质的性质及使用环境或地基变形等原因，储罐的底板往往会发生严重腐蚀和泄漏，若未及时有效地检查和发现或预报，往往会导致储罐的泄漏事故，既影响生产，又造成环境污染，甚至引起更严重的事故。传统的罐底板腐蚀检测都是离线检测，需要停工置换、超声波物位计清理罐底、抽查或逐点式检查，检测方法既落后，检测费用又高，而且检测时间长，检测结果也不可靠，检修后1－2年内就出现泄漏的情况并不罕见。储罐底板的声发射检测方法则是一种在线、高效、经济的方法。该技术可以对达到或接近检验周期的储罐进行不停工、不倒罐条件下的快速在线检测，对罐底板的腐蚀状况和是否存在泄漏及泄漏的位置做出评价。通过对底板腐蚀状况的等级评定可帮助管理者列出储罐的维修优先顺序，在保证储罐安全运行的前提下，不仅能够明显地节省检修费用，更能大大地缩短检修时间，使检修对生产的影响达到最小程度。
1 储罐的现场检测
1.1 两台储罐的基本情况
1.1.1 510#罐的基本情况
材料为Q235；尺寸为φ11000×12600mm，底板厚度8mm；容积为1000m3；内浮顶罐；操作介质为精制油，1992年7月投用。底板的边缘板由于腐蚀严重，在以前的检修中已经进行了全部贴板处理。
2004年4月按计划进行了定期大修，5月大修后进油，发现人孔处基础有少量油往外渗出，于2004年11月再次安排了清罐检修。由于未查到漏点，决定进行充水试验条件下的声发射监测，以确定泄漏或主要腐蚀的区域。结合真空测漏方法，最终在边缘板上找到了1处漏点，超声波液位计并做了修复。
投用后不久又出泄漏，清罐后于2005年7月再次进行充水试验条件下的声发射监测，结合真空测漏方法，最终找到了2处撕裂性泄漏点和几处冒泡点。即不到两年内共进行了3次开罐检修。
1.1.2 503#罐的基本情况
材料为Q235；尺寸为φ22000×13600mm，底板厚度8mm；容积为5000m3；拱顶罐；操作介质为柴油，1978年投用。2004年6月发现底板处出现微量渗漏，决定进行声发射监测，以确定泄漏的位置。
1.2 检测仪器
美国PAC的DiSP-56声发射工作站。传感器型号：R3I－AST；频率范围：30－60 kHz。超声波测厚仪
2 检测过程
2.1 510#罐底板的声发射检测
工厂为了安全起见，在发现510#储罐出现泄漏后立即安排了倒罐处理，所以对罐底板的两次声发射检测是在充水条件下进行的，而不是在线监测。超声波清洗机
2.1.1 两次充水条件下的声发射检测（2004.11，2005.5）
两次检测均采用8个R3I－AST传感器，在距罐底板200mm的罐壁外表面圆周线上均布，且传感器的位置及参数设置也完全相同。检测前在距各传感器100mm处进行铅笔芯折断信号的标定。由两个进水管同时进水。试验液位曲线见图1。为了获得较全面的检测数据，第一次检测基本进行了全程的监测。第一次检测时的部分声源定位情况见图2。第二次检测时主要加载阶段的声源定位情况见图3。
图4为两次声发射检测的有效声源位置及实际泄漏（或撕裂）位置的汇总。洗片机
2.1.2 510#罐两次声发射监测的结果分析
第一次声发射检测共出现了7处声源，对其中相对较活跃的4处（1＃－4＃）声源区域进行了重点真空查漏，最终找到了底板焊缝泄漏点（L1），并进行了修补。该泄漏位置与声发射检测的4＃声源位置基本对应（相差0.5米以内）。未对其它声源位置的区域进行无损复验，故是否存在较明显的下表面腐蚀不得而知。由第二次检测的结果可知，所出现的泄漏点L3距1＃和7＃声源均在2米左右，故可以认为第一次检测的结果具有一定的预测作用。
第二次声发射监测过程中仍然未出现可见泄漏。但检测到3处声源位置（8＃－10＃）。通过真空查漏最终发现2处由于撕裂破坏而造成的泄漏点，其中泄漏点L3与较活跃的10＃声源仅相差约1米。泄漏点L2在检测的定位图上未形成明显的显示。8#声源实际上与第一次检测得到的1＃声源为同一位置，在该区域内发现了一个冒泡的位置。
