储罐腐蚀检测技术

一、储罐清罐检测期间检测方法
较为常用的有外观检查、超声波测厚、漏磁检测相结合的技术方法。

1. 超声测厚技术
利用超声测厚技术检测罐底板腐蚀是一种传统的检测方法，其检测原理是将储罐停产、清空后，由工作人员进入罐内，利用超声波测厚仪对储罐罐底板逐点进行板厚的测量，然后根据板厚的变化情况评估罐底板腐蚀情况。

超声测厚将超声脉冲透过耦合剂垂直发射至罐底板，接收由罐底板反射的回波，根据测得的超声波往返时间和波速，计算出被测处的厚度，如图1所示。

图1 超声测厚原理图
超声波测厚检测技术使用方便、灵活，成本低，对局部区域的检测精度高，但只能进行点的测量，整体检测效率低，对被测物体的表面状况要求较高，需要在检测前进行清洗和打磨，劳动强度大、检测时间长、费用高，对工作人员身心健康有不良影响，另外该方法漏检率较高，一些微小的裂纹、点蚀坑容易被漏掉，而这些缺陷是最容易发展为致使储罐罐底失效的缺陷。

2. 涡流检测技术
涡流检测是建立在电磁感应原理基础上的一种无损检测方法，只适用于导电材料。

其检测原理如图2所示，把通有交流电的线圈接近储罐罐底，由线圈建立的交变磁场通过罐底板，并与之发生电磁感应作用，在罐底板内产生涡流，而涡流也会激发自己的磁场。

当罐底板表面或近表面存在缺陷时，会影响涡流的强度和分布，涡流的变化又引起检测线圈电压和阻抗的变化，从而间接获得缺陷的位置及大小等信息。

涡流检测的优点是重量轻，操作方便，无需耦合剂，对被检罐底板要求不高，无需打磨，进而节省大量时间和维修成本。

另外可通过双频技术区分上下表面缺陷，进而可以对背面缺陷进行检测。

涡流检测的缺点包括在罐底支架、喷淋管连
接处干扰较大；受集肤效应的影响，探伤深度与检测灵敏度相互矛盾，很难两全；对缺陷很难做出定量分析，只能定性判断，因此对检测人员的检测经验要求较高。

图2 涡流检测原理
3. 磁粉检测技术
磁粉检测是一种比较传统的检测方法，主要用于检测铁磁性材料表面或近表面缺陷，其检测原理是先将储罐罐底被检部分磁化，在被检测部位及周围产生磁场，若有裂纹等缺陷，则缺陷处由于存在空气或其他磁阻较铁磁材料大得多的物质，磁力线会产生弯曲绕行现象。

当缺陷位于储罐表面或近表面时，一部分磁力线绕过缺陷暴露在空气中，称之为漏磁通，如果此时在储罐表面撒上铁磁粉或涂抹上磁粉混浊液，则缺陷处的漏磁通会吸住部分磁粉而把缺陷显现出来，如图3所示。

图3 磁粉检测原理
磁粉检测设备简单、操作方便、检测迅速、对位于表面的缺陷检测灵敏度高、成本低。

其缺点是，缺陷的显现程度与缺陷同磁力线的相对位置有关，当缺陷与
磁力线垂直时显现得最清楚，当缺陷与磁力线平行时不易显现出来；只能检测出缺陷的位置和在表面方向上的长度，不能检测出缺陷深度，检测灵敏度随缺陷深度增加而下降；检测评估主要靠人工视觉估计，不易定量分析；第四是工作劳动强度大，不利于对罐底进行大面积普查。

4. 漏磁检测技术
漏磁检测原理与磁粉检测类似，如图4所示，建立在铁磁性材料的高磁导率特性之上，只是用灵敏度高的磁敏元件代替磁粉，通过检测仪器获取并记录由缺陷导致的漏磁信息，进而可以评价缺陷的形状、尺寸等项目，使检测结果具有很好的定量性、客观性、可靠性。

该技术在国外已经取得较广泛的应用。

代表性的仪器有Sliverwing（英国）公司生产的Floormap2000和MFL 2000罐底板腐蚀扫描器等。

漏磁检测具有操作方便、对现场清洁程度要求较低、检测效率高、检测精度高等优点，其缺点主要有：仪器重量比较大，只适用于铁磁性材料，很难区分缺陷是在上表面还是在下表面。

