大型常压储罐的检测综述（修改版）

大型常压储罐无损检测综述

摘要：本文总结了适用于储罐底板包括磁粉、漏磁、超声测厚、涡流、渗透和相控阵等的离线检测技术和包括超声导波以及声发射检测技术等的在线检测技术。并总结了离线检测方法将会是多种检测技术间的组合使用。以及在线检测技术中引入电动爬行机器人在油检测，以及声发射的在线监测的发展方向。 关键词：常压储罐 在线检测 离线检测 综述 1 引言

大型储罐是石油石化行业中的重要设备,其容积一般不小于200m3，世界上最大的常压储罐容积为240000m3，我国在用的大型储罐单体最大容积为150000m3???。它广泛用于石油化工、航空、港口等行业。

由于罐容紧张,很多大型储罐因为超期服役或连续运转超过规定的检测年限，加之缺乏安全高效的检测方法，导致出现了大量的安全事故。而因罐体内外部的腐蚀减薄或穿孔、焊接缺陷的扩展、介质和环境引起的开裂以及脆性断裂等是造成储罐泄露的主要原因[2]。其中因腐蚀而造成的泄露最为常见。 2 常压储罐的检测

随着无损检测技术在国内的引进，以及我国的科研工作者经过了大量的研究工作，研究出多种对于立式储罐的离线检测和在线检测方法???。

离线检测主要采用的是常规的无损检测方法。在储罐的安全检测周期间，排空罐体内部的液体，采用超声、涡流、漏磁、磁粉和渗透等检测方法，进入到罐内对整个储罐底板进行检测；在线检测技术是在不开罐的情况下完成检测。常用的在线检测技术主要有声发射以及超声导波在线检测技术等。相对于离线检测，在线检测因其实施方便快捷且经济是储罐罐底检测的主要发展方向。 2.1 离线检测技术 2.1.1 超声测厚检测技术

在储罐检测中常用超声测厚技术[4]检测罐底板腐蚀，常规的超声波是通过脉冲电压激发压电陶瓷晶片产生超声波，而现阶段的新型研究方向是利用高频电磁激发工件本身引起其震动产生超声波。超声测厚的检测原理是将超声脉冲垂直发射至罐底板，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。我们将储罐底板划分区域，将检测结果和区域对应，将检测结果进行分析处理，即可知缺陷的位置。

具体检测步骤为：将储罐清空后，由工作人员或者爬行机器人进入罐内，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。

超声波测厚检测技术具有方便、易操作性的特点，但由于仪器仅能对点进行测厚，故检测效率受到很大限制。另外该方法也存在漏检率较高，对于一些微小的裂纹、坑蚀检出率较低，而这些微小缺陷是容易发展为罐底的失效缺陷。

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该检测技术已经获得了国内外的广泛应用，相关的检测设备有美国泛美的26MG使用双晶探头,从被测物体的一面就可以测量被腐蚀,有凹痕,被氧化或呈粒状等其它较难测量物体的厚度。有多种探头可选。可对厚度在0.5mm--500mm之间,温度在-20C°-- +500C°之间的物体进行测量。还有德国KK公司的DM5E系列等。 2.1.2 涡流检测

涡流检测[5]是基于电磁感应原理，当通有交流电的线圈靠近储罐底板时，这时线圈内及其附近将产生交变磁场，使储罐底板中产生呈旋涡状的感应交变电流，称为涡流。涡流的分布和大小，除与线圈的形状和尺寸、交流电流的大小和频率等有关外，还取决于试件的电导率、磁导率、形状和尺寸、与线圈的距离以及表面有无裂纹缺陷等。因而，在保持其他因素相对不变的条件下，用一探测线圈测量涡流所引起的磁场变化，可推知试件中涡流的大小和相位变化，进而获得有关电导率、缺陷、材质状况和其他物理量(如形状、尺寸等)的变化或缺陷存在等信息。但由于涡流是交变电流，具有集肤效应，所检测到的信息仅能反映储罐底板表面及近表面处的情况。涡流检测的优点是重量轻，操作方便，检测速度快，易作为在线普检。且对被检罐底板要求不高，无需耦合剂。受集肤效应的影响，探伤深度与检测灵敏度相互矛盾，不适于探测深处缺陷；现阶段还处于当量比较阶段，对缺陷做出准确的定性定量尚待开发。 2.1.3 磁粉检测

