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壓力容器無損檢測——大型常壓儲罐的無損檢測技術(shù)

文檔作者：王勇沈功田李邦憲閆河文檔來源：中國特種設(shè)備檢測研究中心北京工業(yè)大學(xué)		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年08月17日
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壓力容器無損檢測
——大型常壓儲罐的無損檢測技術(shù)
王 勇，沈功田，李邦憲 閆河
(中國特種設(shè)備檢測研究中心，北京100013) (北京工業(yè)大學(xué)，北京 100022)
摘要：常壓儲罐在原油、化學(xué)危險品的儲存和輸送過程中起著重要作用，目前我國擁有的5000
m。以上儲罐就有2 萬多臺。在使用過程中，罐底腐蝕泄漏是引起儲罐失效的主要原因，對儲罐進(jìn)行
相關(guān)的檢驗可以了解儲罐的使用狀況，預(yù)防儲罐失效。簡要介紹無損檢測技術(shù)在儲罐檢驗中的應(yīng)用，
尤其對聲發(fā)射和罐底板漏磁掃查技術(shù)檢測儲罐泄漏和腐蝕進(jìn)行了重點介紹，并提出了相關(guān)的檢測工藝
要求。
關(guān)鍵詞：儲罐；聲發(fā)射檢測；漏磁檢測；泄漏；腐蝕
中圖分類號：TGll5.28 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：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
丙酮等儲罐區(qū)；倉儲企業(yè)的石油庫和危險化學(xué)品(例如硫酸)倉庫等儲罐區(qū)。目前，國內(nèi)石油、化工、
航空、港口等企業(yè)擁有的5000 m3 以上的大型儲油罐數(shù)量在2 萬臺以上。常壓儲罐在原油和化學(xué)危險
品的儲存和輸送過程中發(fā)揮著不可替代的作用，隨著石油工業(yè)的發(fā)展，儲罐的應(yīng)用也不斷地增長，在
目前原油價格不斷攀升的情況下，各國政府都在積極擴大石油儲備庫，加大石油儲備量，我國政府也
在會同相關(guān)大企業(yè)在沿海地區(qū)建立一批10 萬m3 的常壓原油儲罐，提高戰(zhàn)略石油儲量，保障我國能源
和化工原料的需求。由于易燃易爆液體儲存構(gòu)成危險源的臨界量為20t，因此上述儲罐區(qū)一般都屬于重
大危險源，必須重點進(jìn)行安全管理[1]。
常壓儲罐的失效形式主要為罐壁板的強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GBJ 128～1990
《立式圓筒形鋼制焊接油罐施工及驗收規(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API 653{油罐檢驗、修理、改造和重建》等標(biāo)準(zhǔn)對常壓儲罐的材料、預(yù)制、組裝、焊接、
檢驗和修理等方面都有嚴(yán)格要求。制造儲罐所采用的材料主要有碳鋼和不銹鋼，國內(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罐設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，允許使用的碳
鋼牌號有Q235 一AF，Q235A，20R，16Mn 和16MnR 等。目前國外主要采用聲發(fā)射技術(shù)在線檢測
常壓儲罐罐壁板上的活性缺陷和罐底板上的腐蝕和泄漏信號，采用漏磁方法定期檢測罐底板的腐蝕和
泄漏，用超聲檢測技術(shù)檢測罐壁板和頂板。國內(nèi)對常壓罐的定期檢驗近年來剛剛開始，主要采用超聲、
磁粉、射線、滲透檢測和超聲測厚等手段。國外現(xiàn)在廣泛采用的聲發(fā)射和漏磁掃查技術(shù)，我國還沒有
相應(yīng)的檢測標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范，正處于試驗推廣階段。
美國API 653 規(guī)定，每5 a(年)至少進(jìn)行一次運行中常壓儲罐的外部宏觀檢查。若不知道腐蝕速率，
超聲測厚在線檢測周期為5 a；知道腐蝕速率后，超聲測厚在線檢測周期應(yīng)根據(jù)實際計算而定，但最長
≯15 a。底板檢測周期應(yīng)根據(jù)實際計算確定，但最長≯20 a。國內(nèi)按照國務(wù)院頒布的《危險品化學(xué)安
全管理條例》要求，必須對化學(xué)危險品儲罐進(jìn)行定期檢驗，但目前具體年限和檢驗規(guī)則還沒有明確的
