聲發射技術在立式儲罐罐底檢驗與評價中的應用

摘 要：介紹了聲發射罐底檢測技術的現場應用。通過對某碼頭3臺立式儲罐的檢測結果的分析，得到了相應的技術評價等級。結果表明，采用該項技術可以對立式儲罐罐底的結構完整性作出評價。對實際檢測工作具有一定的參考價值。
關鍵詞：立式儲罐；罐底；聲發射；檢驗；評價
1引言
立式儲罐常年在自然環境和液位變化的條件下運行，受到多種不利因素影響，特別是儲罐罐底不可避免地受到各種損傷，使介質泄漏，引起嚴重災害和環境污染。而罐底是立式儲罐中最易出現問題的部位[1]，一方面其承受著液位變化帶來的交變載荷作用，另一方面由于儲罐中的介質通常都具有很強的腐蝕性，這些物質沉積后在罐底形成的覆蓋層不僅從整體上削弱罐底的強度，而且還會在局部形成腐蝕坑，進一步發展為穿孔，使罐底泄漏[2]。目前常采用磁粉法、滲透法、射線照相法、超聲等常規檢測方法的一種或幾種組合對罐底進行離線檢測[3]，很明顯其置換、清空、搭設腳手架等非檢測費用遠高于檢測費用，并且被檢儲罐中有一定的"好罐"可以繼續服役一定時間，這樣勢必會造成的一定的經濟損失。聲發射技術是對儲罐底部進行檢測的比較有效的方法，其采用先進的聲波傳感技術，就能判斷罐底是否存在聲源且確定其位置。這些聲源表明存在泄漏或有潛在的泄漏，以及嚴重的腐蝕區域[4]。
采用聲發射檢測和評價方法，可以逐步建立儲罐的腐蝕狀況的數據，并進行壽命的預測和預報，在保證儲罐安全運行的基礎上，延長使用周期，節省檢修費用，提高儲罐的使用效率[5]。將聲發射技術用于立式儲罐罐底的檢測工作在我國已探索了一定的時間，國外已制定了這方面的檢測方法。值得高興的是，通過我國大量科研工作者及現場檢測人員的不懈努力與摸索，我國第一部《常壓金屬儲罐聲發射檢測及評價方法》機械部標準即將頒布。這必將推動我國立式儲罐聲發射檢測的快速發展。
2儲罐基本概況
某碼頭3臺立式儲罐自投入運行后未進行過全面檢查，運行達10余年。這些碼頭儲罐主要起中轉的作用，即盛裝油輪卸下的化工原料經短暫儲存后，經罐車運送到用戶。因此儲罐盛裝的介質根據用戶的需要變化而變化，均為化工原料。3臺立式儲罐的基本參數如表1所示。
表1 儲罐的基本信息
儲罐編號 盛裝介質 儲罐體積（m3） 使用年限 尺寸 罐頂類型 保溫
602 化工原料 4000 11
10 Φ18000×16000mm 拱頂 無
208 化工原料 1800 11 Φ12000×15800mm 拱頂 無
305 化工原料 4000 10 Φ18000×16000mm 拱頂 有
3檢測方案
3.1聲發射檢測參數
檢測儀器：美國PAC DiSP 56聲發射檢測系統；超聲波液位計 超聲波物位計 超聲波清洗機 超聲波測厚儀 洗片機
傳感器型號：R3Ⅰ-AST，共振頻率：30kHz；
檢測頻率：20-60kHz；增益：40dB；門檻電平：40dB；
檢測標準：GB/T18182-2000《金屬壓力容器聲發射檢測及結果評價方法》
3.2傳感器布置
對于無保溫層的立式儲罐，沿距罐底0.2m高的筒體外壁圓周上均布傳感器；而對于有保溫層的立式儲罐，在每個地腳螺栓的筋板中部安放傳感器，如圖1所示。具體為：罐602安放12個傳感器；罐208安放8個傳感器；罐305安放12個傳感器。以罐602為例，傳感器布置如圖2所示。

3.3加載方式
為使檢測數據充分、結果可靠，同時在確保用戶正常運行條件下，使用介質進行加載（升液位）。在液位達到要求后即開始聲發射監測。檢測前對所有通道進行標定，在達到靈敏度要求的前題下開始進行加載。升到要求液位后，穩定一段時間即開始檢測，檢測過程中關閉所有進出口管線閥門，直至檢測結束。為使檢測數據正確可靠，在檢測結束后再次對所有通道進行標定。3個儲罐的加載曲線分別見圖3（a）、3（b）、3（c）所示。

4檢測結果及信號分析
本次聲發射檢測是利用儲罐介質加載進行罐底檢測，聲源的二維及三維定位圖如圖4-8所示。對于罐602，在液位達到12m后的11.3小時監測過程中均存在較多的定位信號，而且形成一定的定位集團，分析后認為可能是由腐蝕產物的開裂引起，罐底板腐蝕比較嚴重；對于罐208，在液位達到14.8m后0.5-4.5小時內的監測過程中定位信號很少，沒有形成集中的定位集團，其罐底質量狀況較好；對于罐305，在液位達到13.9m后的1-2.5小時內及7.5-8.5小時內監測過程中均存在較多的定位信號，而且形成一定的定位集團，罐底板腐蝕比較嚴重。

5結論
（1）聲發射檢測技術作為一種動態無損檢測技術，可以在儲罐運行的條件下進行，并可對儲罐罐底的腐蝕狀態做出判斷；
（2）經安全評定：
（a）罐602儲罐罐底安全等級為C級，即有一定腐蝕行為的儲罐，但無需立即進行清罐檢查，可以繼續使用一定時間。鑒于自投用以來未進行過全面檢查，建議2年內開罐全面檢查；
（b）罐208儲罐罐底安全等級為B級，即存在少量腐蝕行為的儲罐，可以繼續使用一定時間。鑒于自投用以來未進行過全面檢查，建議4年后進行開罐全面檢查；
（c）罐305儲罐罐底安全等級為C級，即有一定腐蝕行為的儲罐，無需立即進行清罐檢查，可以繼續使用一定時間。鑒于自投用以來未進行過全面檢查，建議1年后2年內進行開罐全面檢查。