图4 漏磁检测原理
二、储罐运行期间检测技术
1. 储罐机器人在线检测技术
机器人在线检测技术融合视觉技术、现代控制理论、防爆隔离技术、用于罐底扫描的超声技术及漏磁技术等多种技术手段，可以认为是传统无损检测技术的
自动式作业，可以根据不同的环境携带不同的传感器，对储罐罐底或者内部罐壁甚至其它部位进行定量检测，这是其它方法无可比拟的。

储罐罐底机器人在线检测的原理如图5所示，机器人通过罐顶人孔放置到罐内，利用其携带的无损检测设备在罐外操作控制车的遥控下对罐底板进行检测，目前所用机器人还是采用脐带缆绳与控制车实现通讯。

图5 机器人系统在线检测原理
国外已经推出数个型号的机器人产品，实际应用于储罐在线内检测，经济效益明显。

Maverick 与OTIS 机器人可以进行在线检测，节省由于开罐、清罐所耗费的大量成本，是目前用于埋地储罐唯一可行的在线检测装置，如图6所示。

其自动化程度高，检测效率高。

但缺点也比较明显：第一、对罐内介质有要求，不适合于对淤积层比较厚的原油储罐检测；第二、对罐内结构有要求，对于内浮顶类型储罐投放机器人比较困难，而对于内部有加热盘管的储罐，检测范围会因为避免脐带拆绕在加热盘管上而大为受限；第三、机器人内有电路系统，而应用于具有易燃易爆性质的原油、成品油储罐检测，风险较大。

图6 储罐在线检测机器人
2. 储罐罐底平板导波在线检测技术
超声导波是能沿着结构长度传播,并被结构的几何边界导向约束的结构弹性波。

在板厚与波长相当的薄板中传播的波，称为板波，又叫平板导波。

平板导波主要采用Lamb 波进行检测，它是一种在板厚度与激励声波波长为相同数量级的声波导中由纵波和横波合成的特殊形式的应力波。

利用平板导波检测储罐底板原理如图7所示。

将换能器置于打磨过的罐底边缘板上，在导波收发器的控制下，换能器发出脉冲信号到罐底板中激发Lamb 波，当Lamb 波遇到缺陷时，形成回波，通过分析回波信号可以比较精确地计算出缺陷的位置。

如此将换能器沿着罐底边缘板运行一周，进行逐点检测，获得多个方向的检测数据，最后再由计算机完成数据的融合，形成罐底板缺陷分布图像。

图7 罐底板超声导波检测原理
英国焊接研究所TWI 公司与其他管道公司合作，于2006 年开展了Lamb 波检测储罐底板的研究，目前实验室检测距离可以达到单边7m 左右，但尚无商业化设备的报道。

图8是TWI 公司通过层析成像技术对阵列传感器中各个探头接收的反射信号进行图像重建之后得到的储罐底板缺陷分布图像。

图8 探头数据融合后的罐底板图像重建图
利用超声导波技术检测罐底板可以在线进行，快速便捷、检测精度不受储罐内部液体影响。

但也存在一些局限性。

首先，若罐底板边缘存在较大面积的腐蚀和缺陷会造成信号衰减，减弱对罐底中心部位缺陷的检测能力；其次，所用超声频率较低，对于细小缺陷检测灵敏度低；第三，检测不能提供罐底板厚的直接量值，对检出缺陷的定量只是近似的。

因此超声导波罐底在线检测技术特别适合对直径较小的储罐底板或大直径储罐底板的边缘板进行快速扫查，以发现可疑区域。

3. 储罐罐底声发射在线检测技术
声发射检测是一种动态检测方法，将声发射技术用于在役储罐的在线检测及结构完整性评价，可以弥补其它常规无损检测方法的不足。

声发射技术应用于储罐结构完整性检测与评价主要可分为三个方面:（1）新制储罐的声发射检测与评价；（2）在用储罐的声发射检测和评定；（3）储罐的声发射在线监测和安全性评定。

从目前的应用来看，声发射技术在实现储罐在线检测及评估方面最具优势。

声发射检测原理如图1-18 所示，声发射传感器均匀布置在储罐罐壁周围，在一定时间内接收罐底因腐蚀而产生的声发射信号，通过各传感器接收到声发射信号的时间差综合估算声源位置，进而了解罐底各区域的腐蚀状况。

图9 储罐罐底腐蚀声发射检测原理图
利用声发射技术对储罐进行在线检测的主要优点是：
（1）利用声发射技术对常压立式储罐进行检测时不需要倒罐及清罐，只需要在检测前关闭阀门和泵12~24 个小时，检测完成后储罐可立即投入使用，从大大缩短检测时间，降低检验费用，减轻检测人员的劳动强度，提高工作效率。

