大型立式常压储罐检测技术

大型立式常压储罐安全的在线检验与离线全面检验技术2012年2月1日主要内容：储罐的主要失效形式及重点检验部位大型储罐的在线检测技术大型储罐的离线检测技术大型储罐的现代全面检验技术大型储罐检验的相关标准、仪器设备一、储罐的主要失效形式及部位1、储罐的主要失效形式：失稳、破裂、腐蚀。失稳：一般由负压引起，通常为操作失误或安全附件失灵造成，不是储罐的常见失效形式。失稳部位通常首先发生在罐顶或罐壁上部。当罐底板泄漏增大到一定程度时，罐内负压加大也可能造成罐体失稳。（大庆）破裂：一般发生在焊缝处。基础局部沉降、雨水冲蚀造成基础局部空洞使得罐底板局部变形，局部应力急剧增加，当承受疲劳载荷（较频繁的液位变化）时，容易造成罐底板焊缝的疲劳破裂。（镇海）当焊缝存在焊接缺陷时会加剧破坏进程。罐壁焊缝有时也会由于强度不足产生破裂。若储罐意外承受了过高的内压，也可能造成罐体破裂。腐蚀：储罐最常见的失效形式，其中以局部腐蚀为主。局部腐蚀通常会造成穿孔泄漏，进而可能引起更严重的事故，燃烧与爆炸等。腐蚀一般发生在罐顶、罐壁的气液波动区、罐壁底部（积水区）、罐底板。渣油等介质的高温储罐（100℃以上）罐底板无水，底板上表面通常腐蚀轻微，腐蚀通常发生在下表面。介质不同，腐蚀的程度及部位也不同。一、储罐的主要失效形式及部位点腐蚀形式一点腐蚀形式二点腐蚀形式三一、储罐的主要失效形式及部位2、储罐安全检测的关键部位根据储罐罐体容易产生腐蚀的部位，检测的重点部位包括：储罐底板及底板焊缝；罐壁下部、抗风圈处及气液区、罐顶与罐壁交界处。对于储罐底板下表面（基础侧）的局部腐蚀缺陷，无论在储罐的在用状态还是开罐的清罐状态下，宏观检查都看不到，常规的超声测厚抽检也基本无效。同时，罐底板的腐蚀穿孔泄漏是储罐失效的主要和常见形式。所以，储罐底板下表面（基础侧）是保证储罐安全使用的最重要的检测部位。储罐腐蚀特征及失效分析储罐顶部腐蚀储罐罐壁腐蚀储罐底部腐蚀123包括罐顶板外侧腐蚀、罐顶板内侧腐蚀、罐壁上部（即最高的1－2层壁板）腐蚀。板外侧腐蚀主要发生在罐顶凹陷以及焊缝部位。主要是由于罐顶受力变形后，表面凹凸不平，凹陷处积水发生电化学腐蚀所致。腐蚀呈连片的麻点，严重时可造成穿孔。一般情况下，焊缝处因承受拉应力，失效破坏更加明显。除了罐壁的上、下部外，罐壁中部的腐蚀主要为点腐蚀或均匀腐蚀，腐蚀速度一般低于其它部位，但应重点关注焊缝部位，因为焊缝中可能存在的缺陷（如裂缝、未焊透、未融合、气孔等）以及焊接残余应力可能会加速腐蚀，甚至穿孔。储罐底部内侧腐蚀包括罐底板内侧腐蚀、罐底内侧角焊缝腐蚀、罐壁下部内侧腐蚀。罐底板上表面腐蚀以点蚀为主，有时呈现较大区域的均匀腐蚀，发生点蚀的部位以离罐壁D/8～D/4处的环带上较为严重。罐底板下表面的腐蚀多为随机性点蚀，与防腐及基础有关。大角焊缝的腐蚀一般为点蚀，主要与防腐及焊缝质量有关。二、大型储罐的在线检测技术较新的储罐在线检测技术有：声发射在线检测技术、罐内机器人在线检测技术、平板导波在线检测技术。1、罐内机器人在线检测技术将带有无损检测传感器的机器人从罐顶人孔放入罐内，对罐底板检测。机器人应为防爆隔离设计，通过遥测操作，可视化。应用的局限性：设备复杂、昂贵；罐内结构如加热盘管会妨碍机器人行走，罐底的沉淀物较厚时也妨碍检测；仍有安全风险。虽然国外已开发了几种产品，且有些应用，尚不广泛，国内的实际应用未见报道。2、平板导波在线检测技术声波在介质的不连续界面间会产生多次往复反射，进一步形成的复杂干涉和几何弥散的波形，称之为导波。导波检测技术是一种较新的技术，近年来国内的一些检验机构都购买了管道的导波检测设备（例如：英国焊接研究所-压电晶体探头；美国西南研究院-磁致伸缩式探头），多数处于边摸索边应用阶段，尚没有得到广泛推广。导波检测技术中，由探头激发脉冲波，声波在传播过程中遇缺陷时会形成反射波，由同一探头接收，经仪器对信号处理后形成缺陷显示。一些非缺陷的结构也会形成干扰信号，如焊缝、支架等。