张庶鑫，孙冰冰，罗小武，周会萍，翁 祥，朱永斌, 罗金恒

(1.中国石油集团石油管工程技术研究院石油管材及装备材料服役行为与结构安全国家重点实验室 陕西 西安 710077；2. 中石油管道有限责任公司西部分公司 新疆 乌鲁木齐 830013；3.新疆油田公司油气储运分公司 新疆 克拉玛依 834000)

0 引 言

储罐作为重要的原油转运、储存、调峰设备，在油田站场有着广泛应用。由于原油可能含硫含水含氧，具有一定腐蚀性，储罐底板易发生腐蚀穿孔，威胁设备的完整性。储罐底板一旦腐蚀泄漏，会造成环境污染，甚至油气挥发遇明火引发爆炸造成人员伤亡[1]，因而国内外均通过法律或标准要求储罐运行管理单位定期进行检测以保证其完整性[2-4]。目前常采用开罐的方式进行检修，主要检测方法有底板漏磁、超声测厚、磁粉探伤、焊缝真空检测等。开罐检测需要停产、倒罐、清罐、置换，不仅影响正常生产，费时费力，还存在污染环境的可能性[5]。因此，开发在线检测技术意义重大。

原油储罐底板的在线检测技术主要有声发射、机器人漏磁、底板导波检测。声发射检测技术发展历史悠久，最早在航空领域、承压储罐上应用，得到很好的效果。20世纪90年代，美国PAC声学公司应用声发射技术检测了大量储罐后，形成了罐底腐蚀监测专家系统。Jeong-Rock Kwon等人采用声发射、射线技术对甲苯储罐的壁板焊缝进行检测，并对比两种检测结果，发现声发射信号与焊缝缺陷具有一定的相关性[6]。90年代初，我国声发射研究开始起步，中国特检院在国内炼化企业、国家储备库进行了大量储罐声发射检测，形成了储罐底板腐蚀状况评价数据库，并制定了相关标准。然而，炼化和国储储罐通常油品介质较好，不含油泥，标准在原油储罐上适用性待进一步研究。因此本次选择服役34 a的2万方原油储罐作为研究对象，首先进行在线声发射检测，在清罐后，进行漏磁检测，通过对比二者结果，验证声发射检测在含油泥原油储罐上的适用性。

1 检验过程

本研究选择2万方浮顶型储罐作为研究对象，整体外观如图1所示。

图1 待检储罐整体概况

该罐于1985 年8月投用， 2013年清罐检测一次，根据运行维护经验，油泥约厚1 m，储罐底板共计180块，其中中幅板160块，边缘板20块，原板设计厚度6 mm。

1.1 检测设备

采用美国物理声学公司(PAC)开发的PAC MicroSAMOS声发射检测仪进行声发射现场检测，该设备具有32个声发射(AE)输入通道，输入阻抗为50 Ω，每个通道的频率响应：1～400 kHz，采用传感器型号为DP3I，频率范围1～50 kHz，前置放大器型号为1224D。

清罐后，采用英国Silver Wing公司生产的Floormap VS和Floormap VS2i漏磁扫描仪进行储罐底板检测。检测参数为:有效扫描宽度为250 mm，最大有效检测厚度为12.5 mm，扫描速度为0.5 m/s。

1.2 检测流程

参考标准QSY GD 0211—2011《立式圆筒形钢制焊接储罐底板声发射在线检测及评价》、JB/T 10764—2007《无损检测 常压金属储罐 声发射检测及评价方法》进行储罐现场声发射检测。共安装12个传感器，等间距布置。根据现场提供的油泥深度数据，在稍高于油泥深度的罐壁上布设传感器。将储罐充液至其最高操作液位的85%；关闭可能产生干扰信号的储罐附属设备，包括加热盘管进出管、搅拌器等；达到要求后，保持液位静置稳定12 h。

检测前，进行灵敏度测试。将前置放大器设为40 dB，门槛值设为80 dB。每个通道进行断铅试验5次，通过调整增益，使每个传感器灵敏度达到90 dB。

检测共进行两次，主要采集的信号有上升时间、计数、能量、持续时间、幅值、峰值频率等，对比采集到的信号数据，选择受外界干扰影响较小的检测数据用于分析及评级。

2 声发射检测结果

依据标准QSY GD 0211—2011，对采集结果进行分析，并对储罐底板腐蚀程度进行评级，步骤如图2所示。

图2 声发射信号数据处理

统计12个通道采集到的撞击，如图3所示。采用滤波，时差定位得到罐底板的事件统计图，如图4所示。由图4可以看出，储罐底板事件定位较疏，因而判定，泄漏可能性等级为II级，即某一区域间断出现较疏定位群，认为罐底不存在泄漏迹象；在储罐罐底6#传感器、7#传感器附近的区域事件数较密集，推断该处存在腐蚀。

