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1、全波形声发射仪用于油罐底部腐蚀状况的检测 象其他金属结构和设备一样，贮油罐尤其是罐底在服役几年后也易遭受腐蚀；但不象其他 结构，如果贮罐中的油不被清光的话，是很难发现或检测罐底腐蚀的。由于环保问题已是 当今人类关注的主要焦点，罐底须履行定期检测来发现有害腐蚀以避免由此引起的泄漏事 故。通常每隔数年需对贮罐腐蚀状态进行一次例行检测。尽管现行的定期例行检测方法可以避免一些腐蚀引起的泄漏事故，但检测的经济性 一直是人们关注的课题。由于缺乏有效的在线检测方法，通常需停止使用并清罐后才能用 一些无损检测设备进行罐底检测。对于一些大罐，全部操作过程可能要超过 30 天，所以相 关费用相当高。在理想的情况下
2、，被清罐检查的贮罐刚好是严重腐蚀且需要维修的罐；而 不幸的情况是，付出大量费用进行清罐检查的罐可能是不需要维修的好罐。遗憾的是：按 现行的维护策略，后一种情况在实际工作中经常发生。通常情况是一些罐在例行维修之前 就已经发生了严重腐蚀，而另一些罐在达到例行维修期时，还远没有出现有害腐蚀。实际 上，对于一些贮罐公司做如此大批量的清罐检查往往受到费用的限制，很难对大批等待维 修的贮罐列出维修优先顺序，如果无谓地清光那些好罐，将会造成很大浪费。因此如果有 一种好的技术能帮助管理者列出贮罐的维修优先顺序，不仅能节省费用，更能节省时间。鉴于上述原因，对于石化行业来说，一种能进行在线检测的非侵入式、不停产、
3、不 清罐、经济适用的罐底腐蚀状况评估技术应该是很有前景的。实际上，这种技术就是声发 射罐底状况监测技术，也就是本文所要论述的技术。声发射技术是一种在许多行业被广泛用于材料性能测试及状态监测的无损检测技术， 下文首先介绍这种技术用于罐底检测的原理，进而用大量工业应用统计结果来验证这种技 术的实际效果。2、技术背景介绍声发射是一种来自于材料内部由于突然释放应变能而形成的一种弹性应力波。诸多 原因可以释放这种应变能，象材料裂纹、断裂、应力再分配、撞击及摩擦等。在腐蚀过程 中由于氢脆裂纹的产生及腐蚀引起的断裂和分层也产生声发射波。不象振动波和可听音， 声发射信号波形具有非常小的幅度和非常高的频率(10
4、0KHz-2000KHz)，人类的听觉器官是 不会感知的。但它可被高灵敏度的声发射传感器接收到，这种声发射传感器可将这种弹性 波信号转换成电信号进而由声发射系统来数字化和处理。声发射波信号不仅在它所产生的材料内部传播，也能传到材料表面并沿表面传播直 至其能量完全衰减为止。所有材料，包括固体、液体及气体都能传播声发射波，但不同材 料具有不同的信号衰减率。有幸的是，油是一种很好的传导介质。由罐底腐蚀引起的声发 射波信号可通过油介质传播到数十米远的地方，以致于可以被安装到罐外壁的声发射传感 器接收到，这种声发射信号可由先进的声发射仪器及软件进行数字化分析。由于一个声发 射源信号可被几个不同的声发射传
5、感器接收到，因而可以根据接收时差对声发射源进行定 位计算，这也是声发射技术的另一主要特征。一、声发射罐底腐蚀检测。这种设备并不复杂，它由传感器、前置放大器、电缆线、 声发射处理卡、计算机及软件等构成。所有检测过程都非常简单和方便，主要包括如下几 个步骤：1) 充油至 80%以上液面并使贮罐稳定几个小时（该过程可在夜间完成） 。2) 在罐的外壁底部安装传感 器并由电缆线连到主机上（1 小时）3) 运行声发射仪测试 1 小时4) 存贮数据到计算机硬盘，进行下一罐测试5) 在检测后进行数据处理，分析及出报告。显然，上述过程不需要倒罐及清罐，只是在检测前需关闭阀门和泵几小时（最多 24 小时） ，检测
