储罐底板声发射检测与漏磁检测结果对比分析

□邵雪微 赵永涛

近年来，随着经济的快速增长，我国建设了大批的石油战略储备基地，大量的油品被储存在大型的常压储罐中。因此，国家及相关部门非常重视储罐的安全运行风险，并制定了相应的技术法规[1]。根据大量的资料调查和事故案例分析发现，储罐的底板是储罐腐蚀最严重的部分。因此，底板的无损检测已经成为确保储罐安全运行的关键技术手段。当前国内外使用最多的储罐底板无损检测方法是声发射在线检测技术和开罐漏磁检测技术[2]。

一、储罐底板声发射检测和漏磁检测原理

(一)储罐底板声发射检测原理。声发射(AE)是指材料内部在外界的影响下突然释放应变能而产生的瞬态弹性波[3]。底板是储罐腐蚀最严重的部分，所以发出的声发射信号也最强。储罐底板的腐蚀层脱落与开裂、腐蚀过程中能量的转换与释放以及油品的泄漏等都会产生声发射信号。油品是声音信号的良导体，油品介质可以将声发射信号传播到数十米远的地方，而几乎没有衰减。

由于储罐底板腐蚀产生的声发射信号，通过油品介质传播到罐壁，使罐壁产生机械振动；耦合在罐壁表面的传感器将声波信号转换为电信号；通过将信号前置放大、调制、放大、滤波积分、微分和A/D转换等处理，能够得到具有一定幅值的电压或数字信号；声发射检测系统从采集到的信号中滤除各种干扰，获取有效的声发射信号[4]。根据相关标准参考处理结果，即可得到储罐底板腐蚀缺陷的情况并可对其腐蚀状态进行分级和评价，最终给出被检测的储罐底板检测和维修建议。声发射检测原理如图1所示。

图1 声发射检测原理图

(二)储罐底板漏磁检测原理。漏磁检测(MFL)是通过强大的外加磁源对储罐底板进行磁化，若储罐底板没有腐蚀、开裂等局部缺陷，其磁力线全部被约束在由储罐底板组成的磁路内，表面基本无磁场；如果储罐底板存在局部缺陷，与底板相比较，其导磁率很小，磁阻很大，磁路中的磁通会在缺陷处发生畸变，畸变磁通即所谓的漏磁通，畸变的磁通信号对应着缺陷的特征信息，磁感应装置扫描底板时，就能够获得相应的漏磁场信息，然后运用专业的分析软件对扫描的数据进行处理，就能够直观地获得缺陷的特征信息，如深度、大小等[5]，从而判定储罐底板的缺陷状况。漏磁检测原理如图2所示。

图2 漏磁检测原理图

二、声发生检测过程及结果

对某油库罐区3000m3的原油储罐进行储罐底板声发射在线检测，其运行年限已近17年。

(一)声发射检测过程。本次检测使用美国PAC-SAMOS声发射检测分析仪，传感器型号为R3I，耦合剂选择真空脂。储罐底板在线声发射检测步骤如下：第一，关闭所有干扰源，如进出油口、搅拌器、加热盘管等，充液到最高设计液位的80%以上，静置3h以上，以保证液位完全静置，消除原油撞击储罐、阀门振动等噪声影响；第二，如图3所示，在储罐外壁板高200～500mm处安装传感器，测试并校准灵敏度，确保各传感器接收信号的有效性和各通道连接顺序的正确性；第三，连续监测2h以上，监测过程中包含环境噪音、冷凝滴液等干扰；第四，数据处理及分析。一是对噪声信号进行滤波，即使用小波算法滤除声发射波形中的“毛刺”部分；二是根据声发射特征参数之间的相似性，使用距离计算方法对数据进行聚类；三是参考有效声发射信号的特征，筛选出含有储罐底板真实腐蚀信号的数据进行后续分析；四是根据对有效腐蚀信号活动性的统计和分析，对储罐底板的腐蚀状态进行分级和评价，并出具相应的检测报告[6]。

图3 传感器布置图

(二)声发射检测结果。同时采用GB/T18182-2012《金属压力容器声发射检测及结果评价方法》和JB/T10764-2007《常压金属储罐声发射检测及评价方法》两种评价方法对检测的储罐底板进行分析和分级。

