聲發(fā)射技術(shù)在探測(cè)儲(chǔ)罐底板泄漏位置中的不同應(yīng)用

摘 要：對(duì)2臺(tái)已發(fā)生泄漏的在用常壓立式儲(chǔ)罐進(jìn)行了聲發(fā)射監(jiān)測(cè)，目的是找出罐底板的泄漏位置，以指導(dǎo)檢修工作。對(duì)其中一臺(tái)儲(chǔ)罐的監(jiān)測(cè)是在充水試驗(yàn)條件下進(jìn)行的，另一臺(tái)則為在滲漏過程中的在線監(jiān)測(cè)，不同的監(jiān)測(cè)方式均得到了較滿意的檢測(cè)效果，取得了有意義的實(shí)際檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)。
關(guān)鍵詞：聲發(fā)射；監(jiān)測(cè)；罐底板；泄漏
0 前言
眾所周知，我國(guó)是一個(gè)石油能源消耗大國(guó)，擁有大量的各類大型立式常壓儲(chǔ)罐，且主要集中在化工、煉油及油氣儲(chǔ)運(yùn)等行業(yè)。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，不但儲(chǔ)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(guó)家的安全需要，在全國(guó)建設(shè)了4個(gè)大型石油戰(zhàn)略儲(chǔ)備基地（其中的2個(gè)在浙江?。?，單臺(tái)儲(chǔ)罐的容積一般都在5－15萬(wàn)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(chǔ)罐的底板往往會(huì)發(fā)生嚴(yán)重腐蝕和泄漏，若未及時(shí)有效地檢查和發(fā)現(xiàn)或預(yù)報(bào)，往往會(huì)導(dǎo)致儲(chǔ)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(cè)都是離線檢測(cè)，需要停工置換、超聲波物位計(jì)清理罐底、抽查或逐點(diǎn)式檢查，檢測(cè)方法既落后，檢測(cè)費(fèi)用又高，而且檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng)，檢測(cè)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(chǔ)罐底板的聲發(fā)射檢測(cè)方法則是一種在線、高效、經(jīng)濟(jì)的方法。該技術(shù)可以對(duì)達(dá)到或接近檢驗(yàn)周期的儲(chǔ)罐進(jìn)行不停工、不倒罐條件下的快速在線檢測(cè)，對(duì)罐底板的腐蝕狀況和是否存在泄漏及泄漏的位置做出評(píng)價(jià)。通過對(duì)底板腐蝕狀況的等級(jí)評(píng)定可幫助管理者列出儲(chǔ)罐的維修優(yōu)先順序，在保證儲(chǔ)罐安全運(yùn)行的前提下，不僅能夠明顯地節(jié)省檢修費(fèi)用，更能大大地縮短檢修時(shí)間，使檢修對(duì)生產(chǎn)的影響達(dá)到最小程度。
1 儲(chǔ)罐的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)
1.1 兩臺(tái)儲(chǔ)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(jìn)行了全部貼板處理。
2004年4月按計(jì)劃進(jìn)行了定期大修，5月大修后進(jìn)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(diǎn)，決定進(jìn)行充水試驗(yàn)條件下的聲發(fā)射監(jiān)測(cè)，以確定泄漏或主要腐蝕的區(qū)域。結(jié)合真空測(cè)漏方法，最終在邊緣板上找到了1處漏點(diǎn)，超聲波液位計(jì)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(jìn)行充水試驗(yàn)條件下的聲發(fā)射監(jiān)測(cè)，結(jié)合真空測(cè)漏方法，最終找到了2處撕裂性泄漏點(diǎn)和幾處冒泡點(diǎn)。即不到兩年內(nèi)共進(jìn)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(jìn)行聲發(fā)射監(jiān)測(cè)，以確定泄漏的位置。
1.2 檢測(cè)儀器
美國(guó)PAC的DiSP-56聲發(fā)射工作站。傳感器型號(hào)：R3I－AST；頻率范圍：30－60 kHz。超聲波測(cè)厚儀
2 檢測(cè)過程
2.1 510#罐底板的聲發(fā)射檢測(cè)
工廠為了安全起見，在發(fā)現(xiàn)510#儲(chǔ)罐出現(xiàn)泄漏后立即安排了倒罐處理，所以對(duì)罐底板的兩次聲發(fā)射檢測(cè)是在充水條件下進(jìn)行的，而不是在線監(jiān)測(cè)。超聲波清洗機(jī)
2.1.1 兩次充水條件下的聲發(fā)射檢測(cè)（2004.11，2005.5）
兩次檢測(cè)均采用8個(gè)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(cè)前在距各傳感器100mm處進(jìn)行鉛筆芯折斷信號(hào)的標(biāo)定。由兩個(gè)進(jìn)水管同時(shí)進(jìn)水。試驗(yàn)液位曲線見圖1。為了獲得較全面的檢測(cè)數(shù)據(jù)，第一次檢測(cè)基本進(jìn)行了全程的監(jiān)測(cè)。第一次檢測(cè)時(shí)的部分聲源定位情況見圖2。第二次檢測(cè)時(shí)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(cè)的有效聲源位置及實(shí)際泄漏（或撕裂）位置的匯總。洗片機(jī)
2.1.2 510#罐兩次聲發(fā)射監(jiān)測(cè)的結(jié)果分析
第一次聲發(fā)射檢測(cè)共出現(xiàn)了7處聲源，對(duì)其中相對(duì)較活躍的4處（1＃－4＃）聲源區(qū)域進(jìn)行了重點(diǎn)真空查漏，最終找到了底板焊縫泄漏點(diǎn)（L1），并進(jìn)行了修補(bǔ)。該泄漏位置與聲發(fā)射檢測(cè)的4＃聲源位置基本對(duì)應(yīng)（相差0.5米以內(nèi)）。未對(duì)其它聲源位置的區(qū)域進(jìn)行無損復(fù)驗(yàn)，故是否存在較明顯的下表面腐蝕不得而知。由第二次檢測(cè)的結(jié)果可知，所出現(xiàn)的泄漏點(diǎn)L3距1＃和7＃聲源均在2米左右，故可以認(rèn)為第一次檢測(cè)的結(jié)果具有一定的預(yù)測(cè)作用。