（2）通过按一定阵列布置的少量固定不动的传感器，声发射仪就可获得储罐底板因腐蚀和泄漏产生的一切声发射信号，并可确定声发射源的位置，这为实际检测和评价工作带来了极大的方便。

（3）检测过程对罐体的完整性影响较小；
（4）可以对储罐中的已知活性缺陷进行局部状态监测，确定其损伤的严重程度，并提供维修决策依据；
（5）根据罐底腐蚀状况的声发射检测结果，可以对储罐底板结构的完整性进行分类，并列出维修计划，使企业可以更有效地对有限的维修资源进行合理调配，以延长“好罐”的检测周期，进而可以减少和避免因清罐造成的环境污染，使用户获得直接和潜在的经济效益，同时也可以及时发现和维修“坏罐”，避免其诱发事故所造成的损失。

表一各种腐蚀检测方法对比
三、储罐相关标准
1.储罐设计标准：
《GB50074-2002 石油库设计规范》
《GB50074-2011《石油库设计规范》修订2011-07》
2.储罐检测标准：
国外相关标准：
API650-焊接石油储罐，
API653-储罐检验、维修、改造和重建
API575-现有常压和低压储罐的检验指南和方法API577-焊接检验和冶金
API571-影响炼油工业固定设备的损伤机理
API651-地上石油储罐的阴极保护
API652-地上石油储罐罐底衬里
ASME V-无损检测
ASME IX-焊接和钎接评定标准
国内相关标准：
《SY／T 5920-2007 原油及轻烃站（库）运行管理规范》
规定：新建储罐第一次检测修理期限不大于10年，以后检验周期为5~7年。

《等同API-653油罐检验、修理、改建和翻建标准（API标准翻译）》
《GB50128-2005立式圆筒钢制储罐验收规范》
四、储罐检测仪器相关厂家
声发射仪：
主要厂商：美国物理声学公司（PhysicalAcoustics Corporation，PAC）
（美国PAC公司的MICRO-II声发射仪，中石化管道储运分公司潍坊输油处）超声波测厚仪：
厂商：英国信固CYGNUS、GE电气（搜索到的国内代理商网站/）
超声波相控阵检测设备：
罐底漏磁扫描仪：
涡流裂纹检测仪器：
真空箱焊缝检测系统：
漆膜测厚仪：GE电气
磁粉探伤仪：GE电气
X射线机：GE电气
五、储罐检测内容
储罐检验分为外部检验和内部检验，外部检验是指罐内贮存有介质的情况下，对罐的各个部位/部件进行检验；内部检验为罐内的介质清空之后，对罐的各个部位/部件进行检验，内部检验过程中，检验人员需要进入罐内。

外部检验和内部检验所用的检验工具/方法和检验部位/部件有很大的不同，但是有部分内容是相同的。

1外部检验为储罐运行中检验，包含如下检验项目：
磁泄漏(MFL)对罐底板腐蚀状况进行扫查
例行检验——通常业主可以自己进行，频次要求约每月一次。

目视检验——由专业检验员对储罐外面的各个构件进行外观检验（按API653的检验清单），要求约5年一次。

声发射——使用声发射仪检测罐底板内外活性缺陷的情况，属于定性检查。

超声波罐壁测厚——使用爬行器（带UT测厚仪）从罐底一直爬到顶，每隔定长取点测厚。

每个罐依据罐体大小，或业主的要求，决定爬行条数。

对于不锈钢或有保温层的储罐，则需人工测量。

沉降观测——使用全站仪对罐周边的观测点进行观测，得出沉降数据。

2.内部检验为开罐检验，包含如下检验项目：
目视检测——由专业检验员按API653的检验清单对罐体内外的各个构件进行检验。

底板背面腐蚀状况检测——罐底漏磁扫描（MFL），配以常规超声波检测或相控阵检测技术（对于障碍区域和问题区域）。

焊缝无损检测——罐壁板与底板内外角焊缝、罐底板搭接/对接焊缝、修补焊缝以及接管连接到罐壁角焊缝等的磁粉检测或渗透检测。

外部边缘板的超声波测厚。

尺寸测量——罐壁不圆度和垂直度的测定。

真空箱检测——底板的焊缝真空检测。

沉降观测——使用全站仪对罐周边及罐底板上的观测点进行观测，得出沉降数据。

泄漏点的检查（已发生泄漏的罐）。