立式储罐罐体缺陷的磁致伸缩导波扫查成像技术标准研究

庞慕妮 杨宁祥 谢小娟 李继承 陈建勋

摘要：介绍了超声导波技术的分类和优缺点，归纳了国内立式储罐罐体缺陷检测与评价标准，分析了导波扫查成像技术国家标准、行业标准、地方标准、团体标准、企业标准，列举了国外标准，提出了立式储罐罐体缺陷的磁致伸缩导波扫查成像技术标准可在罐体直径范围、检测应用时机、仪器产品标准、检测结果评判4个方向进行研究。

关键词：立式储罐 罐体缺陷 磁致伸缩 导波 技术标准

Study on Standard of Magnetostrictive Guided Wave Scanning Technique for Inspection of Tank Defects in Vertical Tanks

Pang Muni， Yang Ningxiang， Xie Xiaojuan， Li Jicheng， Chen Jianxun

（Zhuhai Branch， Guangdong Institute of Special Equipment Inspection and Research）

Abstract： This paper introduces the classification， advantages and disadvantages of ultrasonic guided wave technology， and sums up the domestic standards for inspection and evaluation of the defects of vertical storage tanks， the national standard， industry standard， local standard， group standard and enterprise standard of guided wave scanning imaging technology are analyzed， and the foreign standards are listed， the standard of magnetostrictive guided wave scanning imaging technology for defect of vertical storage tank is put forward， which can be studied in the range of tank diameter， testing time， instrument product standard and testing result evaluation.

Key words： vertical tank， tank defect， magnetostriction， guided wave， technical standard

1 前言

立式储罐是石化行业常用的容器，按照其工作压力可分为立式常压容器、立式压力容器。立式常压容器主要为储存容器，多用于储存易燃、易爆、腐蚀性、毒性介质等。立式压力容器按照其用途分为反应容器、换热容器、存储容器、分离容器。立式反应容器主要包括合成塔、聚合釜等;立式换热容器主要包括各类冷却器等;立式存储容器主要包括各类液化气体储罐;立式分离容器主要包括吸收塔、干燥塔等。立式储罐长年在介质腐蚀、环境腐蚀及载荷变化条件下运行，不可避免地出现腐蚀、裂纹等缺陷，容易引起介质泄漏，导致严重的经济损失和环境污染。目前，压力容器主要采用系列行业标准NB/T 47013《承压设备无损检测》中的射线检测、超声检测、磁粉检测、渗透检测、涡流检测、目视检测、泄漏检测、声发射检测、衍射时差法超声检测、X射线数字成像检测、漏磁检测、脉冲涡流检测、X射线计算机辅助成像检测等无损检测技术对立式储罐罐体缺陷进行检测，但多数无损检测方法在检测前需停罐并对储罐进行表面处理，存在较大的局限性。特别是立式储罐中的塔设备，内外表面的检验难度均较大，外表面有完整的保温和防腐材料，难以直接对罐体进行检测，检测时需要拆除大量的保温材料和打磨防腐涂层;塔设备的内部装有内件、催化反应介質，难以拆除，且人员难以进入，也造成检测困难。采用超声导波技术可以检测罐体腐蚀，减少保温层的拆除和防腐层打磨，避免不必要的内件和催化介质的拆除，与其他无损检测方法配合，可保证检测质量，提高检测效率，节省检测成本。

2 超声导波技术的分类及优缺点

超声导波检测有电磁感应、激光、磁致伸缩、压电陶瓷等产生超声导波的方法。目前，应用于管状设备的超声导波检测技术主要有磁致伸缩导波和压电导波。磁致伸缩导波与压电导波同属超声检测范畴，各有优缺点，两者的本质区别在于声波的发射与接收方式不同。压电式导波是靠压电晶片的压电效应来完成超声波的发射与接收，因此易于模式控制且能量转换效率高，但在检测前需要对被测工件表面进行打磨处理，不能在带包覆层的条件下进行检测。磁致伸缩导波检测是依靠磁致伸缩效应来发射和接收超声波，即当铁磁性材料置于交变磁场环境中被磁化时，在材料中将会产生随磁场改变而变化的磁致伸缩应变。铁磁性材料在受到弹性应力波作用时将产生逆磁致伸缩效应，导致铁磁体内磁感应强度变化。依据法拉第电磁感应定律，磁感应强度的变化必然造成接收线圈电压的变化，从而实现了机械振动量的转换测量。在介质不连续的情况下，由磁致伸缩效应产生的超声波在传播过程中会产生反射、折射、波形转换及频散等现象，通过对此信号进行相关的特征分析，就可以实现腐蚀缺陷检测。超声导波检测技术是实现罐体大范围腐蚀缺陷检测的重要途径。目前，研究超声导波技术，主要是研制超声导波检测仪器，以及将其检测方法、仪器产品标准化。本文研究了国内外立式储罐罐体缺陷的磁致伸缩导波扫查成像技术标准的现状，为超声导波检测技术在立式储罐上应用的标准研究指明了方向。