磁粉检测[6,7]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部分磁化，在被检测部位及周围产生局部磁化的磁场，若存在裂纹等缺陷，使罐底表面和近表面的磁力线发生局部畸变而产生漏磁场，将磁悬液施加在磁化区域，磁粉就会吸附在缺陷处，在合适的光照下形成目视可见的磁痕，从而显示出缺陷的位置、大小、形状和严重程度。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，与磁感线垂直的缺陷有较好的检出率，平行时几乎不能检出，由于趋肤效应，仅仅只能检测表面及近表面的缺陷，对于深处缺陷效果不佳，由于仅仅只能在表面显示磁痕，并不能反应缺陷的深度信息。 2.1.4 漏磁检测

漏磁检测[8,9]广泛用于储罐的底板检测，漏磁检测的基本原理是将被测储罐底板磁化后，若材料内部材质连续、均匀，材料中的磁感应线会被约束在材料中，磁通平行于材料表面，被检材料表面几乎没有磁场。如果被磁化材料有缺陷，其磁导率很小、磁阻很大，使磁路中的磁通发生畸变，其感应线会发生变化，部分磁通直接通过缺陷或从材料内部绕过缺陷，还有部分磁通会泄露到材料表面的空间中，从而在材料表面缺陷处形成漏磁场。利用磁感应传感器（如霍尔传感器）获取漏磁场信号，然后送入计算机进行信号处理，对漏磁场磁通密度分量进行分

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析能进一步了解相应缺陷特征比如宽度、深度等信息。漏磁检测的优点为检测速度快，操作方便、对现场清洁程度要求较低、检测效率高、检测精度高等优点但其缺点有：漏磁检测技术还无法精确地反映缺陷的几何尺寸，只能粗略的判断缺陷的状态且对深度的缺陷检出效果差。 2.1.5 渗透检测

渗透检测[10]的工作原理为工件表面被施涂含有荧光染料或者着色染料的渗透剂后，在毛细作用下，经过一定时间，渗透剂可以渗入表面开口缺陷中；去除工作表面多余的渗透剂，经过干燥后，再在工件表面施涂吸附介质—显像剂；同样在毛细作用下，显像剂将吸引缺陷中的渗透剂，即渗透剂回渗到显像中；在一定的光源下（黑光或白光），缺陷处的渗透剂痕迹被显示（黄绿色荧光或鲜艳红色），从而探测出缺陷的形貌及分布状态。渗透检测可广泛应用于检测大部分的非疏松性材料的表面开口缺陷，如钢铁及塑料等，对于形状复杂的缺陷也可一次性全面检测。但其局限性在于，检测程序繁琐，速度慢，试剂成本较高，灵敏度低于磁粉检测，对于埋藏缺陷或闭合性表面缺陷无法测出，对被检测物体表面光洁度有一定要求。

2.1.6 超声像控阵检测技术

相控阵技术[11,12]是一种通过电子激发的时间不同而改变探头性质的多声束扫描技术，最初使用在相控阵雷达上，90年代以后将之引入到无损检测。相控阵探头性质的改变是通过相控阵探头单个晶片在脉冲发射和接收信号时引入时间变换来完成的，从而实现聚焦点和声束方向的变化，然后采用机械扫描和电子扫描相结合的方式实现图像成像。具体检测步骤为将划分区域，然后将探头置于区域内，即可得到扫描图像从而判断底板有无缺陷。相控阵检测技术在国外已经有了很大的发展，奥林巴斯公司生产了诸如EPOCH 1000系列的超声相控阵设备，近些年国内的汕超公司也研制出了CTS-2018型号的相控阵设备，也参与起草了标准号为GB/T 29302-2012的超声相控阵检测系统的性能与检验这一标准。 2.2 在线检测技术 2.2.1 超声导波检测

