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壓力容器無(wú)損檢測(cè)——大型常壓儲(chǔ)罐的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)

文檔作者：王勇沈功田李邦憲閆河文檔來(lái)源：中國(guó)特種設(shè)備檢測(cè)研究中心北京工業(yè)大學(xué)		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年08月17日
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壓力容器無(wú)損檢測(cè)
——大型常壓儲(chǔ)罐的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)
王 勇，沈功田，李邦憲 閆河
(中國(guó)特種設(shè)備檢測(cè)研究中心，北京100013) (北京工業(yè)大學(xué)，北京 100022)
摘要：常壓儲(chǔ)罐在原油、化學(xué)危險(xiǎn)品的儲(chǔ)存和輸送過(guò)程中起著重要作用，目前我國(guó)擁有的5000
m。以上儲(chǔ)罐就有2 萬(wàn)多臺(tái)。在使用過(guò)程中，罐底腐蝕泄漏是引起儲(chǔ)罐失效的主要原因，對(duì)儲(chǔ)罐進(jìn)行
相關(guān)的檢驗(yàn)可以了解儲(chǔ)罐的使用狀況，預(yù)防儲(chǔ)罐失效。簡(jiǎn)要介紹無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在儲(chǔ)罐檢驗(yàn)中的應(yīng)用，
尤其對(duì)聲發(fā)射和罐底板漏磁掃查技術(shù)檢測(cè)儲(chǔ)罐泄漏和腐蝕進(jìn)行了重點(diǎn)介紹，并提出了相關(guān)的檢測(cè)工藝
要求。
關(guān)鍵詞：儲(chǔ)罐；聲發(fā)射檢測(cè)；漏磁檢測(cè)；泄漏；腐蝕
中圖分類(lèi)號(hào)：TGll5.28 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1000-6656(2005)09-0487-04
Nondestructive Testing of Pressure Vessels:
Nondestructive Testing Technique for Large Atmospheric Storage Tanks
WANG Yong, SHEN Gong-tian, LI Bang-xian
(China Special Equipment Inspection and Research Center, Beijing 100013, China)
YAN He
( Beijing University of Technology, Beijing 100022, China)
Abstract: Atmospheric metal storage tanks take important part in storing and transferring crude
oil anddangerous chemicals. At present, there are more than 20 000 tanks which are larger than 5
000m3 in our country.The main reason of tank failure in use is the bottom leak resulted from
corrosion. Inspection is necessary to knowtank status and prevent tank from failure. The application
of nondestrective testing technologies to storage tankswas described, especially acoustic emission
and magnetic flux leakage technologies for the leak and corrosion ofstorage tanks, and the relevant
inspection process was also introduced.