6、完成后罐可立即投入使用。此外，由于它也非常省时省力，它比其他象超声， 磁粉等离线检测方法更省费用。如果把倒罐、清罐、检测、重新充罐以及停产等所有因素 都考虑进去，这种方法的经济高效的特点是非常显著的。二、结论传统的贮罐罐底腐蚀检测技术都是离线检测，耗时且不经济。本文讨论的全波形声 发射检测技术则相反，是一种在线、高效、经济的方法。该技术原理已在本文中介绍，来 自于工业应用的统计结果也显示了这种技术的可靠性和有效性。该技术最令人满意的结果 是对于声发射分类结果的 A 类罐与好罐具有 100%的对应关系。其它声发射分类级别与实 际罐情况也有相当的可靠性。该技术可使贮罐拥有者避免对那些好罐强制进行没
7、必要的开 罐检查，并帮助他们对其它一些多少有些腐蚀的贮罐列出维修优先级。节省数以百万元之 计的费用就在贮罐管理者的科学决策之中。储油罐常见缺陷检查及修理方法摘 要： 随着运行年限的增长, 储罐必然会进入修理期。近年来在石油、石化企业的设 备维修、大修工程中, 每年都有多台储罐进行修理。修理方案制定的合理与否, 直接关系到 储罐修理的质量和投资, 而修理方案的制定, 必须依据储罐检测的结果。因此, 储罐检测对 缺陷的发现及制定修理方法至关重要。为此介绍了常见缺陷的检查及修理方法, 对类似工 程的施工有一定的指导意义。1 储油罐常见缺陷的来源储油罐缺陷可分为两大类, 一类为投入使用之前储油罐上已存
8、在的缺陷, 称为“先天性” 缺陷; 另一类为使用过程中发展(或扩展) 了的和新生的缺陷, 称为“后天性”缺陷。1) 先天性缺陷 一是微小的未超“标”缺陷, 常见的有: 冶炼缺陷缩管、气 孔、非金属夹杂物; 轧制缺陷夹层、发纹、拉痕、白点等; 锻造缺陷折叠、 断裂、白点等; 机加工缺陷几何形状或尺寸不符, 残留有加工应力、冲压裂纹等; 焊接缺陷气孔、夹渣、咬边、弧坑、非金属夹杂、未熔合、未焊透、坡口裂纹、 应力裂纹等; 热处理缺陷热处理裂纹和附加残余应力等; 其他的表面缺陷。二是 漏检的缺陷, 指那些超过标准的缺陷, 因某种原因而被残留在储罐本体或其零、部件中。漏 检的原因一般为: 质量标准掌握
9、的不严、不准; 因抽检率的关系, 缺陷恰好处于抽检范 围之外; 受检测仪器设备的配备情况及仪器本身灵敏度的限制; 因检测人员临场经验不 足, 掌握仪器的技术水准不高, 熟练程度不够而导致的判断失误; 检测人员责任心不强。2) 后天性缺陷 主要包括以下内容: 先天的未超“标”缺陷, 经使用后扩展成为超 标缺陷: 漏检缺陷本身的再扩大; 由于使用条件的不良, 材料在腐蚀、磨损、应力、温 度等特殊条件作用下,而生成的新的缺陷; 由于长时间的交变载荷(如压力的波动等) 的作 用, 而新生的应力裂纹和疲劳裂纹; 多次返修或检修不当生成的新的缺陷。2 储油罐常见缺陷的处理方法缺陷的存在, 不仅会直接影响到
10、储罐的使用寿命, 而且是突发事故的祸端。因此, 找出 存在的缺陷, 分析缺陷的起因, 观其症状, 正确使用消除缺陷的方式与方法, 或采取有效的 控制缺陷发展(扩展) 的措施, 就显得极为重要。缺陷的发现, 除了靠在严格程序下认真仔 细的全面目视检查外, 就是正确选用科学的无损检测方法来进行寻找和发现, 而不同的无损 检测方法则适用于发现不同类型的缺陷。2.1 裂纹处理1) 罐壁母材上的裂纹、表面及近表面的裂纹: 用圆弧过渡的打磨方法消除, 然后用磁 粉探伤检验或复验。2) 内部裂纹: 先用超声波探伤找出裂纹位置, 再用射线探伤找出裂纹的实体图形, 然 后用截断法或挖补法来处理这一裂纹。3) 热
11、影响区裂纹: 一般用打磨法消除, 并用磁粉或着色探伤确认已无裂纹为止, 然后 补焊或打磨圆滑过渡。4) 焊缝区裂纹: 用射线或超声波探伤找出裂纹的尖端, 用截断法在裂纹两端钻截止孔, 孔深稍大于裂纹深度; 或在裂纹两端用角向磨光机打出沟槽(止裂槽) , 铲、磨去整条裂纹, 修磨成合适的坡口;用射线探伤、着色探伤验证裂纹已完全挖尽, 最后焊补。2.2 焊接缺陷处理1) 未熔合: 一经发现, 即应铲、磨除掉后重焊。2) 未焊透: 超标缺陷铲、磨除掉后重焊。双面焊时可在坡口较浅的一面磨、铲至一面 露出焊根后焊补。3) 夹渣: 超标缺陷铲除重焊。4) 气孔: 内部气孔超标缺陷磨铲除掉后重焊; 表面气孔