3 立式储罐罐体缺陷检测与评价标准

国内立式储罐罐体缺陷检测与评价标准主要分为常压储罐标准和压力容器标准。

3.1 常压储罐标准

我国现行有效的常压储罐检验和评价标准包括：

（1）GB/T 37327—2019《常压储罐完整性管理》，由TC262归口上报，SC6执行。主要起草单位为中国特种设备检测研究院等，主要起草人为李光海等。

（2）GB/T 30578—2014《常压储罐基于风险的检验及评价》，由TC262归口上报及执行。主要起草单位为中国特种设备检测研究院等，主要起草人为李光海等。

3.2 压力容器标准

我国现行有效的压力容器检验和评价标准包括：

（1）GB/T 150.4—2011《压力容器 第4部分：制造、检验和验收》，由TC262归口上报及执行。主要起草单位为合肥通用机械研究院等，主要起草人为崔军等。

（2）GB/T 19624—2019《在用含缺陷压力容器安全评定》，由TC262归口上报，SC6执行。主要起草单位为中国特种设备检测研究院等，主要起草人谢铁军等。

4 导波扫查成像技术标准

4.1 国内标准

国内导波扫查成像技术标准包括了国家标准、行业标准、地方标准、团体标准、企业标准。

4.1.1 国家标准

我国现行有效的超声导波技术相关国家标准包括：

（1）GB/T 31211—2014《无损检测 超声导波检测 总则》由TC56归口上报及执行。主要起草单位为中国特种设备检测研究院等，主要起草人为沈功田等。标准规定了对不同材料的结构件进行超声导波检测的一般原则，适用于磁致伸缩、压电陶瓷、电磁感应和激光等所有能产生超声导波的绳、杆、棒、管、板等几何形状规则的材料元件及构件的超声导波检测，是超声导波检测最权威的标准。标准的主要内容包括：超声导波检测原理、优点及特点、局限性、应用时机与适用对象，检测的基本安全要求，人员的知识和资格要求，检测工艺规程，检测仪器设备及相关器材，检测程序，检测结果的评价及处理，检测记录和报告。

（2）GB/T 28704—2012《无损检测 磁致伸缩超声导波检测方法》由TC56归口上报及执行。主要起草单位为中国特种设备检测研究院等，主要起草人为沈功田等。标准规定了用于快速发现构件中存在截面损失的磁致伸缩超声导波检测方法，适用于检测温度为-20 ℃～550 ℃、直径为10 mm～1000 mm、壁厚为0.5 mm～80 mm管状，直径为10mm～80mm棒状和直径为10 mm～185 mm束状等构件的表面和内部缺陷。如果合同各方同意，也可适用于上述构件的对接焊缝或其他构件的检测。该标准是磁致伸缩检测方法最权威的标准。标准的主要内容包括：磁致伸缩检测方法分类，直接法和间接法原理介绍，检测安全要求，检测人员要求，检测工艺规程，检测设备（仪器、传感器、预磁化器、试件、非导体垫片、维护和校准要求），检测程序，结果解释与评价，检测结果验证，检测报告。

（3）《游乐设施无损检测 第11部分：超声导波检测》（国家标准计划号：20184320-T-469）正在制定，由TC250归口上报及执行。主要起草单位为中国特种设备检测研究院等。该标准起草的目的是针对游乐设施中的钢丝绳、钢索、管件和杆件等在用关键部件难以检测的难题，利用超声导波检测方法解决管件、杆件的腐蚀等宏观损伤的远程快速检测问题。

4.1.2 行业标准

我国现行有效的超声导波技术相关行业标准包括：

DL/T 1452—2015《火力发电厂管道超声导波检测》，由中国电力企业联合会提出，中电联标准化技术委员会归口，能源局公告2015年第3号发布，行业标准备案公告2015年第6号（总第186号）通过备案。标准起草单位为神华国华（北京）电力研究院有限公司等，标准主要起草人为梁军等。标准规定了手动接触方式进行管道周向压电超声导波检测的一般要求、检测方法等，适用于外径为25 mm～1020 mm，壁厚3 mm～80 mm的钢制管道母材及内外表面缺陷的检测。

4.1.3 地方标准

我国现行有效的超声导波技术相关地方标准包括：

DB 36/789-2014《钢制压力管道超声导波檢测方法》，由原江西省质量技术监督局提出并归口。标准起草单位为江西省锅炉压力容器检验检测研究院，标准主要起草人为张路根等。标准适用于材料为碳素钢或低合金钢、直径大于或等于32 mm且工件厚度小于或等于30 mm的钢制压力管道超声导波检测，采用公称频率大于或等于0.5 MHz，小于或等于2.0 MHz的单斜探头导波对钢制压力管道母材表面及内部缺陷进行检测，主要发现存在的体积型缺陷和面状缺陷。