第二次聲發(fā)射監(jiān)測(cè)過程中仍然未出現(xiàn)可見泄漏。但檢測(cè)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(diǎn)，其中泄漏點(diǎn)L3與較活躍的10＃聲源僅相差約1米。泄漏點(diǎn)L2在檢測(cè)的定位圖上未形成明顯的顯示。8#聲源實(shí)際上與第一次檢測(cè)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(gè)冒泡的位置。
從兩次檢測(cè)的結(jié)果看，聲源定位結(jié)果與實(shí)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(qiáng)（如2#等），本次雖然未發(fā)現(xiàn)存在泄漏，但由于也未對(duì)這些區(qū)域的下表面腐蝕情況進(jìn)行常規(guī)方法的復(fù)驗(yàn)，因此對(duì)這些部位也應(yīng)引起一定的注意。
需要指出的是，由于實(shí)際的原因，本次檢測(cè)不是在線檢測(cè)，試驗(yàn)介質(zhì)（常溫水）的滲透力不如操作介質(zhì)（精制油），監(jiān)測(cè)過程中也確實(shí)未出現(xiàn)可見泄漏，因此，這增加了檢測(cè)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(shí)位于上層板的漏點(diǎn)與下層板的實(shí)際漏點(diǎn)也不一定一致，因?yàn)榻橘|(zhì)可在兩層板間流動(dòng)，所以這又增加了檢測(cè)的難度。盡管如此，本次檢測(cè)還是得到了比較滿意的效果。

此外，從510#罐的全程監(jiān)測(cè)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(shí)間的長(zhǎng)短也對(duì)監(jiān)測(cè)有一定影響。參數(shù)的正確選擇對(duì)于檢測(cè)結(jié)果的可靠性很關(guān)鍵。不同尺寸和介質(zhì)的儲(chǔ)罐，其波速取值對(duì)定位有較大影響。因此，需要不斷研究和積累檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)，以確定合適的檢測(cè)條件、檢測(cè)參數(shù)設(shè)置和時(shí)機(jī)等。
2．2 G503柴油罐的聲發(fā)射監(jiān)測(cè)
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(jìn)行聲發(fā)射在線監(jiān)測(cè)，以確定泄漏的大致位置，指導(dǎo)即將進(jìn)行的開罐維修工作。由于已出現(xiàn)滲漏，故未進(jìn)行升液位和保持液位等操作條件下的檢測(cè)，僅在當(dāng)時(shí)的液位下監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)完成后立即倒罐。
共采集了兩段數(shù)據(jù)，在線監(jiān)測(cè)的分析結(jié)果見圖5?？梢钥闯?，主要出現(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(duì)中部要弱。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，可認(rèn)為中心區(qū)域?yàn)楸∪鯀^(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(shí)存在較多的湖狀（麻坑）腐蝕，某些腐蝕坑的深度已達(dá)璧厚的一半以上，底板變形很大。同時(shí)也找到了聲源S2處的微漏點(diǎn)。該罐進(jìn)行更換底板后重新投入使用。事實(shí)證明，這次聲發(fā)射檢測(cè)與罐底板的實(shí)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(cè)相比，大型常壓立式儲(chǔ)罐的聲發(fā)射檢測(cè)不但方法上有所不同，而且檢測(cè)工作開展得較晚，理論也相對(duì)不成熟，可參考的成熟經(jīng)驗(yàn)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(yàn)。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(chǔ)罐底板的聲發(fā)射檢測(cè)方面得到如下膚淺的認(rèn)識(shí)：
1、難度大。由于儲(chǔ)罐的直徑通常很大（可達(dá)100米以上），傳感器的檢測(cè)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(cè)時(shí)機(jī)、儲(chǔ)罐的介質(zhì)及結(jié)構(gòu)、檢測(cè)的環(huán)境條件等都可能影響到檢測(cè)結(jié)果的可靠性；需要較寬的知識(shí)面和較豐富的檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)?？傮w上其難度要高于壓力容器的聲發(fā)射檢測(cè)。
2、雖然主要用于評(píng)價(jià)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(jià)值，而且可以檢測(cè)到泄漏和計(jì)算其位置。檢測(cè)結(jié)果具有一定的預(yù)見性。
3、對(duì)于已經(jīng)出現(xiàn)泄漏的儲(chǔ)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(diǎn)，以提高檢修的效率。另一方面，當(dāng)泄漏點(diǎn)為非穿孔型的泄漏時(shí)（如撕裂型的），在無液位的情況下泄漏點(diǎn)往往會(huì)閉合，開罐做真空查漏時(shí)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(rèn)為，罐底板的定位精度若達(dá)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(huì)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(cè)人員力爭(zhēng)做到的。