Keywords:Storage tank; Acoustic emission testing; Magnetic flux leakage testing; Leak;
Corrosion
易燃易爆液體作為原料或產(chǎn)品普遍存在于化工生產(chǎn)過(guò)程中，因此，大部分化工企業(yè)普遍分布著或
大或小的易燃易爆液體儲(chǔ)罐區(qū)。如石油、石化及化工生產(chǎn)企業(yè)的原油、石腦油、甲醇、乙醇、汽油和
丙酮等儲(chǔ)罐區(qū)；倉(cāng)儲(chǔ)企業(yè)的石油庫(kù)和危險(xiǎn)化學(xué)品(例如硫酸)倉(cāng)庫(kù)等儲(chǔ)罐區(qū)。目前，國(guó)內(nèi)石油、化工、
航空、港口等企業(yè)擁有的5000 m3 以上的大型儲(chǔ)油罐數(shù)量在2 萬(wàn)臺(tái)以上。常壓儲(chǔ)罐在原油和化學(xué)危險(xiǎn)
品的儲(chǔ)存和輸送過(guò)程中發(fā)揮著不可替代的作用，隨著石油工業(yè)的發(fā)展，儲(chǔ)罐的應(yīng)用也不斷地增長(zhǎng)，在
目前原油價(jià)格不斷攀升的情況下，各國(guó)政府都在積極擴(kuò)大石油儲(chǔ)備庫(kù)，加大石油儲(chǔ)備量，我國(guó)政府也
在會(huì)同相關(guān)大企業(yè)在沿海地區(qū)建立一批10 萬(wàn)m3 的常壓原油儲(chǔ)罐，提高戰(zhàn)略石油儲(chǔ)量，保障我國(guó)能源
和化工原料的需求。由于易燃易爆液體儲(chǔ)存構(gòu)成危險(xiǎn)源的臨界量為20t，因此上述儲(chǔ)罐區(qū)一般都屬于重
大危險(xiǎn)源，必須重點(diǎn)進(jìn)行安全管理[1]。
常壓儲(chǔ)罐的失效形式主要為罐壁板的強(qiáng)度失效和罐底板的腐蝕泄漏失效，不僅危害安全生產(chǎn)，而
且嚴(yán)重污染環(huán)境。常壓儲(chǔ)罐一般為立式圓筒形鋼制焊接容器，為了確保安全使用，我國(guó)GBJ 128～1990
《立式圓筒形鋼制焊接油罐施工及驗(yàn)收規(guī)范》、SY/T 5921—2000(立式圓筒形鋼制焊接原油罐修理規(guī)
程》和美國(guó)API 653{油罐檢驗(yàn)、修理、改造和重建》等標(biāo)準(zhǔn)對(duì)常壓儲(chǔ)罐的材料、預(yù)制、組裝、焊接、
檢驗(yàn)和修理等方面都有嚴(yán)格要求。制造儲(chǔ)罐所采用的材料主要有碳鋼和不銹鋼，國(guó)內(nèi)目前使用的材料
主要是碳鋼，按SH 3046—1992((石油化工立式圓筒形鋼制焊接儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，允許使用的碳
鋼牌號(hào)有Q235 一AF，Q235A，20R，16Mn 和16MnR 等。目前國(guó)外主要采用聲發(fā)射技術(shù)在線(xiàn)檢測(cè)
常壓儲(chǔ)罐罐壁板上的活性缺陷和罐底板上的腐蝕和泄漏信號(hào)，采用漏磁方法定期檢測(cè)罐底板的腐蝕和
泄漏，用超聲檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)罐壁板和頂板。國(guó)內(nèi)對(duì)常壓罐的定期檢驗(yàn)近年來(lái)剛剛開(kāi)始，主要采用超聲、
磁粉、射線(xiàn)、滲透檢測(cè)和超聲測(cè)厚等手段。國(guó)外現(xiàn)在廣泛采用的聲發(fā)射和漏磁掃查技術(shù)，我國(guó)還沒(méi)有
相應(yīng)的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范，正處于試驗(yàn)推廣階段。
美國(guó)API 653 規(guī)定，每5 a(年)至少進(jìn)行一次運(yùn)行中常壓儲(chǔ)罐的外部宏觀檢查。若不知道腐蝕速率，
超聲測(cè)厚在線(xiàn)檢測(cè)周期為5 a；知道腐蝕速率后，超聲測(cè)厚在線(xiàn)檢測(cè)周期應(yīng)根據(jù)實(shí)際計(jì)算而定，但最長(zhǎng)
≯15 a。底板檢測(cè)周期應(yīng)根據(jù)實(shí)際計(jì)算確定，但最長(zhǎng)≯20 a。國(guó)內(nèi)按照國(guó)務(wù)院頒布的《危險(xiǎn)品化學(xué)安
