大型常压储罐在线超声检测及相关设备研制关键技术研究

方 舟 刘德宇 李光海

（中国特种设备检测研究院 北京 100029）

常压储罐是石化装置和储运系统的重要组成部分，具有容积大，分布集中和可储存易燃、易爆、有毒介质等特点。近些年来，随着世界石油工业的迅速增长和能源需求的不断增加，原油和成品油的储备受到了各国的普遍关注，因此对各类油库的储备能力提出了更高的要求，各类储罐的数量也急剧增加[1-2]。目前，10万立方米储罐已成为我国石油化工行业原油储罐建设的主要结构。

在常压储罐的使用过程中，由于承载介质的压力、温度以及外界环境因素的共同影响，储罐会产生腐蚀、裂纹等多种缺陷，其中罐底腐蚀是造成常压储罐失效的最主要原因之一。当储罐发生外泄时，不仅会造成环境污染，而且可能酿成重大火灾及爆炸事故，给企业带来无法挽回的经济损失和恶劣的社会影响[3]。因此，储罐的安全运行直接影响到生产装置的正常运作。

解决罐底腐蚀问题、防止泄漏事故的手段有两种：一是在储罐建造期间加强防腐措施，防患于未然；二是使用期间加强监测、监控，提早发现问题，安排检修计划。以检测手段为主，长期以来，我国主要采取定期开罐检查的方法评价储罐强度和安全性。但目前，我国大型石化企业为提高经济效益，均实行装置长周期运行，延长检修周期。虽然该做法可得到较为可观的经济效益，但随着石化设备老化和安全问题的日渐突出，迫切需要既能保证安全又经济方便的储罐在线检测新方法。

因此，开展针对储罐底板腐蚀缺陷的在役无损检测技术研究是十分必要的，它对于大型常压储罐的安全运行、事故预防和维护成本具有重要意义。

1 项目目标及总体研究方案

1.1 总体思路

该项目拟采用先进的自动控制技术、多介质声定位技术及超声波检测技术，研制大型常压储罐底板在线超声测厚系统，实现智能在线液浸式罐内罐底板厚度测量，同时通过集成较高精度步进驱动和定位技术、多介质超声信号处理技术和超声C扫描成像技术，形成大型常压储罐底板在线C扫描成像功能，同时对大型常压储罐底板腐蚀状况进行分级评价。

1.2 项目目标

该项目针对我国大型常压储罐缺少有效的在线检验检测手段、安全评定技术和科学的风险管理体系的问题，开展在线不停车检验检测技术、检测装备和腐蚀安全评定关键技术研究，以达到能够对我国大型油气、化工物料储备库的大型常压储罐实施不停产的在线检测和安全评定，最终实现大型常压储罐的风险管理的科学实施，提高我国油气、化工物料储备库的长周期安全运行管理提供基本的技术保障和高效的运行、维护水平。

该项目是在现有承压设备的在线不停车检验检测技术和完整性管理理念研究的基础上，开展大型油气、化工物料储备库的大型常压储罐的在线不停车检验检测技术、安全评价技术和管理方法研究，同时结合具体的情况，研究大型常压储罐的检验检测方法、设备和安全评定的准则。

1.3 研究内容和技术方案

项目组搭建不同尺寸和功能的试验平台并进行一系列试验研究，提出储罐底板在线检测和评价方法；研发一套适用于储罐不开罐检测的仪器设备及配套软件系统；对大型常压储罐底板腐蚀状况进行分级评价方法研究，形成方法导则草案；开发一套腐蚀评价软件系统；对项目成果进行现场示范及应用推广。项目研究技术方案如图1所示。

图1 总体研究方案

1）通过技术开发，采用现有先进的自动控制技术、电子技术及超声波技术，研制大型常压储罐底板在线检测系统定位及驱动模块，实现智能在线液浸式罐内罐底板厚度测量，实现罐底板厚度的在线测量；

2）通过技术开发，采用现有先进的计算机软件技术、自动控制技术、电子技术及无损检测C扫描技术，实现大型常压储罐底板在线C扫描成像功能并开发相应的软件，形成罐底板腐蚀状况的在线测量及C扫描成像系统；

3）通过软件开发，在结合上述基本调研结果的基础上，结合所开发的智能系统搭载的各个模块所采集的数据，进行分析、对比及研究，实现大型常压储罐底板腐蚀结果评估软件系统的初步开发，形成一套适合于我国大型常压储罐基本特点的腐蚀状况分级方法；