要求；SY/T 592 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，新建儲罐第一次檢測修理期限≯10 a，以后檢驗周期為5～7 a。
1 制造和安裝過程中采用的無損檢測技術(shù)
常壓儲罐主要是利用預(yù)制成型的頂板、壁板和底板在現(xiàn)場組裝后焊接而成。其中頂板和壁板大多
采用對接焊形式，底板大多采用搭接接頭。對于常壓儲罐底圈和第一圈罐壁的鋼板，當(dāng)厚度≥23 mm
時，應(yīng)按ZBJ 74003—1988((壓力容器用鋼板超聲波探傷》進(jìn)行檢測，達(dá)到Ⅲ級標(biāo)準(zhǔn)者為合格。對于
屈服點≤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，應(yīng)逐張檢查；對
于屈服點>390 MPa 的鋼板，應(yīng)逐張進(jìn)行檢查。
1.1 罐底焊縫的無損檢測要點
(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，試驗負(fù)壓≮53 kPa，無滲漏為合格。
(2)屈服點>390 MPa 的邊緣板的對接焊縫，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。
(3)厚度≥10mm 的罐底邊緣板，每條對接焊縫的外端300mm 范圍內(nèi)，應(yīng)進(jìn)行射線探傷；厚度為6～
9mm 的罐底邊緣板，每個焊工施焊的焊縫，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接罐底的丁字焊縫的根部焊道焊完后，在沿三個方
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《常壓鋼制焊接儲罐及管道磁粉檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》和
SY/T 0443—1998((常壓鋼制焊接儲罐及管道滲透檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》。
1.2 罐壁焊縫的無損檢測要點
(1)對于縱向焊縫，每一焊工焊接的每種板厚(板厚差≯lmm 時可視為同等厚度)，在最初焊接的3m
焊縫的任意部位取300mm 進(jìn)行射線探傷。以后不考慮焊工人數(shù)，對每種板厚在每30m 焊縫及其尾數(shù)
內(nèi)的任意部位取300mm 進(jìn)行射線探傷。探傷部位中的25％應(yīng)位于丁字焊縫處，且每臺罐不少于兩處。
(2)對于環(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)行射線探傷。以后對于每種板厚，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，應(yīng)從每條縱向焊縫中任取300mm 進(jìn)行射線探傷；當(dāng)板厚
10mm10mm 的壁板，全
部丁字焊縫均應(yīng)進(jìn)行射線探傷。
(5)除丁字焊縫外，可用超聲波探傷代替射線探傷，但其中20％的部位應(yīng)采用射線探傷復(fù)驗。
(6)射線探傷或超聲波探傷不合格時，應(yīng)在該探傷長度的兩端延伸300mm 作補充探傷，但缺陷的
部位距離底片端部或超聲波檢查部位>75mm 時可不再延伸。如延伸部位的探傷結(jié)果仍不合格時，應(yīng)繼
續(xù)延伸進(jìn)行檢查。
(7)射線探傷應(yīng)按GB 3323—1987((鋼熔化焊對接接頭射線照相和質(zhì)量分級》的規(guī)定進(jìn)行．并應(yīng)以
Ⅲ級標(biāo)準(zhǔn)為合格。但對屈服點>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；超聲波探傷應(yīng)按JB 1152—1981((鍋爐和鋼制壓力容器對接焊縫超聲波探
傷》的規(guī)定，合格標(biāo)準(zhǔn)為Ⅱ級。
1.3 底圈罐壁與罐底的T 形接頭的罐內(nèi)角焊縫無損檢測要點
(1)當(dāng)罐底邊緣板厚度≥8mm，且底圈壁板厚度≥16mm，或屈服點>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)對罐內(nèi)角焊縫進(jìn)行滲透或磁粉探傷。在油罐充水試驗后，應(yīng)采用同樣
方法復(fù)驗，探傷要求和標(biāo)準(zhǔn)與底板檢測相同。
(2)屈服點>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 定期檢驗中采用的無損檢測技術(shù)
為了保證儲罐罐壁和底板不發(fā)生泄漏，對儲罐進(jìn)行定期檢測很有必要，目前主要采用例行檢查、