全管理?xiàng)l例》要求，必須對(duì)化學(xué)危險(xiǎn)品儲(chǔ)罐進(jìn)行定期檢驗(yàn)，但目前具體年限和檢驗(yàn)規(guī)則還沒(méi)有明確的
要求；SY/T 592 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，新建儲(chǔ)罐第一次檢測(cè)修理期限≯10 a，以后檢驗(yàn)周期為5～7 a。
1 制造和安裝過(guò)程中采用的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)
常壓儲(chǔ)罐主要是利用預(yù)制成型的頂板、壁板和底板在現(xiàn)場(chǎng)組裝后焊接而成。其中頂板和壁板大多
采用對(duì)接焊形式，底板大多采用搭接接頭。對(duì)于常壓儲(chǔ)罐底圈和第一圈罐壁的鋼板，當(dāng)厚度≥23 mm
時(shí)，應(yīng)按ZBJ 74003—1988((壓力容器用鋼板超聲波探傷》進(jìn)行檢測(cè)，達(dá)到Ⅲ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)者為合格。對(duì)于
屈服點(diǎn)≤390 MPa 的鋼板，應(yīng)取鋼板張數(shù)的20％進(jìn)行抽查，當(dāng)發(fā)現(xiàn)不合格的鋼板時(shí)，應(yīng)逐張檢查；對(duì)
于屈服點(diǎn)>390 MPa 的鋼板，應(yīng)逐張進(jìn)行檢查。
1.1 罐底焊縫的無(wú)損檢測(cè)要點(diǎn)
(1)所有罐底板焊縫(圖1)應(yīng)采用真空箱法進(jìn)行嚴(yán)密性試驗(yàn)，試驗(yàn)負(fù)壓≮53 kPa，無(wú)滲漏為合格。
(2)屈服點(diǎn)>390 MPa 的邊緣板的對(duì)接焊縫，在根部焊道焊接完畢后，應(yīng)進(jìn)行滲透探傷；在最后一層焊
接完后，應(yīng)該進(jìn)行滲透或磁粉檢測(cè)。
(3)厚度≥10mm 的罐底邊緣板，每條對(duì)接焊縫的外端300mm 范圍內(nèi)，應(yīng)進(jìn)行射線(xiàn)探傷；厚度為6～
9mm 的罐底邊緣板，每個(gè)焊工施焊的焊縫，應(yīng)按上述方法至少抽查一條。
圖l 罐底板焊縫及區(qū)域示意圖
(4)底板三層鋼板重疊部分的搭接接頭焊縫和對(duì)接罐底的丁字焊縫的根部焊道焊完后，在沿三個(gè)方
向各200 mm 范圍內(nèi)，應(yīng)進(jìn)行滲透探傷，全部焊完后，應(yīng)進(jìn)行滲透或磁粉探傷。
(5)磁粉和滲透探傷應(yīng)符合SY/T 0444—1998《常壓鋼制焊接儲(chǔ)罐及管道磁粉檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》和
SY/T 0443—1998((常壓鋼制焊接儲(chǔ)罐及管道滲透檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》。
1.2 罐壁焊縫的無(wú)損檢測(cè)要點(diǎn)
(1)對(duì)于縱向焊縫，每一焊工焊接的每種板厚(板厚差≯lmm 時(shí)可視為同等厚度)，在最初焊接的3m
焊縫的任意部位取300mm 進(jìn)行射線(xiàn)探傷。以后不考慮焊工人數(shù)，對(duì)每種板厚在每30m 焊縫及其尾數(shù)
內(nèi)的任意部位取300mm 進(jìn)行射線(xiàn)探傷。探傷部位中的25％應(yīng)位于丁字焊縫處，且每臺(tái)罐不少于兩處。
(2)對(duì)于環(huán)向?qū)雍缚p，每種板厚(以較薄的板厚為準(zhǔn))，在最初焊接的3m 焊縫的任意部位取300mm
進(jìn)行射線(xiàn)探傷。以后對(duì)于每種板厚，在每60m 焊縫及其尾數(shù)內(nèi)的任意部位取300mm 進(jìn)行射線(xiàn)探傷。
上述檢查均不考慮焊工人數(shù)。
(3)當(dāng)?shù)兹Ρ诎搴穸取?0mm 時(shí)，應(yīng)從每條縱向焊縫中任取300mm 進(jìn)行射線(xiàn)探傷；當(dāng)板厚
10mm10mm 的壁板，全
部丁字焊縫均應(yīng)進(jìn)行射線(xiàn)探傷。
