油田储罐腐蚀在线检测及风险评估

孔军

(中国石油化工股份有限公司西北油田分公司，新疆 乌鲁木齐 830011)

1 概述

原油储罐是油田必备的重要设备之一，若原油储罐发生腐蚀穿孔等严重泄漏事故，不仅会造成重大火灾事故和人员伤亡，对于原油浪费和经济损失也是难以估量。

塔河油田原油具有高H2S浓度、超稠、高凝点的特征，在集输、沉降脱水、储存系统中都需要在高温条件下进行。同时塔河油田所处的沙漠地区受昼夜温差大等因素影响，容易造成H2S的挥发逸出并对大罐的呼吸阀、阻火器以及液压安全阀造成腐蚀，给安全生产带来隐患，影响油田生产的正常运行。近期对塔河油田各分公司原油储罐检修过程中发现，部分储罐底部腐蚀严重，其原因主要为原油储罐底部长期处于积水及高腐蚀性环境状态。由于大型设备检修通常两年开展一次，所以在不停产的情况下，定期对原油储罐开展壁厚检测并采取有效的防护措施，可以更好地解决原油储罐的内壁腐蚀问题。当前国内常用的储罐检测技术主要包括两类：在线检测和开罐检测技术。开罐检测主要包括在开罐状态下进行宏观检查、漏磁检测[1-2]、超声波测厚[3-4]等测试，此类方法在国内比较普遍。而在线检测手段较为成熟的是声发射检测技术[5-6]、边缘底板超声导波[7-8]检测技术。

通过国内外储罐检测技术初步调研，声发射检测技术能够在停输12～24 h后2～3 h内完成检测，基本上不影响正常生产。该技术通过罐底腐蚀引起的声发射信号被罐壁传感器接收，经过数字化软件处理和识别后，进行腐蚀风险评级，从而实现储罐底板腐蚀状况在线检测和监测。自动爬行超声波检测技术可以在不对罐壁进行清理、打磨、未搭架子的条件下，通过远程遥控的方式指挥自动爬行超声波检测仪到达罐任意指定的位置进行壁板的A/B/C扫描检测，从而大幅减少搭架子、打磨等辅助工作的费用，声发射技术结合自动爬行超声波检测技术、超声导波检测技术，可以实现储罐不停产的在线全面检测。

我国现在有大量常压储罐在高含硫化氢及高含水等条件下运行，环境恶劣易造成腐蚀，尤其是储罐底部腐蚀风险较高。同时由于部分储罐服役时间过长和油田生产缺乏有效的检测、监测手段等原因，储罐的腐蚀状况无法清楚掌握。通过在线检测手段，可对储罐底板腐蚀状态进行评级，发现腐蚀状态等级高的储罐后需尽快安排实施开罐检验。对腐蚀状态等级低的储罐，则可以适当延长检验周期，从而实现在保证安全的前提下，延长检验周期、减少检验维修费用的目的。该项目的实施对于保障油田分公司及大量储罐用户高效、安全具有积极意义。

从经济上来看，通过实施储罐在线腐蚀检测及评价，首先可以延长储罐寿命，减少不必要的开罐检测及防腐费用，减少因油气开罐停产造成的油气损耗，增加油气田开发经济效益。其次，从生产运行管理上来看，减少腐蚀穿孔事故的发生，从安全和社会影响来看，储罐底板腐蚀穿孔会给人民群众生命安全产生严重威胁，减少穿孔可保障油田安全生产。最后从生态与环保效益来看，油气田原油因腐蚀穿孔而发生泄漏，会给生态环境带来严重污染，通过该项目的实施，降低因储罐腐蚀造成环境污染发生的可能。由此可见该项目实施其经济效益和社会效益是非常显著的。

2 检测技术及试验

2.1 储罐常用检测技术评价

目前储罐底板腐蚀占比达到储罐不同部件腐蚀案例的90%以上，截至2015年底，共腐蚀3例，其中储罐底板腐蚀2例，罐壁腐蚀1例。由于储罐底板较难检测，因此储罐底板腐蚀检测是目前储罐检测的重点及难点。目前国内外常用的储罐检测技术主要为宏观检查、壁板顶板超声波测厚、自动爬行超声波检测、声发射检测和漏磁检测、高频导波检测。针对储罐底板检测，声发射检测与漏磁检测在应用上的最大区别在于声发射检测只能在在线条件下应用，对底板的腐蚀状态进行定性。而漏磁检测技术则需要在停产和清罐的条件下应用，并对缺陷的大小、深度进行定量，因此在进行储罐底板检测时要根据现场检测条件及作业要求和仪器的各自特点来选取合适的检测技术。相对于漏磁检测技术，国外声发射检测技术应用已经趋于成熟，每年检测储罐达到数千具，已经建立了相关储罐底板腐蚀分级评价参数及标准。目前应用较多的检测技术如下：