在線檢測和開罐檢測三種形式。例行檢查是通過目視的方法，直觀地檢查儲罐是否有結(jié)構(gòu)損壞；在線
檢測是指無需停產(chǎn)情況下進(jìn)行的檢測，主要采用宏觀檢測、超聲波測厚和聲發(fā)射檢測方法；開罐檢測
需要儲罐停用、倒料、打開并置換清冼，使檢測人員進(jìn)入罐中進(jìn)行的各項檢測，主要采用漏磁、超聲、
射線、磁粉和滲透檢測等方法[2]
2.1 聲發(fā)射檢測
應(yīng)用聲發(fā)射方法在線檢測常壓儲罐主要有兩種模式，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，采用三角定位來確定聲發(fā)射源的位置，根據(jù)聲發(fā)射信號的特征參數(shù)和波形來
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探頭進(jìn)行定位，同樣根據(jù)聲發(fā)射信號的特征參數(shù)和波形來檢測罐
底板腐蝕的嚴(yán)重程度和泄漏。為了進(jìn)行在線聲發(fā)射檢測，應(yīng)提前一段時間把儲罐內(nèi)儲存介質(zhì)的液位降
下來，在進(jìn)行檢測時再把介質(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)，分析升壓和保壓過程中采集到的聲發(fā)射信號，對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)。通過對罐壁或罐頂?shù)穆暟l(fā)射源部位進(jìn)行超聲波測厚，
最終對儲罐的完整性作出綜合評價，確定開罐檢測的時間。該檢測方法需要檢測人員接受較好的培訓(xùn)
并具備大量現(xiàn)場檢測經(jīng)驗，但檢測效率較高[3-5]。
2.2 漏磁檢測
在停產(chǎn)開罐的條件下，對每塊罐底板用漏磁檢測法進(jìn)行100％檢測，可以比較精確地檢測罐底板
整體腐蝕情況。漏磁法主要用于檢測腐蝕等體積性缺陷，包括罐底板上表面和背面的腐蝕狀況。檢測
時需要利用合適的標(biāo)定板對儀器進(jìn)行標(biāo)定。并將罐底板清理干凈，作好標(biāo)識，按一定的順序進(jìn)行檢測。
漏磁檢測可對罐底板除焊縫以外的部位進(jìn)行100％檢測，檢測結(jié)果按照剩余厚度以不同的顏色顯示(圖
3)，檢測結(jié)果比較直觀[6.7]。
2.3 超聲檢測
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，所以在定期檢驗中一般對罐壁底
圈板的縱焊縫和環(huán)焊縫進(jìn)行20 %的超聲抽查。對于不銹鋼材料的儲罐底板也需采用超聲波掃查方法進(jìn)
行檢測。在檢測過程中，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 儲罐底板聲發(fā)射探頭布置及信號的定位
圖3 罐底板漏磁檢測結(jié)果圖
2.4 滲透檢測
對儲罐接管管口部位、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
和外觀檢驗發(fā)現(xiàn)有懷疑的焊縫均需進(jìn)行滲透檢測。滲透檢測可以較靈敏地檢出泄漏和裂紋等表面缺
陷．有效控制儲罐的安全質(zhì)量。
2.5 檢測儀器
目前用于儲罐聲發(fā)射檢測的儀器主要有德國VaIIen 和美國PAC 公司的聲發(fā)射儀器。漏磁檢測主
要用英國FIOOr Map2000 型罐底板漏磁掃查儀。
3 結(jié)論
(1)目前我國各項無損檢測技術(shù)已有了一定基礎(chǔ)，大部分已具備了現(xiàn)場使用要求，可以成功用于大
型儲罐的定期檢測。
(2)聲發(fā)射檢測應(yīng)用于儲罐的在線檢測，可對罐底是否存在泄漏或潛在泄漏作出一定的判斷，并對
其進(jìn)行定位；對罐壁上可能存在的活性缺陷和泄漏源進(jìn)行檢測和定位。通過對常壓儲罐的聲發(fā)射在線
檢測可以對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?
聲波測厚，最終對儲罐的完整性作出評價。
(3)罐底板漏磁檢測技術(shù)的發(fā)展，形成了儲罐底板全厚度內(nèi)的腐蝕、穿孔等缺陷檢測能力，尤其能
檢測儲罐底板下表面腐蝕狀態(tài)，是儲運設(shè)備檢測的強有力手段。應(yīng)用該技術(shù)指導(dǎo)儲罐底板的檢修，可
避免漏檢漏修，減少儲罐底板檢修的盲目性．節(jié)約資金，避免非計劃停車，創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟效益。
參考文獻(xiàn)：
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