大型常壓儲(chǔ)罐在線超聲檢測及相關(guān)設(shè)備研制關(guān)鍵技術(shù)研究

方 舟 劉德宇 李光海

（中國特種設(shè)備檢測研究院 北京 100029）

常壓儲(chǔ)罐是石化裝置和儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)的重要組成部分，具有容積大，分布集中和可儲(chǔ)存易燃、易爆、有毒介質(zhì)等特點(diǎn)。近些年來，隨著世界石油工業(yè)的迅速增長和能源需求的不斷增加，原油和成品油的儲(chǔ)備受到了各國的普遍關(guān)注，因此對(duì)各類油庫的儲(chǔ)備能力提出了更高的要求，各類儲(chǔ)罐的數(shù)量也急劇增加[1-2]。目前，10萬立方米儲(chǔ)罐已成為我國石油化工行業(yè)原油儲(chǔ)罐建設(shè)的主要結(jié)構(gòu)。

在常壓儲(chǔ)罐的使用過程中，由于承載介質(zhì)的壓力、溫度以及外界環(huán)境因素的共同影響，儲(chǔ)罐會(huì)產(chǎn)生腐蝕、裂紋等多種缺陷，其中罐底腐蝕是造成常壓儲(chǔ)罐失效的最主要原因之一。當(dāng)儲(chǔ)罐發(fā)生外泄時(shí)，不僅會(huì)造成環(huán)境污染，而且可能釀成重大火災(zāi)及爆炸事故，給企業(yè)帶來無法挽回的經(jīng)濟(jì)損失和惡劣的社會(huì)影響[3]。因此，儲(chǔ)罐的安全運(yùn)行直接影響到生產(chǎn)裝置的正常運(yùn)作。

解決罐底腐蝕問題、防止泄漏事故的手段有兩種：一是在儲(chǔ)罐建造期間加強(qiáng)防腐措施，防患于未然；二是使用期間加強(qiáng)監(jiān)測、監(jiān)控，提早發(fā)現(xiàn)問題，安排檢修計(jì)劃。以檢測手段為主，長期以來，我國主要采取定期開罐檢查的方法評(píng)價(jià)儲(chǔ)罐強(qiáng)度和安全性。但目前，我國大型石化企業(yè)為提高經(jīng)濟(jì)效益，均實(shí)行裝置長周期運(yùn)行，延長檢修周期。雖然該做法可得到較為可觀的經(jīng)濟(jì)效益，但隨著石化設(shè)備老化和安全問題的日漸突出，迫切需要既能保證安全又經(jīng)濟(jì)方便的儲(chǔ)罐在線檢測新方法。

因此，開展針對(duì)儲(chǔ)罐底板腐蝕缺陷的在役無損檢測技術(shù)研究是十分必要的，它對(duì)于大型常壓儲(chǔ)罐的安全運(yùn)行、事故預(yù)防和維護(hù)成本具有重要意義。

1 項(xiàng)目目標(biāo)及總體研究方案

1.1 總體思路

該項(xiàng)目擬采用先進(jìn)的自動(dòng)控制技術(shù)、多介質(zhì)聲定位技術(shù)及超聲波檢測技術(shù)，研制大型常壓儲(chǔ)罐底板在線超聲測厚系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)智能在線液浸式罐內(nèi)罐底板厚度測量，同時(shí)通過集成較高精度步進(jìn)驅(qū)動(dòng)和定位技術(shù)、多介質(zhì)超聲信號(hào)處理技術(shù)和超聲C掃描成像技術(shù)，形成大型常壓儲(chǔ)罐底板在線C掃描成像功能，同時(shí)對(duì)大型常壓儲(chǔ)罐底板腐蝕狀況進(jìn)行分級(jí)評(píng)價(jià)。

1.2 項(xiàng)目目標(biāo)

該項(xiàng)目針對(duì)我國大型常壓儲(chǔ)罐缺少有效的在線檢驗(yàn)檢測手段、安全評(píng)定技術(shù)和科學(xué)的風(fēng)險(xiǎn)管理體系的問題，開展在線不停車檢驗(yàn)檢測技術(shù)、檢測裝備和腐蝕安全評(píng)定關(guān)鍵技術(shù)研究，以達(dá)到能夠?qū)ξ覈笮陀蜌?、化工物料?chǔ)備庫的大型常壓儲(chǔ)罐實(shí)施不停產(chǎn)的在線檢測和安全評(píng)定，最終實(shí)現(xiàn)大型常壓儲(chǔ)罐的風(fēng)險(xiǎn)管理的科學(xué)實(shí)施，提高我國油氣、化工物料儲(chǔ)備庫的長周期安全運(yùn)行管理提供基本的技術(shù)保障和高效的運(yùn)行、維護(hù)水平。