4）基于我国大型储油库的基本原油、化工物料特点，结合我国气候、土壤的特点，通过智能系统搭载的多个检测、测量模块，实现大型常压储罐的在线检测技术，形成一套大型常压储罐在线检测及综合安全性评估方法导则草案。

2 项目主要技术内容及创新点

1）通过采用超声波检测技术和高精自动控制技术，研制常压储罐底板在线超声测厚功能模块，实现智能在线液浸式罐内罐底板厚度测量，厚度测量精度不低于0.5mm，且不超过板厚的10%；

2）通过集成较高精度步进驱动、定位技术和超声C扫描成像技术，研制常压储罐底板在线C扫描成像功能模块，扫查壁厚范围2～25mm；

3）研究多介质声定位技术和多介质超声信号处理技术，优化定位算法，对比不同脉冲发射器与信号持续时间、能量的关系，进行信号衰减和定位精度试验，研制声定位模块，实现检测设备在储罐内的实时准确定位功能，定位精度100mm[4-5]；

4）在自主搭建的试验平台上进行大量试验研究，利用制作的标准缺陷和真实腐蚀缺陷试板，对超声成像方法、探头选择等影响因素进行对比研究，形成一套在线测厚和C扫检测技术及装备研发实验方法；

5）开展仪器机械部分和电器部分的研究，并集成上述关键功能模块，形成一套储罐底板在线检测装备主机及配套数据采集分析软件；

6）结合检测装备采集的数据进行分析、对比，研发大型常压储罐底板腐蚀结果评估软件系统，形成一套适合于我国大型常压储罐基本特点的腐蚀状况分级方法；

7）综合考虑我国大型储油库的基本原油、化工物料特点，以及气候、土壤特点，制定大型常压储罐底板在线检测方法及安全性评估方法导则草案。

3 项目应用推广情况

该项目形成两项显著成果——研制储罐在线超声检测仪器设备系统一套，制定大型常压储罐底板在线检测方法及安全性评估方法导则一套。

项目组在镇海炼化、海南炼化等大型企业开展了储罐在线不停车检验检测技术、大型储备库设备的风险管理理论体系搭建和安全评定关键技术应用示范。受到企业的认可。

项目成果帮助部门首次拓展了海外项目，帮助伊拉克南部的哈法亚油田，进行储运设施的腐蚀检测、评价与管理，该项目得到海外用户和中石油技术人员的认可，并邀请我方在接下来的三年中继续为其提供技术支持，并联合开展相关研究。

针对常压储罐底板腐蚀失效形式，开展了储罐在线超声检测仪器设备的研制工作，建立适合我国国情的大型常压储罐底板在线检测方法及安全评估方法，实现重大生产事故预警，确保石油化工装置长周期运行。

该项目所取得的成果可广泛应用于我国各大型常压储罐的检验检测与安全评估。一些性能数据可用于先进的安全寿命设计、损伤容限设计、耐久性设计和可靠性设计等方面，保障储罐设备安全可靠运行。同时可为在役设备剩余寿命预测与评估提供材料技术依据，保障储罐设备的长周期安全运行。

该项目在企业开展的在线不停车检验检测技术、大型储备库设备的风险管理理论体系和安全评定关键技术应用示范，达到能够对我国大型油气、化工物料储备库的大型常压储罐实施不停产的在线检测和安全评定，最终实现大型常压储罐的风险管理的科学实施，提高我国油气、化工物料储备库的长周期安全运行管理提供基本的技术保障和高效的运行、维护水平。

[1]赵彦修，项军杰，王十，等. 大型常压储罐在用检验技术与策略[J]. 中国特种设备安全，2014，30(06)：29-33.

[2]Safizadeha M S, Azizzadeha T. Corrosion detection of internal pipe line using NDT optical inspection system[J].NDT and E International, 2012, 52(11): 144-148.

[3]闫河，沈功田，李邦宪，等. 常压储罐罐底腐蚀的漏磁检测与失效分析[J]. 无损检测，2006，28(02)：75-77.

[4]沈功田，刘时风，戴光，等. 声发射检测[M]. 中国特种设备检验协会，2015.

[5]沈功田，段庆儒，周裕峰，等. 压力容器声发射信号人工神经网络模式识别方法的研究[J]. 无损检测，2001，23(04)：144-146+149.

[6]沈功田，耿荣生，刘时风. 声发射源定位技术[J].无损检测，2002，24(03)：114-117+125.