在板厚与波长相近的薄板中传播的声波，称为板波或平板导波。近年来，一些机构研究并利用平板导波技术来检测立式储罐，在一定范围和程度上取得了成功，但还没有达到广泛的工程推广应用程度。二、大型储罐的在线检测技术储罐的平板导波检测原理示意图平板导波在线检测技术目前仅对罐壁和罐底边缘板效果较好。由于安装探头的罐底外伸段较小，且通常腐蚀较严重，给探头的耦合带来困难。底板通常为搭接焊，所以导波难以穿越搭接焊缝并形成回波，故很难有效检测中幅板的腐蚀。导波技术目前的检测能力还不如漏磁技术。3、声发射在线检测技术1）声发射检测的原理声发射是一种常见的物理现象，是材料内部由于突然释放应变能而形成的一种弹性应力波。材料中裂纹的开裂与扩展、断裂、应力再分配、撞击及摩擦等都可以释放这种应变能。在腐蚀过程中氢脆裂纹的产生及腐蚀引起的断裂和分层也产生声发射。各种材料声发射信号的频率范围和幅度范围很宽。利用仪器探测、记录、分析声发射信号，进而推断声发射源、对被检测对象的活性缺陷情况评价的技术称为声发射检测技术。声发射检测技术探测到的信号能量来自于声源本身，而不是像超声或射线探伤方法那样由检测仪器提供。换言之，声发射技术是通过一组传感器接收缺陷本身在外激励下（通常为受载）产生的声波来对缺陷声源进行定位和判定的。所以，声发射检测技术是一种动态检测技术，适于容器或结构的在线检测或耐压试验过程中的监测。二、大型储罐的在线检测技术声源的定位方法分为区域定位法和时差定位法。区域定位法按声波到达各传感器的次序，粗略地判断声源所在的区域。采用的时差定位法又分为线定位、平面定位、球面定位和三维定位，根据声波到达不同传感器的时差而计算声源位置。二、大型储罐的在线检测技术二、大型储罐的在线检测技术声发射技术首先在军工产品上，后来较成功广泛应用于材料研究、压力容器及管道、桥梁及大坝等结构的健康检测。我国省级及许多地市级特检机构都购置了声发射仪器用于检测，许多高校也购买了声发射仪用于科研。我国每2年举办一次全国声发射学术交流会，已举办了13届。球罐声发射检测球面定位图二、大型储罐的在线检测技术2）大型常压立式储罐声发射检测的特点近年来，经过国内外许多研究人员的努力，大型常压立式储罐的声发射在线检测技术也趋于成熟，并逐步应用于储罐的实际检测工作中。一般主要用于罐底板的检测。对立式储罐罐底进行的声发射检测可以发现罐底板由于泄漏和腐蚀产生的声发射信号。与传统的储罐底板检测方法相比，声发射检测方法则是一种在线、高效、经济的方法，不需要清罐、置换、打磨，几小时内就可对罐底板整体完成检测，总体费用远低于传统方法。传统检测方法存在盲目检验（由于定期的开罐检修计划）和经常漏检（仅依据宏观检查与测厚抽测结果）的现象。常压立式储罐的声发射在线检测技术与压力容器的声发射检测方法有较大的区别，难度也更大。其差别在于以下几方面：二、大型储罐的在线检测技术2）大型常压立式储罐声发射检测的特点声源产生的机理有所不同。压力容器声发射检测中的声源通常由缺陷的活动或结构的变形等引起的，而储罐底板声发射检测中的声源则复杂得多，且有一些争议。一般认为有腐蚀产物破裂、泄漏的流动噪声、薄弱区变形等。当罐底存在泄漏时，介质流过泄漏孔时会产生流动噪声，当介质夹带颗粒状杂质时，会使信号更丰富，若泄漏通道暂时受到碎渣限制时，“水击”效应也会产生噪声。通过安装在罐底外圆周附近的传感器接收这些信号，并进行分析处理，对泄漏进行定位。若罐底腐蚀较为严重或存在腐蚀薄弱区时，腐蚀过程会断续地产生声发射信号；同时液位增高时，罐底严重腐蚀部位的变形、腐蚀物开裂与剥落和防腐层的脱落等都会产生丰富的声发射信号。通过接收和分析这些信号，就能确定和评价罐底的腐蚀状况。二、大型储罐的在线检测技术检测的过程有所不同。压力容器的声发射检测一般是在高于最大操作压力的加载过程中实时监测，而罐底板的声发射检测一般是将液位提高到某一较高的水平，然后“稳定”数小时后进行检测2小时左右。检测频率不同。