1.储罐底板声发射源的时差定位分析及分级。根据储罐底板声发射源的时差定位分析，在储罐底板上划定圆形或正方形评定区域，其长度不大于直径的10%，将相对比较集中的定位区域进行局部放大分析处理，并计算出每小时出现的定位事件数E[7]。如表1所示。

表1 时差定位分级及评价

2.储罐底板声发射源区域定位分析及分级。根据检测标准的分析，计算出各独立通道有效检测时间每小时出现的撞击数H[8]。如表2所示。

表2 区域定位分级及评价

表1和表2中的C值和K值为两种评价方法的临界值，需要通过多次的检测和开罐验证来获得。

声发射数据分析表明：罐底声发射信号强度为中强度，大部分通道的撞击数较多，声发射撞击总数较多，声发射信号活度为活性。

综合表2和表3分析结果认为，储罐罐底声发射检测评价结果为Ⅲ级，建议三年内开罐检查，或再次进行声发射检测。

图4 声发射检测二维定位 图5 声发射检测三维定位

三、漏磁检测过程及结果

上述对储罐进行了声发射在线检测，并得出了一定的结果。现对储罐进行开罐漏磁检测，以证明声发生检测结果的可靠性。

(一)漏磁检测过程。本次检测使用的是由中国石油集团安全环保技术研究院自主研发的漏磁扫描检测仪，该检测系统扫描宽度为250mm，可穿透6mm涂层，检测厚度可达12.5mm，灵敏度为20%，系统实物如图6所示。

储罐底板开罐漏磁检测步骤如下。

1.检测前。检测前，将储罐底板清洗干净，要求达到漏磁检测标准。

2.对漏磁检测仪进行标定。根据标准规定：试板需采用与被检材料相同或者磁特性相近的钢板制造完成。此次被检储罐底板的厚度为6mm，材料是Q235A，所以，使用相同规格的材料作为校准试板，完成标定。

3.对储罐底板进行编号。根据储罐底板的基本结构形式，选择合适的基准参照，按照“从左到右，由上至下”的原则，完成编号，如图7所示为编号方案。

4.对储罐底板进行扫查。第一，选择合适的基准点，将设备移动到基准点处；第二，用手推动扫描仪沿着底板长轴的方向进行扫查，到达终点以后，将设备移动到下一个基准点按照同一方向进行扫查；第三，扫查完成后电脑系统中将会显示储罐底板的腐蚀缺陷状况。

图6 漏磁检测扫描仪 图7 漏磁检测储罐底板编号

(二)漏磁检测结果。对储罐底板的漏磁检测结果如图8所示。

图8 漏磁扫描结果 图9 底板腐蚀局部形貌

四、声发生检测与漏磁检测结果对比分析

通过对储罐的声发射检测结果与漏磁检测结果对比分析发现，两种检测方式具有很好的对应关系，证明声发射检测技术在储罐底板安全性评价方面具有可靠性。

五、结语

通过上述的对比分析实验，总结出以下结论：第一，声发射检测是一种在储罐不停产、不清罐的情况下，对储罐底板的缺陷状况进行检测的技术，能够及时对储罐底板的状况进行分级和预警，可以大大减少储罐泄露事故的发生；漏磁检测是一种成本低、操作简单、结果直观的储罐底板腐蚀缺陷检测技术，能够对储罐底板的维修工作起到很大的作用。第二，储罐底板的声发射检测与漏磁检测具有良好的对应关系，证明了声发射检测技术对储罐底板安全性评价的可靠性，以及在各个石油生产单位储罐检测中的实际应用性。第三，将两种技术相结合，通过声发射在线检测对储罐底板的缺陷情况及时有效的分级和预警，从而可以在不影响生产的情况下，大大减少了检修成本。对于声发射评价结果显示需要清罐进行详细检查的储罐使用漏磁检测方法对储罐底板进行扫查，并对底板的缺陷状况进行定量分析，检测结果可为底板的检修提供科学依据。第四，这种声发射检测与漏磁检测相结合的检测方式，经济效益显著，可节省检验和检修成本50%以上；节省时间，声发射检测可以在1～2天内完成，如果需要开罐漏磁检测也只要简单进行清理，不用破坏底板的防腐层，整个过程可以在几天内完成。综上所述，这种结合检测的方式具有广阔的应用发展前景。