常压储罐底板泄漏的声发射源特征

闫 河，赵彦修，李晓林，刘建军

（中国特种设备检测研究院，北京 100013）

随着国民经济的快速发展，储存原料的储罐也随之增多；同时，过去一些没有严格按相关规范修建的储罐也进入了老龄化的时代，其安全性能引起了人们的广泛关注。钢制储罐及其辅助设备失效、破坏的主要原因是腐蚀［1］，腐蚀不仅跟所储存的介质有关，更是时间的函数，随着时间的推移，腐蚀程度会越来越严重。储罐底板上下表面由于腐蚀穿孔导致泄漏的情况在各大石油化工企业时有发生。目前，查找泄漏部位最常用的办法就是开罐清理，以宏观为主的检测方法［2］，这些方法也只能找到明显缺陷的泄漏情况，对于诸如微渗或者泄漏源被加热盘管、浮顶支柱或垫板所覆盖的部位，检验效果较差。在这种情况下，需要一种更加快捷的、可靠的检测方法。

正如标准JB／T 10764－2007［3］所言，声发射检测可以发现储罐的泄漏，但泄露检测不是该标准的主要目的，该标准的主要目的是通过分析探测到的有效AE 信号来对罐底板遭受腐蚀的程度进行评价。其原因为：①泄漏信号为连续的声发射信号，对于连续的声发射信号采用时差定位的方法从理论上讲是无法进行的。②储罐泄漏型式为多样性，这种多样性不仅表现在泄漏时段的多样性（多数泄漏情况为间断性的泄漏，即在低液位进出料时的泄漏，高液位保压时不泄漏），同时也表现为泄漏孔形状的多样性（例如小孔泄漏、焊缝开裂泄漏或微渗等情况）。因此声发射在线检测泄漏源时，需要进行多时段的采集，通过分析不同时段的信号特征来精确地确定泄漏源区。

笔者结合声发射检测常压储罐底板泄漏的典型案例，探讨如何正确应用声发射在线检测技术解决常压储罐泄漏检测这一难题及检测中应采集哪些有关数据，如何从检测结果中准确判定泄漏源。同时，也给出了如何通过引入“族源”对泄漏这种连续信号进行定位分析的方法。

1 检测对象及主要检测仪器

1.1 检测对象

检测对象为两台服役均超20a的常压原油罐，其具体的参数见表1。

表1 常压储罐的基本参数

1号罐在发现泄漏后，业主进行了开罐全面检验、局部底板更换及整个底板重新防腐等整改措施，但重新投用后该罐依然存在泄漏；2号罐在使用过程有泄漏迹象，但泄漏特点为泄漏量不大，泄漏时间也不定期。受业主委托，我院进行相应的泄漏检测工作。

1.2 检测方案

检测流程为：首先进行声发射在线检测，以大体确定可能的泄漏部位；然后进行开罐，通过目视检测来发现泄漏部位；必要时，在可能的泄漏部位进行漏磁、高频导波、C扫及焊缝抽真空检测。

1.3 主要检测仪器

检测所使用的主要仪器为声发射检测仪，传感器中心频率为30kHz，频带宽为20～100 Hz，耦合剂为真空脂，采用磁夹具固定传感器。

2 检测结果

2.1 声发射检测

两个储罐的声发射泄漏检测方式为在不同液位高度下，且每个液位高度不少于1h的声发射数据采集分析（1号罐的试验介质为水，2号罐的试验介质为原油）。典型数据对比如图1～6。