12、用砂轮打磨去除, 并用磁粉探 伤或着色探伤验证已不存在表面气孔, 然后焊补。5) 咬边: 焊补, 不超标者打磨成圆滑过渡。6) 焊瘤: 打磨、铲去重焊。7) 烧穿: 单面焊时的烧穿, 用铲磨去除缺陷, 重新焊接; 双面焊时的烧穿, 在背面铲磨 除去缺陷后, 重新焊补。8) 弧坑: 打磨后焊补至饱满。9) 焊缝外形尺寸不符合要求的: 焊缝加强高过高或过宽, 可用砂轮打磨; 焊缝加强高过低或过窄,应清理表面, 然后焊补。2.3 其他缺陷处理1) 分层缺陷: 这类缺陷属于母材原有缺陷, 发现后, 应更换整块材料(例如挖补法) 或 对较浅的分层打磨后堆焊焊补或补强焊接。2) 表面张口型缺陷: 这类缺陷
13、有表面裂纹、咬边、表面气孔、未焊透、划痕和重皮裂 纹。划痕又分为储罐投入运行前壁内外表面上已存在的划痕、装有内件的储罐器壁内表面 上因装配或检修而造成的划痕、储罐密封面上的划痕。对前 2 种划痕, 如其深度未超过材 料厚度允许的负偏差之半时, 可打磨圆滑不作焊补处理; 如其深度超过材料厚度允许的负偏 差之半时, 一般采用圆滑过渡打磨法, 打磨深度不应超过材料厚度的允许负偏差值, 且应保 证罐壁强度要求的最小厚度; 如打磨后罐壁厚度减薄过多时, 可用角向磨光机或其他工具将 缺陷区修磨成 V 形或 U 形(较宽的划痕采用) 的坡口状,然后在坡口内堆焊补强, 焊后应对 焊肉表面修磨圆滑, 使形状满足
14、原图样要求, 并进行磁粉或着色探伤检查。对后一种划痕, 应着眼于密封性, 一般采用刨铣研磨法修理, 以保证或恢复密封面光滑或平整。重皮裂纹可用磁粉探伤、超声波探伤或 X 射线拍片确定裂纹的范围与走向、深度。其 处理方法同罐壁上表面裂纹的处理。3) 冲刷缺陷: 这类缺陷常发生于储罐储存介质入口对侧的罐壁面上或罐底部水平入口 的前方下侧罐底上。由于液体或气体介质长期、反复定点冲刷而使壁厚减薄。处理时先测 量壁厚, 若剩余壁厚值尚能满足强度安全要求时, 可暂不处理, 做好壁厚测量记录; 若剩余 壁厚值已不能满足强度安全要求时,按储罐承压等级、冲刷面积、最薄剩余厚度等, 采用堆 焊、挖补等方法处理。对
15、于冲刷缺陷, 还要估算壁厚冲刷减薄的速率, 以确定本次开罐检修 对此缺陷的处理方法, 并确定本次不修复的冲刷部位, 到下次计划开罐检修前, 该部位的壁 厚是否仍能满足强度要求。4) 腐蚀缺陷: 点状腐蚀。下列 3 种情况, 属于轻微者, 可暂不处理面积较大 的麻点腐蚀区,但无裂纹; 分散的腐蚀坑点, 其最大腐蚀深度尚未超过容器强度计算所需壁 厚值(不包括腐蚀裕量的计算厚度) 的一半; 在分散的点蚀区内, 不存在严重的链状点蚀。 单个表皮下腐蚀缺陷和直径不大于 40mm 的个别凹坑腐蚀缺陷, 较浅时可暂不处理; 较 深时, 可采用打磨法修复, 但在打磨后壁厚应满足强度要求; 如打磨后不能满足强度
16、要求, 则应采用堆焊处理。单个直径不大于 40mm 的几个较大的凹坑缺陷同时存在时, 如相邻 两缺陷间距大于 120mm 时, 可按个别凹坑腐蚀缺陷处理; 如相邻两缺陷间距小于 120mm 而大于 50mm , 且腐蚀深度未超过罐壁原厚度的 60 %时, 可用堆焊处理。局部腐蚀缺陷 其深度不影响强度要求而面积较大(如大面积斑点或溃疡性腐蚀) 时, 可用金属喷镀处理。 局部均匀腐蚀缺陷可视腐蚀深度、面积等情况, 采用堆焊、挖补或更换处理。全面均 匀腐蚀缺陷是腐蚀缺陷中危险性最小的一种, 一般只采取防腐措施, 不作其他处理。) 晶 间腐蚀缺陷属于最危险的缺陷之一, 主要采用预防措施, 若产生了这种缺陷, 只能整体更换。5) 变形缺陷: 较严重的局部凹陷和鼓疱等壳体变形缺陷, 不宜继续运行。轻微的 局部凹陷和鼓疱等壳体变形缺陷, 变形面积不大时, 它的存在对低压储罐罐体整个受力情况或其他区域不会有较大的影响; 对于中、高压储罐, 则应根据情况采取挖补处理。应根据 变形缺陷区域成