該項(xiàng)目是在現(xiàn)有承壓設(shè)備的在線不停車檢驗(yàn)檢測技術(shù)和完整性管理理念研究的基礎(chǔ)上，開展大型油氣、化工物料儲(chǔ)備庫的大型常壓儲(chǔ)罐的在線不停車檢驗(yàn)檢測技術(shù)、安全評(píng)價(jià)技術(shù)和管理方法研究，同時(shí)結(jié)合具體的情況，研究大型常壓儲(chǔ)罐的檢驗(yàn)檢測方法、設(shè)備和安全評(píng)定的準(zhǔn)則。

1.3 研究內(nèi)容和技術(shù)方案

項(xiàng)目組搭建不同尺寸和功能的試驗(yàn)平臺(tái)并進(jìn)行一系列試驗(yàn)研究，提出儲(chǔ)罐底板在線檢測和評(píng)價(jià)方法；研發(fā)一套適用于儲(chǔ)罐不開罐檢測的儀器設(shè)備及配套軟件系統(tǒng)；對(duì)大型常壓儲(chǔ)罐底板腐蝕狀況進(jìn)行分級(jí)評(píng)價(jià)方法研究，形成方法導(dǎo)則草案；開發(fā)一套腐蝕評(píng)價(jià)軟件系統(tǒng)；對(duì)項(xiàng)目成果進(jìn)行現(xiàn)場示范及應(yīng)用推廣。項(xiàng)目研究技術(shù)方案如圖1所示。

圖1 總體研究方案

1）通過技術(shù)開發(fā)，采用現(xiàn)有先進(jìn)的自動(dòng)控制技術(shù)、電子技術(shù)及超聲波技術(shù)，研制大型常壓儲(chǔ)罐底板在線檢測系統(tǒng)定位及驅(qū)動(dòng)模塊，實(shí)現(xiàn)智能在線液浸式罐內(nèi)罐底板厚度測量，實(shí)現(xiàn)罐底板厚度的在線測量；

2）通過技術(shù)開發(fā)，采用現(xiàn)有先進(jìn)的計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、電子技術(shù)及無損檢測C掃描技術(shù)，實(shí)現(xiàn)大型常壓儲(chǔ)罐底板在線C掃描成像功能并開發(fā)相應(yīng)的軟件，形成罐底板腐蝕狀況的在線測量及C掃描成像系統(tǒng)；

3）通過軟件開發(fā)，在結(jié)合上述基本調(diào)研結(jié)果的基礎(chǔ)上，結(jié)合所開發(fā)的智能系統(tǒng)搭載的各個(gè)模塊所采集的數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析、對(duì)比及研究，實(shí)現(xiàn)大型常壓儲(chǔ)罐底板腐蝕結(jié)果評(píng)估軟件系統(tǒng)的初步開發(fā)，形成一套適合于我國大型常壓儲(chǔ)罐基本特點(diǎn)的腐蝕狀況分級(jí)方法；

4）基于我國大型儲(chǔ)油庫的基本原油、化工物料特點(diǎn)，結(jié)合我國氣候、土壤的特點(diǎn)，通過智能系統(tǒng)搭載的多個(gè)檢測、測量模塊，實(shí)現(xiàn)大型常壓儲(chǔ)罐的在線檢測技術(shù)，形成一套大型常壓儲(chǔ)罐在線檢測及綜合安全性評(píng)估方法導(dǎo)則草案。

2 項(xiàng)目主要技術(shù)內(nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)

1）通過采用超聲波檢測技術(shù)和高精自動(dòng)控制技術(shù)，研制常壓儲(chǔ)罐底板在線超聲測厚功能模塊，實(shí)現(xiàn)智能在線液浸式罐內(nèi)罐底板厚度測量，厚度測量精度不低于0.5mm，且不超過板厚的10%；

2）通過集成較高精度步進(jìn)驅(qū)動(dòng)、定位技術(shù)和超聲C掃描成像技術(shù)，研制常壓儲(chǔ)罐底板在線C掃描成像功能模塊，掃查壁厚范圍2～25mm；

3）研究多介質(zhì)聲定位技術(shù)和多介質(zhì)超聲信號(hào)處理技術(shù)，優(yōu)化定位算法，對(duì)比不同脈沖發(fā)射器與信號(hào)持續(xù)時(shí)間、能量的關(guān)系，進(jìn)行信號(hào)衰減和定位精度試驗(yàn)，研制聲定位模塊，實(shí)現(xiàn)檢測設(shè)備在儲(chǔ)罐內(nèi)的實(shí)時(shí)準(zhǔn)確定位功能，定位精度100mm[4-5]；

