声发射技术在立式储罐罐底检验与评价中的应用

摘 要：介绍了声发射罐底检测技术的现场应用。通过对某码头3台立式储罐的检测结果的分析，得到了相应的技术评价等级。结果表明，采用该项技术可以对立式储罐罐底的结构完整性作出评价。对实际检测工作具有一定的参考价值。
关键词：立式储罐；罐底；声发射；检验；评价
1引言
立式储罐常年在自然环境和液位变化的条件下运行，受到多种不利因素影响，特别是储罐罐底不可避免地受到各种损伤，使介质泄漏，引起严重灾害和环境污染。而罐底是立式储罐中最易出现问题的部位[1]，一方面其承受着液位变化带来的交变载荷作用，另一方面由于储罐中的介质通常都具有很强的腐蚀性，这些物质沉积后在罐底形成的覆盖层不仅从整体上削弱罐底的强度，而且还会在局部形成腐蚀坑，进一步发展为穿孔，使罐底泄漏[2]。目前常采用磁粉法、渗透法、射线照相法、超声等常规检测方法的一种或几种组合对罐底进行离线检测[3]，很明显其置换、清空、搭设脚手架等非检测费用远高于检测费用，并且被检储罐中有一定的"好罐"可以继续服役一定时间，这样势必会造成的一定的经济损失。声发射技术是对储罐底部进行检测的比较有效的方法，其采用先进的声波传感技术，就能判断罐底是否存在声源且确定其位置。这些声源表明存在泄漏或有潜在的泄漏，以及严重的腐蚀区域[4]。
采用声发射检测和评价方法，可以逐步建立储罐的腐蚀状况的数据，并进行寿命的预测和预报，在保证储罐安全运行的基础上，延长使用周期，节省检修费用，提高储罐的使用效率[5]。将声发射技术用于立式储罐罐底的检测工作在我国已探索了一定的时间，国外已制定了这方面的检测方法。值得高兴的是，通过我国大量科研工作者及现场检测人员的不懈努力与摸索，我国第一部《常压金属储罐声发射检测及评价方法》机械部标准即将颁布。这必将推动我国立式储罐声发射检测的快速发展。
2储罐基本概况
某码头3台立式储罐自投入运行后未进行过全面检查，运行达10余年。这些码头储罐主要起中转的作用，即盛装油轮卸下的化工原料经短暂储存后，经罐车运送到用户。因此储罐盛装的介质根据用户的需要变化而变化，均为化工原料。3台立式储罐的基本参数如表1所示。
表1 储罐的基本信息
储罐编号 盛装介质 储罐体积（m3） 使用年限 尺寸 罐顶类型 保温
602 化工原料 4000 11
10 Φ18000×16000mm 拱顶 无
208 化工原料 1800 11 Φ12000×15800mm 拱顶 无
305 化工原料 4000 10 Φ18000×16000mm 拱顶 有
3检测方案
3.1声发射检测参数
检测仪器：美国PAC DiSP 56声发射检测系统；超声波液位计 超声波物位计 超声波清洗机 超声波测厚仪 洗片机
传感器型号：R3Ⅰ-AST，共振频率：30kHz；
检测频率：20-60kHz；增益：40dB；门槛电平：40dB；
检测标准：GB/T18182-2000《金属压力容器声发射检测及结果评价方法》
3.2传感器布置
对于无保温层的立式储罐，沿距罐底0.2m高的筒体外壁圆周上均布传感器；而对于有保温层的立式储罐，在每个地脚螺栓的筋板中部安放传感器，如图1所示。具体为：罐602安放12个传感器；罐208安放8个传感器；罐305安放12个传感器。以罐602为例，传感器布置如图2所示。

3.3加载方式
为使检测数据充分、结果可靠，同时在确保用户正常运行条件下，使用介质进行加载（升液位）。在液位达到要求后即开始声发射监测。检测前对所有通道进行标定，在达到灵敏度要求的前题下开始进行加载。升到要求液位后，稳定一段时间即开始检测，检测过程中关闭所有进出口管线阀门，直至检测结束。为使检测数据正确可靠，在检测结束后再次对所有通道进行标定。3个储罐的加载曲线分别见图3（a）、3（b）、3（c）所示。

4检测结果及信号分析
本次声发射检测是利用储罐介质加载进行罐底检测，声源的二维及三维定位图如图4-8所示。对于罐602，在液位达到12m后的11.3小时监测过程中均存在较多的定位信号，而且形成一定的定位集团，分析后认为可能是由腐蚀产物的开裂引起，罐底板腐蚀比较严重；对于罐208，在液位达到14.8m后0.5-4.5小时内的监测过程中定位信号很少，没有形成集中的定位集团，其罐底质量状况较好；对于罐305，在液位达到13.9m后的1-2.5小时内及7.5-8.5小时内监测过程中均存在较多的定位信号，而且形成一定的定位集团，罐底板腐蚀比较严重。

5结论
（1）声发射检测技术作为一种动态无损检测技术，可以在储罐运行的条件下进行，并可对储罐罐底的腐蚀状态做出判断；
（2）经安全评定：
（a）罐602储罐罐底安全等级为C级，即有一定腐蚀行为的储罐，但无需立即进行清罐检查，可以继续使用一定时间。鉴于自投用以来未进行过全面检查，建议2年内开罐全面检查；
（b）罐208储罐罐底安全等级为B级，即存在少量腐蚀行为的储罐，可以继续使用一定时间。鉴于自投用以来未进行过全面检查，建议4年后进行开罐全面检查； 
（c）罐305储罐罐底安全等级为C级，即有一定腐蚀行为的储罐，无需立即进行清罐检查，可以继续使用一定时间。鉴于自投用以来未进行过全面检查，建议1年后2年内进行开罐全面检查。