4.1.4 团体标准

我国现行有效的超声导波技术相关团体标准包括：

T/SMA 0002—2019《断路器操动机构储能弹簧电磁超声导波检测技术规范》，由上海市计量协会发布。标准起草单位为国网上海市电力公司电力科学研究院，标准主要起草人为骆国防等。标准规定了手动方式进行断路器储能弹簧电磁超声导波检测的一般要求、检测方法等，适用于拉簧、压簧的检测。

4.1.5 企业标准

（1）Q/HZTS 003—2011《无损检测 超声导波检测方法》由广东省特种设备检测研究院惠州检测院编制和发布，标准起草人为李磊等。标准是在GB/T 31211—2014、GB/T 28704—2012等国家标准的基础上，结合企业的检测仪器设备、检测人员、检测工艺实际情况编制的，主要用于指导该企业开展压力管道的磁致伸缩导波检测和压电导波检测。

（2）Q/LYTX 085—2018《超声导波检测》由贵州绿源天鑫系统技术有限公司编制，该标准规定了钢质管道超声导波检测所必须的操作程序、检测周期和范围，明确了钢制管道超声导波检测要求、检测报告格式和验证方法，主要用于指导该企业开展导波检测、出具检测报告、开展导波检测培训、实施导波设备维护和保养。

（3）Q/ZDJY 01—2018《金属管道腐蚀超声导波B扫检测和评价方法》由杭州浙达精益机电技术股份有限公司编制发布，主要起草人为唐志峰等。标准规定了利用磁致伸缩超声导波对在疫压力金属管道腐蚀的检测方法及缺陷等级评定，适用于管道外径大于100 mm，壁厚1 mm～30 mm，壁温在 0 ℃～230 ℃的钢制无缝钢管。该标准内容详细，用于指导磁致伸缩超声导波检测和结果评价，可操作性强。

4.2 国外标准

国外现行有效的超声导波技术相关标准包括：

（1）ASTM E2775—2016《使用压电效应转换的地上钢管道工程管导波测试规程》。

（2）BS ISO 18211—2016《非破坏性测试 使用带轴向传播的导波测试对地上管道和工厂管道进行远程检查》。

（3）BS 9690-1—2011《无损检测 导波检测 第1部分：一般指导和原则》。

（4）BS 9690-2—2011《无损检测 导波检测 第2部分：用于管道、管线和结构管的导波检测的基本要求》。

5 立式储罐罐体缺陷的磁致伸缩导波扫查成像技术标准研究

基于对立式储罐罐体缺陷的磁致伸缩导波扫查成像技术的研究，分析现有技术标准的制定和实施情况，表明立式储罐罐体缺陷的磁致伸缩导波扫查成像标准的主要研究方向包括：罐体直径范围，检测应用的时机，仪器产品标准，检测结果评判等。

5.1 罐体直径范围

GB/T 28704—2012适用于温度为-20 ℃～550 ℃、直径为10 mm～1000 mm、壁厚为0.5 mm～80 mm管状设备，主要应用于金属压力管道，少见应用于立式储罐设备。一些立式储罐直径超过1000 mm，且罐内部件影响因数与管道的影响因素不同。一些常压立式储罐，直径数十米，似于平板结构，其检测要求与管道设备的检测不同。因此，研究导波检测罐体直径范围，增加相应的标准技术条款，对扩大导波检测的应用范围有重要意義。

5.2 检测应用时机

常见的立式储罐检验时机包括监督检验和定期检验。研究储罐在制造、安装监督检验以及定期检验的导波检测实施时机，对发现缺陷、消除隐患有重要意义。导波实施时机主要需要结合考虑制造、安装、定期检验过程的宏观检查、焊接、热处理、常规无损检测、压力试验等环节。选择最优的检测应用时机，将推动导波检测与其他无损检测结合，优化导波检测的用途。

5.3 仪器产品标准

目前，市面上常用于工程领域的两种导波检测仪器为磁致伸缩导波检测仪和压电式导波检测仪，主要是进口仪器。北京工业大学等高校的导波检测仪也有部分市场。国内缺少导波检测仪器产品标准，对于传感器精度，磁化器精度，检定和校准周期，日常维护要求，以及仪器本身的工作频率、分辨率、电压峰值、水平线性误差、垂直线性误差、可适用的温湿度、仪器防爆要求等没有明确规定。研究这一方面的标准，对提升仪器设备产品质量有重要意义。

5.4 检测结果评判

超声导波检测应用于承压设备检测，其结果仅能作为预判的依据，超声导波检测的数据图、分析图仅能作为其他无损检测方法的参考，其结果需要通过系列行业标准NB/T 47013中的目视检测、超声波测厚、射线检测、超声检测、磁粉检测、渗透检测、漏磁检测进行验证，不能作为承压设备安全结论的直接判据，这使超声导波检测在承压设备检测的应用方面存在较大短板。同时，超声导波检测与承压设备监督检验、定期检验的结论判定关联不大，不能作为安全状况等级评判的直接依据。因此，研究这一方面的标准，将进一步推动超声导波检测在承压设备检测中的应用。