图3 不同通道接收的撞击统计图

图4 罐底板的事件统计图(红色数字代表传感器安装位置)

提取声发射检测的撞击、能量、事件，统计见表1，得到单位时间事件数为1 104个/h，事件平均能量为1 215能量计数/事件， 根据现场被检储罐结构、尺寸、介质、所处环境以及设备设置参数等因素，结合声源活度级别划分方法，得到储罐罐底板声发射事件的活度为V级。

由罐底板泄漏可能性级别和声源活度可得，储罐罐底板腐蚀程度评价级别为D级，建议尽快制定检修计划或监控使用(≤1 a)。

表1 声发射检测结果

3 开罐漏磁检测结果

清罐后，漏磁检测显示底板上表面存在单点腐蚀86处，测量腐蚀深度在1.6～6.0 mm之间，其中2处穿孔，如图5所示。图中，星号代表该中幅板含有腐蚀缺陷，中幅板148#、112#腐蚀量分别达到95%、90%，中幅板141#存在穿孔两处，如图6所示。中幅板122#、111#、108#、86#和边缘板7#壁厚腐蚀量在80%～90%之间。

图5 罐底板漏磁检测结果

图6 中幅板141#穿孔2处

4 结果对比与讨论

声发射检测结果显示，罐底板泄漏可能性级别为II级，泄漏可能性较低，声源活度为V级，由此得到腐蚀程度评价级别为D级，表明储罐底板存在严重腐蚀，建议尽快制定检修计划或监控使用(≤1 a)。经开罐后，发现油泥约1 m深。漏磁结果显示，储罐底板上表面腐蚀量在26%～100%，其中存在两处穿孔。由于储罐底板覆盖厚厚的油泥，并未发生泄漏。由此可见，声发射检测技术基本上能定性的反映储罐底板腐蚀状况，与实际相比，检测评价结果较为保守。

目前的标准的应用范围是液体储罐，主要是基于成品油、水罐、炼化厂储罐的研究形成的，此类储罐不含油泥[7]。原油储罐里的介质中一般含有无机物及沥青质、石蜡等重油性组份，在重力作用下自然沉降，积累在罐底，形成胶状油泥，其会掩盖腐蚀信号[8-9]。因此，针对含油泥原油储罐的声发射评级结果应修正。

为了进一步研究声发射检测技术对腐蚀缺陷的定位能力，将传感器接收到的撞击统计结果、事件定位结果与漏磁结果进行对比。图3为声发射传感器接收到的撞击统计图，其中1#传感器接收到的撞击最多，相邻区域的12#、11#传感器接收信号较多；6#、8#区域传感器接收到的撞击较多。1#传感器覆盖区域有进出油管线和排水管线，推断该处存在扰动，造成声发射信号升高。储罐实际为3#～9#传感器覆盖区域腐蚀较严重，因此，可知传感器收到的撞击统计与实际覆盖区域的腐蚀程度相关度低。

图4为底板的事件定位统计图，3#～9#传感器一侧的事件定位明显较另一侧多，与漏磁结果一致，可见，罐底板的事件定位统计图与腐蚀程度相关程度较高。

撞击是指超过门槛并引起一个系统通道采集数据的任何信号，反映声发射活动的总量和频度，用于声源活度评价。而事件数为产生声发射的一次材料局部变化称之为一个声发射事件，一个或几个撞击对应一个事件，事件数与腐蚀程度相关程度较高。在检测过程中，风、振动、人员走动、保温铁皮膨胀、罐顶液滴都会产生干扰撞击信号，被传感器接收。事件是通过多个撞击信号通过三角定位得到[10]，会过滤一部分干扰信号，因此，撞击统计与实际腐蚀相关度低，而事件定位与实际腐蚀相关度相对较高。

5 结 论

1)声发射检测技术是一种有效的在线检测技术，能定性的反映原油储罐底板腐蚀状况，与实际相比，检测评价结果较为保守。

2)应针对含油泥原油储罐的声发射评级结果进行修正。

3)声发射传感器接收到的撞击统计与实际覆盖区域的腐蚀程度相关度低，事件定位结果与实际腐蚀程度相关度较高。