4）在自主搭建的試驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行大量試驗(yàn)研究，利用制作的標(biāo)準(zhǔn)缺陷和真實(shí)腐蝕缺陷試板，對(duì)超聲成像方法、探頭選擇等影響因素進(jìn)行對(duì)比研究，形成一套在線測厚和C掃檢測技術(shù)及裝備研發(fā)實(shí)驗(yàn)方法；

5）開展儀器機(jī)械部分和電器部分的研究，并集成上述關(guān)鍵功能模塊，形成一套儲(chǔ)罐底板在線檢測裝備主機(jī)及配套數(shù)據(jù)采集分析軟件；

6）結(jié)合檢測裝備采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、對(duì)比，研發(fā)大型常壓儲(chǔ)罐底板腐蝕結(jié)果評(píng)估軟件系統(tǒng)，形成一套適合于我國大型常壓儲(chǔ)罐基本特點(diǎn)的腐蝕狀況分級(jí)方法；

7）綜合考慮我國大型儲(chǔ)油庫的基本原油、化工物料特點(diǎn)，以及氣候、土壤特點(diǎn)，制定大型常壓儲(chǔ)罐底板在線檢測方法及安全性評(píng)估方法導(dǎo)則草案。

3 項(xiàng)目應(yīng)用推廣情況

該項(xiàng)目形成兩項(xiàng)顯著成果——研制儲(chǔ)罐在線超聲檢測儀器設(shè)備系統(tǒng)一套，制定大型常壓儲(chǔ)罐底板在線檢測方法及安全性評(píng)估方法導(dǎo)則一套。

項(xiàng)目組在鎮(zhèn)海煉化、海南煉化等大型企業(yè)開展了儲(chǔ)罐在線不停車檢驗(yàn)檢測技術(shù)、大型儲(chǔ)備庫設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)管理理論體系搭建和安全評(píng)定關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用示范。受到企業(yè)的認(rèn)可。

項(xiàng)目成果幫助部門首次拓展了海外項(xiàng)目，幫助伊拉克南部的哈法亞油田，進(jìn)行儲(chǔ)運(yùn)設(shè)施的腐蝕檢測、評(píng)價(jià)與管理，該項(xiàng)目得到海外用戶和中石油技術(shù)人員的認(rèn)可，并邀請(qǐng)我方在接下來的三年中繼續(xù)為其提供技術(shù)支持，并聯(lián)合開展相關(guān)研究。

針對(duì)常壓儲(chǔ)罐底板腐蝕失效形式，開展了儲(chǔ)罐在線超聲檢測儀器設(shè)備的研制工作，建立適合我國國情的大型常壓儲(chǔ)罐底板在線檢測方法及安全評(píng)估方法，實(shí)現(xiàn)重大生產(chǎn)事故預(yù)警，確保石油化工裝置長周期運(yùn)行。

該項(xiàng)目所取得的成果可廣泛應(yīng)用于我國各大型常壓儲(chǔ)罐的檢驗(yàn)檢測與安全評(píng)估。一些性能數(shù)據(jù)可用于先進(jìn)的安全壽命設(shè)計(jì)、損傷容限設(shè)計(jì)、耐久性設(shè)計(jì)和可靠性設(shè)計(jì)等方面，保障儲(chǔ)罐設(shè)備安全可靠運(yùn)行。同時(shí)可為在役設(shè)備剩余壽命預(yù)測與評(píng)估提供材料技術(shù)依據(jù)，保障儲(chǔ)罐設(shè)備的長周期安全運(yùn)行。

該項(xiàng)目在企業(yè)開展的在線不停車檢驗(yàn)檢測技術(shù)、大型儲(chǔ)備庫設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)管理理論體系和安全評(píng)定關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用示范，達(dá)到能夠?qū)ξ覈笮陀蜌?、化工物料?chǔ)備庫的大型常壓儲(chǔ)罐實(shí)施不停產(chǎn)的在線檢測和安全評(píng)定，最終實(shí)現(xiàn)大型常壓儲(chǔ)罐的風(fēng)險(xiǎn)管理的科學(xué)實(shí)施，提高我國油氣、化工物料儲(chǔ)備庫的長周期安全運(yùn)行管理提供基本的技術(shù)保障和高效的運(yùn)行、維護(hù)水平。

[1]趙彥修，項(xiàng)軍杰，王十，等. 大型常壓儲(chǔ)罐在用檢驗(yàn)技術(shù)與策略[J]. 中國特種設(shè)備安全，2014，30(06)：29-33.

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