由于罐底板直径通常较大，且除了底板边缘外的其它其余无法接近，故传感器的安装位置受到限制，传感器的最大间距为罐直径（最大可达100米）。而传感器几乎可以安装在压力容器外壁的任何位置，为了得到较好的声源定位效果，传感器的最大间距一般为5米左右。为了接收到经过长距离传播的声源信号，立式常压储罐声发射检测通常采用较低的中心频率（20～60kHz），远低于压力容器声发射检测的频率（100～400kHz）。较低频率的信号可以传播得更远，但也更容易受到外界噪声的干扰。此外，压力容器声源信号是通过容器的金属壁传播的，而常压立式储罐声发射检测接收的信号通常是通过介质传播的，其波速也远低于金属中的速度。二、大型储罐的在线检测技术3）大型常压立式储罐的声发射检测的过程储罐底板声发射检测的准备工作较简单，不需要搭建脚手架，不登高，但检验方案中应充分考虑可能的噪声源，并采取有效的剔噪措施，同时根据实际情况确定合适的加载方式。检测过程包括以下内容：安装声发射低频传感器。在距底板200-500mm的罐壁圆周上均布一定数量的传感器（安装位置处打磨、施加耦合剂、磁座压紧）。当预知罐底基本无沉淀物时，传感器的安装位置可低一些，如可取200mm，反之应取较高值。传感器的数量一般为：1000立方米以下的储罐安装4-8个传感器；0.2-2万立方米储罐安装8-16个传感器；2万立方米储罐安装16-20个传感器；5万立方米储罐安装20-24个传感器；10万立方米储罐安装24-32个传感器。传感器的数量一般取4的倍数。各通道的灵敏度不超过所有通道均值的±3dB。以铅笔芯折断信号标定或以仪器的自动标定功能标定。二、大型储罐的在线检测技术二、大型储罐的在线检测技术储罐的声发射在线检测现场二、大型储罐的在线检测技术检测数据采集参数及实时显示的设置。根据背景噪声水平设定阈值（固定或浮动门槛）、信号参量的取值范围（上升时间、持续时间、振铃计数、能量等），相关图表设置（定位图、幅度分布图、信号-时间图等）。现场测量波速或根据经验选取，波速会影响定位显示，事后也可修正。加载方式。通常为提高液位的方式。检测液位一般为80%的最高允许充装液位，一般不低于60%。检测液位应为检测前至少2周内的最高液位。若现场条件无法达到提高液位的要求，可考虑在检测前的一段时间内先降低液位，检测时再提高液位的办法。稳定。液位提高到检测液位后，关闭储罐的所有进出管阀门和泵，关闭伴热装置等，以免产生噪声干扰。储罐进料过程中会在罐内形成介质的扰动，也会影响检测效果，因此通常需要一定时间的“稳定”过程。稳定的时间取决于加载的速度及储罐的容积，通常为数小时甚至1天。二、大型储罐的在线检测技术检测时机的选择。在储罐稳定后一般检测2小时即可，可以检测更长时间，以便数据事后处理时做比较。避免在恶劣天气（大风、雨雪或冰雹天气检测），检测期间不能触碰罐体，不允许在罐盘梯上走动。检测过程跨越较大的温度差时，考虑由于降温在罐顶形成冷凝介质的滴落干扰信号的影响。必要时可考虑在罐壁的较高位置处安装一定数量的护卫传感器，以剔除外来干扰信号的影响。检测结果。通常在事后对检测数据进行详细处理和分析后得出。检测结果包括罐底板的安全状态（按标准方法分级），薄弱区域的位置，给出处理建议（继续使用或检修的时限）。罐底安全状态一般分为5级（A﹣E）。每个等级都有相应的维修处理方法，具体见下表。二、大型储罐的在线检测技术等级腐蚀状况维修/处理方法A非常微少没有维修必要B少量没有立即维修必要C中等考虑维修D动态维修计划中优先考虑E高动态在维修计划中最优先考虑国内外大量的检验经验表明，大部分的储罐是不需立即维修的。超过50%的罐为不必立即维修的A类、B类罐，即不需要开罐而继续使用。优先维修的计划可基于C﹣E等级及维修费用等。基于这种策略所带来的经济效益非常显著。基于腐蚀状况的级别及维修优先建议二、大型储罐的在线检测技术4）高温或低温储罐（有绝热层）的声发射检测方法声发射检测系统一般只配备常温传感器，其最高使