(5)除丁字焊縫外，可用超聲波探傷代替射線(xiàn)探傷，但其中20％的部位應(yīng)采用射線(xiàn)探傷復(fù)驗(yàn)。
(6)射線(xiàn)探傷或超聲波探傷不合格時(shí)，應(yīng)在該探傷長(zhǎng)度的兩端延伸300mm 作補(bǔ)充探傷，但缺陷的
部位距離底片端部或超聲波檢查部位>75mm 時(shí)可不再延伸。如延伸部位的探傷結(jié)果仍不合格時(shí)，應(yīng)繼
續(xù)延伸進(jìn)行檢查。
(7)射線(xiàn)探傷應(yīng)按GB 3323—1987((鋼熔化焊對(duì)接接頭射線(xiàn)照相和質(zhì)量分級(jí)》的規(guī)定進(jìn)行．并應(yīng)以
Ⅲ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為合格。但對(duì)屈服點(diǎn)>390 MPa 的鋼或厚度≥25mm 的普通碳素鋼或厚度≥16mm 的低合金鋼
的焊縫。合格標(biāo)準(zhǔn)為Ⅱ級(jí)；超聲波探傷應(yīng)按JB 1152—1981((鍋爐和鋼制壓力容器對(duì)接焊縫超聲波探
傷》的規(guī)定，合格標(biāo)準(zhǔn)為Ⅱ級(jí)。
1.3 底圈罐壁與罐底的T 形接頭的罐內(nèi)角焊縫無(wú)損檢測(cè)要點(diǎn)
(1)當(dāng)罐底邊緣板厚度≥8mm，且底圈壁板厚度≥16mm，或屈服點(diǎn)>390 MPa 的任意厚度的鋼板，
在罐內(nèi)及罐外角焊縫焊完后，應(yīng)對(duì)罐內(nèi)角焊縫進(jìn)行滲透或磁粉探傷。在油罐充水試驗(yàn)后，應(yīng)采用同樣
方法復(fù)驗(yàn)，探傷要求和標(biāo)準(zhǔn)與底板檢測(cè)相同。
(2)屈服點(diǎn)>390 MPa 的鋼板，罐內(nèi)角焊縫初層焊完后，還應(yīng)進(jìn)行滲透探傷。
2 定期檢驗(yàn)中采用的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)
為了保證儲(chǔ)罐罐壁和底板不發(fā)生泄漏，對(duì)儲(chǔ)罐進(jìn)行定期檢測(cè)很有必要，目前主要采用例行檢查、
在線(xiàn)檢測(cè)和開(kāi)罐檢測(cè)三種形式。例行檢查是通過(guò)目視的方法，直觀地檢查儲(chǔ)罐是否有結(jié)構(gòu)損壞；在線(xiàn)
檢測(cè)是指無(wú)需停產(chǎn)情況下進(jìn)行的檢測(cè)，主要采用宏觀檢測(cè)、超聲波測(cè)厚和聲發(fā)射檢測(cè)方法；開(kāi)罐檢測(cè)
需要儲(chǔ)罐停用、倒料、打開(kāi)并置換清冼，使檢測(cè)人員進(jìn)入罐中進(jìn)行的各項(xiàng)檢測(cè)，主要采用漏磁、超聲、
射線(xiàn)、磁粉和滲透檢測(cè)等方法[2]
2.1 聲發(fā)射檢測(cè)
應(yīng)用聲發(fā)射方法在線(xiàn)檢測(cè)常壓儲(chǔ)罐主要有兩種模式，一種是將頻率為100～400 kHz 聲發(fā)射傳感
器均勻布置在罐壁板上，采用三角定位來(lái)確定聲發(fā)射源的位置，根據(jù)聲發(fā)射信號(hào)的特征參數(shù)和波形來(lái)
判斷罐壁板上的活性缺陷和泄漏；第二種是將頻率為30～60 kHz 的低頻傳感器等距離布置在罐底板
邊緣(圖2a)，采用圓周上的任意三個(gè)探頭進(jìn)行定位，同樣根據(jù)聲發(fā)射信號(hào)的特征參數(shù)和波形來(lái)檢測(cè)罐
底板腐蝕的嚴(yán)重程度和泄漏。為了進(jìn)行在線(xiàn)聲發(fā)射檢測(cè)，應(yīng)提前一段時(shí)間把儲(chǔ)罐內(nèi)儲(chǔ)存介質(zhì)的液位降
下來(lái)，在進(jìn)行檢測(cè)時(shí)再把介質(zhì)液位升上去，分別在85％，95％和100％液位進(jìn)行保壓，用聲發(fā)射儀全
程采集聲發(fā)射數(shù)據(jù)，分析升壓和保壓過(guò)程中采集到的聲發(fā)射信號(hào)，對(duì)罐壁和罐底是否存在泄漏、潛在
泄漏或腐蝕損傷作出判斷，并確定其位置(圖2b)。通過(guò)對(duì)罐壁或罐頂?shù)穆暟l(fā)射源部位進(jìn)行超聲波測(cè)厚，
最終對(duì)儲(chǔ)罐的完整性作出綜合評(píng)價(jià)，確定開(kāi)罐檢測(cè)的時(shí)間。該檢測(cè)方法需要檢測(cè)人員接受較好的培訓(xùn)