当超声波被局限在板状、管状或棒状材料的边界内时，声波在介质中的不连续交界面间产生多次往复反射，并进一步产生复杂干涉和几何弥散形成的一种波形，这样就形成了新的超声波类型——导波。在固体板中传播的导波类型主要有Lamb波和SH板波（水平剪切波），板中主要采用Lamb波进行检测。传感器激励出 Lamb 脉冲波信号，脉冲波信号在底板上下表面来回反射后沿着板面方向传播，当遇到板中缺陷和板底端面时脉冲信号会发生反射。反射回来的信号由同一传感器接收，接收的信号经设备处理后显示二维缺陷图像。这样就实现了板中缺陷定位定量检测[13,14]。黄志强[15]等研制出了针对储罐底板的探头中心频率为0.5MHZ的UT350实验Lamb波自动检测装置系统。肖贤军[16]等运用超声导波确定

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储罐底板缺陷腐蚀度的相关研究。徐书根[17]等研究了基于磁致伸缩效应激发的超声导波的相关研究。超声导波在模态的选择及散射方面还有很多值得研究的方面。

2.2.2 声发射检测

声发射检测[18,19]是一种动态检测方法，现已经广泛的运用于储罐底板的腐蚀检测中，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[20]。声发射检测原理是将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，根据各个传感器接收同一信号的时间差来进行定位，进而根据这些信号来评估储罐底板的腐蚀状况。将声发射检测技术应用于立式常压金属储罐罐底腐蚀检测始于上世纪八十年代。在声发射检测系统方面，国外如德国的Vallen公司，美国的PAC公司都研究出了全数字式仪器，国内方面，戴光等[21]综合分析了采用声发射方法对在用储罐底板进行在线检测与综合评估意义，对声发射技术在评价储罐结构和完整性方面的研究进展作了全面评述。 3 总结与展望

3.1对于离线检测方法的总结与展望

传统的离线检测技术尽管比较成熟，但受检测本身的技术限制以及在检测前需做大量的准备工作，如停产清空罐体，人员需进入罐体内部存在一定的安全隐患。传统离线的发展方向应为：(1)检测方法间的配合：每种检测技术均有其自身的优点及局限性，如何配合使用并充分发挥各自的特点成为非常重要的问题。(2)吸收国外的技术，形成自身的优势：国外无损检测技术由于起步早，标准和设备相对比较完善和先进，在吸收国外先进技术经验时积极修改、完善行业标准。 3.2在线检测的期望

3.2.1 在油爬行机器人的运用

传统的检测方法需要储罐停产且须清空罐体，会因为停工造成部分的经济损失，在油电驱动爬行机器人携带探头，在几乎不影响储罐正常运行的情况下将之送入储罐内以事先规定好的行进路径对储罐板进行全面的扫查，实时或者扫查完毕后得到扫查结果，分析处理后得到缺陷的信息状态。华中科技大学的袁建明、武新军[22]等已经研制出了基于漏磁探头的移动检测机器人。 3.2.2 声发射在线监测的运用

目前采用声发射技术对储罐罐底检测是通过定期检测方式实施的，对于突发

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性泄漏等事故不能及时捕获、报警。此外，对于具有保温层的储罐，每次检测前都要将部分保温层破坏后方可布置传感器，检测完成后还要将保温层复原，存在不便。如果能够将声发射传感器固定在罐壁上且深入到罐内，进行在线连续监测将是对现有声发射罐底检测技术的重要改进。首先，在线声发射监测可实现实时报警，有利于处理突发状况；其次，在线监测还有助于实时了解罐底腐蚀的发展状况，以便提前采取防治措施。 参考文献：

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