从两次检测的结果看，声源定位结果与实际查到的泄漏位置大部分基本符合（有1处未显示），但存在不同程度的误差。某些声源较强（如2#等），本次虽然未发现存在泄漏，但由于也未对这些区域的下表面腐蚀情况进行常规方法的复验，因此对这些部位也应引起一定的注意。
需要指出的是，由于实际的原因，本次检测不是在线检测，试验介质（常温水）的渗透力不如操作介质（精制油），监测过程中也确实未出现可见泄漏，因此，这增加了检测的难度。另外，由于底板的边缘板为双层板（经过贴板处理），不但结构复杂了，而且出现泄漏时位于上层板的漏点与下层板的实际漏点也不一定一致，因为介质可在两层板间流动，所以这又增加了检测的难度。尽管如此，本次检测还是得到了比较满意的效果。

此外，从510#罐的全程监测结果看，不同液位阶段的定位情况并不完全重复，稳定时间的长短也对监测有一定影响。参数的正确选择对于检测结果的可靠性很关键。不同尺寸和介质的储罐，其波速取值对定位有较大影响。因此，需要不断研究和积累检测经验，以确定合适的检测条件、检测参数设置和时机等。
2．2 G503柴油罐的声发射监测
2004年6月在发现G503罐底板出现了微量渗漏后，决定进行声发射在线监测，以确定泄漏的大致位置，指导即将进行的开罐维修工作。由于已出现渗漏，故未进行升液位和保持液位等操作条件下的检测，仅在当时的液位下监测，监测完成后立即倒罐。
共采集了两段数据，在线监测的分析结果见图5。可以看出，主要出现了2处集中定位声源。其中位于中部偏西区域的声源S1面积较大且较集中，而位于6#传感器附近的S2声源有一定的显示（这也是外观发现微小渗漏的位置，形似一小气孔），但相对中部要弱。根据检测结果，可认为中心区域为薄弱区，有明显的腐蚀或泄漏迹象。
经开罐检修发现，在中心偏西1米处存在1处腐蚀穿孔，而且中部区域的底板下表面确实存在较多的湖状（麻坑）腐蚀，某些腐蚀坑的深度已达璧厚的一半以上，底板变形很大。同时也找到了声源S2处的微漏点。该罐进行更换底板后重新投入使用。事实证明，这次声发射检测与罐底板的实际状况符合得很好。

3 结论及展望
与压力容器的声发射检测相比，大型常压立式储罐的声发射检测不但方法上有所不同，而且检测工作开展得较晚，理论也相对不成熟，可参考的成熟经验也不多，但应用前景却是非常广阔的。因此就需要我们做更多的研究和应用，积累更多的经验。根据本人及同事在该领域多年来的研究与应用，在储罐底板的声发射检测方面得到如下肤浅的认识：
1、难度大。由于储罐的直径通常很大（可达100米以上），传感器的检测距离得选择余地小；容易产生噪声的因素多；参数的选择、检测时机、储罐的介质及结构、检测的环境条件等都可能影响到检测结果的可靠性；需要较宽的知识面和较丰富的检测经验。总体上其难度要高于压力容器的声发射检测。
2、虽然主要用于评价罐底板的腐蚀，而且定位精度也有一定的局限性，但定位结果仍具有相当的参考价值，而且可以检测到泄漏和计算其位置。检测结果具有一定的预见性。
3、对于已经出现泄漏的储罐，在条件允许的情况下，采用声发射技术确定泄漏的参考位置，可有助于更迅速地找到泄漏点，以提高检修的效率。另一方面，当泄漏点为非穿孔型的泄漏时（如撕裂型的），在无液位的情况下泄漏点往往会闭合，开罐做真空查漏时是很难找到泄漏位置的。
4、考虑到一系列的综合因素，我们认为，罐底板的定位精度若达到10－20％的直径应该是可以令人满意的。虽然不可避免地会形成伪定位，但是泄漏和严重腐蚀区的声源位置不应该被遗漏，即显示在定位图中，用户的这种要求是合理的，也是我们检测人员力争做到的。