并具備大量現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)，但檢測(cè)效率較高[3-5]。
2.2 漏磁檢測(cè)
在停產(chǎn)開(kāi)罐的條件下，對(duì)每塊罐底板用漏磁檢測(cè)法進(jìn)行100％檢測(cè)，可以比較精確地檢測(cè)罐底板
整體腐蝕情況。漏磁法主要用于檢測(cè)腐蝕等體積性缺陷，包括罐底板上表面和背面的腐蝕狀況。檢測(cè)
時(shí)需要利用合適的標(biāo)定板對(duì)儀器進(jìn)行標(biāo)定。并將罐底板清理干凈，作好標(biāo)識(shí)，按一定的順序進(jìn)行檢測(cè)。
漏磁檢測(cè)可對(duì)罐底板除焊縫以外的部位進(jìn)行100％檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果按照剩余厚度以不同的顏色顯示(圖
3)，檢測(cè)結(jié)果比較直觀[6.7]。
2.3 超聲檢測(cè)
罐壁底圈板承受的壓力高，成形條件較差，焊縫處易產(chǎn)生缺陷，所以在定期檢驗(yàn)中一般對(duì)罐壁底
圈板的縱焊縫和環(huán)焊縫進(jìn)行20 %的超聲抽查。對(duì)于不銹鋼材料的儲(chǔ)罐底板也需采用超聲波掃查方法進(jìn)
行檢測(cè)。在檢測(cè)過(guò)程中，要根據(jù)底板的厚度加工標(biāo)定試塊，并選擇合適的超聲波探頭。一般8～10mm
厚的底板可選擇2.0 MHz 的K1 斜探頭和2.0 MHz 的雙晶直探頭。
圖2 儲(chǔ)罐底板聲發(fā)射探頭布置及信號(hào)的定位
圖3 罐底板漏磁檢測(cè)結(jié)果圖
2.4 滲透檢測(cè)
對(duì)儲(chǔ)罐接管管口部位、罐底板所有焊縫(含與罐壁連接的角焊縫)、最下一圈壁板內(nèi)表面所有焊縫
和外觀檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)有懷疑的焊縫均需進(jìn)行滲透檢測(cè)。滲透檢測(cè)可以較靈敏地檢出泄漏和裂紋等表面缺
陷．有效控制儲(chǔ)罐的安全質(zhì)量。
2.5 檢測(cè)儀器
目前用于儲(chǔ)罐聲發(fā)射檢測(cè)的儀器主要有德國(guó)VaIIen 和美國(guó)PAC 公司的聲發(fā)射儀器。漏磁檢測(cè)主
要用英國(guó)FIOOr Map2000 型罐底板漏磁掃查儀。
3 結(jié)論
(1)目前我國(guó)各項(xiàng)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)已有了一定基礎(chǔ)，大部分已具備了現(xiàn)場(chǎng)使用要求，可以成功用于大
型儲(chǔ)罐的定期檢測(cè)。
(2)聲發(fā)射檢測(cè)應(yīng)用于儲(chǔ)罐的在線(xiàn)檢測(cè)，可對(duì)罐底是否存在泄漏或潛在泄漏作出一定的判斷，并對(duì)
其進(jìn)行定位；對(duì)罐壁上可能存在的活性缺陷和泄漏源進(jìn)行檢測(cè)和定位。通過(guò)對(duì)常壓儲(chǔ)罐的聲發(fā)射在線(xiàn)
檢測(cè)可以對(duì)罐壁和罐底板的腐蝕嚴(yán)重程度和泄漏作出判斷，并確定其位置，結(jié)合罐壁或罐頂?shù)木植砍?
聲波測(cè)厚，最終對(duì)儲(chǔ)罐的完整性作出評(píng)價(jià)。
(3)罐底板漏磁檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，形成了儲(chǔ)罐底板全厚度內(nèi)的腐蝕、穿孔等缺陷檢測(cè)能力，尤其能
檢測(cè)儲(chǔ)罐底板下表面腐蝕狀態(tài)，是儲(chǔ)運(yùn)設(shè)備檢測(cè)的強(qiáng)有力手段。應(yīng)用該技術(shù)指導(dǎo)儲(chǔ)罐底板的檢修，可
避免漏檢漏修，減少儲(chǔ)罐底板檢修的盲目性．節(jié)約資金，避免非計(jì)劃停車(chē)，創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
參考文獻(xiàn)：
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