2.2 开罐后宏观检查

通过声发射检测，确定了泄漏区域后，对两个储罐分别开罐以查找泄漏源。其实际泄漏位置及缺陷状况如图7，8所示。

在液位升至高液位时，2号罐增设一个传感器（19号），位于3号与4号之间（见图8a）。

3 检测结果

3.1 泄漏产生声发射信号及定位源的分析

（1）泄漏信号本身为连续信号。（2）但由泄漏源引起沙石等物体移动时所产生的突发声发射信号源可以进行定位。

3.2 不同阶段声发射信号特征的分析

（1）这两个储罐都存在泄漏，但从图1，4可以看到在低液位情况下，泄漏特征并不明显，主要体现在以下两个方面：①事件定位图中没有明显的集中区域。②各通道撞击数没有明显的差异。导致这种情况的原因是低液位时期为整个底板的变形不大及泄漏扩散初期，这个时期泄漏量不大，不会形成明显的集中定位区域。

（2）随着液位的上升，泄漏量应随之增加，因为这个时期为快速泄漏期，底板与基础有一定的空隙，泄漏点随液位上升也呈扩张趋势。从试验数据得出1号罐有明显的特征表现，即事件定位图出现明显的定位区域，通道撞击呈现明显的差异；但2号罐没有明显的信号特征，说明所布置的传感器不能很好地覆盖整个检测区域，换一种说法就是所布置的传感器不能有效地覆盖该罐的泄漏点，或者说泄漏点位于边缘板上，而不是中幅板上，需要增设传感器。

（3）随着液位续继上升，在接近最高液位时，底板下沉到历史最低点，虽然泄漏点有可能扩大到最大值，但整个底板下部已没有过多的空间储存泄漏的液体，整体表现为会有液体泄漏，但泄漏特征不明显，属于泄漏放缓期。从图2，5可以看出，1号罐的事件定位图中没有明显的定位区域，各通道撞击数也比上一个阶段在减少；2号罐由于多增设一个传感器，其通道撞击数明显高于其他各通道，进一步说明2号罐的泄漏点就位于新增19号传感器附近。

（4）当液位下降时，底板因反弹力会向上拱，此时底板与基础之间有更大的空间，使泄漏量增大。从图3，6可以看出，随着液位的下降，1号罐的特征表现如同液位上升阶段，2号罐依旧没有明显的定位区域，而19号传感器左边的3号传感器通道撞击数高于右侧的4号传感器通道撞击数，这表明泄漏点应偏向3号侧。

3.3 综合分析

（1）由开罐后的宏观检测发现，1 号罐的泄漏点位于事件定位图中的集中定位区域；2号罐的泄漏点位于边缘底板上近壁板处。这两个罐的缺陷位置均处于有明显声发射信号的特征的区域，达到声发射泄漏检测目的。

（2）对于液位上升和下降过程中1号储罐事件定位图中沿9号传感器的一条直线是由于有泄漏液从此处流出，这从另一个角度可以看出，虽然液位的流动属于连续信号，但是对于流体流动撞击附近的沙石所产生的突发信号可以形成良好的定位，这种定位就可以理解为所谓的“族源”定位。

（3）由于2号罐的泄漏源近壁板处，其泄漏源的信号对中幅板没有太大影响，故本次检测也可以认为是一次底板腐蚀检测。但从不同液位高度的事件定位图可见，在液位处于最高点时，不是定位事件数最多的节点，对于腐蚀级别来讲，不是最高级别。

4 结论

（1）声发射是适用于储罐底板泄漏检测的方法，但如需精确定位则需要通过不同的液位高度进行对比检测。

（2）对于近壁板的泄漏源，可单一采用通道撞击关联图进行确定，但对于中幅板的泄漏必须结合事件定位图与通道撞击关联图进行确定，此时的定位可以认为是由一系列“族源”所形成。

（3）通过不同阶段的事件定位图可知，对于常压储罐的底板腐蚀检测，并不一定要求液位达到历史最高。

［1］ API 575－2004 常压和低压储藏罐的检验指南和方法［S］.

［2］ SY／T 5921－2000 立式圆筒形钢制焊接原油罐修理规程［S］.

［3］ JB／T 10764－2007 无损检测 常压金属储罐声发射检测及评价方法［S］.