(1)自动爬壁超声波检测

自动爬壁远程超声扫描检测仪可对储罐壁板进行扫查，也可对宏观检查发现的可疑部位定点扫查。该设备采用单晶喷水式探头，通过地面遥控操作，无需搭设脚手架，不需对设备表面进行处理就可罐壁进行厚度检测或A/B/C扫描，从而判定检测部位的厚度和腐蚀状况。

(2)底板腐蚀状态声发射在线检测

底板腐蚀状态的声发射检测是通过布设在第一层壁板上的若干个声发射传感器收集声发射信号后经过分析计算来实现的。检测方法如图1所示。

图1 检测方法

声发射检测技术判断腐蚀状态可采用JBT 10764—2007 《无损检测 常压金属储罐声发射检测及评价方法》进行评级，对腐蚀严重的(4级和5级)及时开罐检验并维修，对腐蚀程度较低(3级)或腐蚀轻微(1级和2级)的储罐可以继续使用。

(3)高频超声导波检测

高频导波对各种缺陷和腐蚀有较高分辨率。高频导波可通过平行扫查方式在清罐条件下对罐底板指定部位进行定量检测，也可通过扇形扫查方式，在不清罐的条件下在罐外部通过边缘底板外伸部位实现对边缘底板腐蚀状态的检测抽查。

(4) 底板漏磁检测

漏磁检测是目前储罐底板腐蚀检测技术中效率最高、效果最好的方法，通过霍尔元件采集了磁场通过铁磁性元件缺陷部位时泄漏掉的部分磁场来判断缺陷的大小和深度。

(5) 焊缝表面检测

根据储罐的受力状况，建议对第一、第二层壁板纵、环焊缝、大角焊缝、边缘板对接焊缝实施表面检测，检查罐体焊缝有无表面裂纹缺陷。

2.2 储罐底板在线检测

2.2.1 检测对象及参数

对储罐的生产运行情况、工区位置及作业条件进行现场调研，重点对储罐服役年限、含水情况及是否具备停输条件进行调查，确定检测储罐与工区用电设备的距离为后期声发射在线检测设备用线长度。根据调查储罐容积、类型及直径来确定储罐探头布置个数及位置，一般3000 m3储罐开孔8个，5000 m3开孔10个，10000 m3开孔12个，20000 m3开孔16个。待检测的储罐多数孔直径为0.2 m，其中有一个孔直径为0.3 m，要求储罐开孔区防腐层去除，在孔中心打磨出罐壁并露出金属光泽直径5 cm，一般开孔探头布置等间距不超过8 m，探头开孔距离罐底板为污泥层之上0.3 m，根据现场调研，塔河油田污泥层一般不超过0.5 m，建议探头布置于罐底板1.0 m左右。

检测储罐要求在检测前停输10 h以上，保持加热炉盘管检测前4 h停止运行，液面保持在80%～90%，建议储罐优选服役时间长、介质腐蚀性强、腐蚀刺漏风险较大的优先检测。

2.2.2 现场检测方法及流程

(1)断铅测试

仪器连接及探头布置完毕后，建立储罐检测文件夹，复制并打开提前设置的lay文件，设置参数，在AE设置中将门槛值调到80，数据组设置中将能量参数增益调到20，并选取AE通道数量，如3000 m3勾选1～8。

参数设置人员用步话机通知现场技术人员抵达探头位置进行断铅，点击软件开始，在距离探头0.03 m位置每隔5 s断铅6次，现场人员将探头标号及并汇报断铅完毕，参数设置人员记录好断铅结果，如果断铅结果相比门槛值低，要现场人员移动探头或者重新用凡士林耦合固定，设置参数人员调低门槛重新测试，直到断铅测试结果符合门槛值，一般断铅测试结果保持在90 dB以上。保存文件断铅测试文件dat，保存在储罐检测文件夹。

(2)通道信号衰减测试

参数设置人员将能量参考增益调到30，门槛设定为50 dB，现场技术人员与参数设置人员通过步话机沟通，现场技术人员并在开孔较大的探头部位用橡皮捶打敲击6下，参数人员观察测试软件显示，信号分别由敲打通道向两边通道依次随着距离远近衰减。并将测试数据dat保存在储罐检测文件夹。

(3)背景噪声采集

设置门槛值为20，将幅值对通道页面的幅值改为最大，并记录最大通道幅值，将ASL添加检测仪器，F7行显示，在15～30 dB合格，将测试dat文件保存在储罐检测文件夹。

(4)数据采集

门槛值设定在40，根据储罐大小可以微调，一般储罐较大的可以设置到35，点击开始，现场人员全部撤离到软件操作间，现场储罐检测区禁止人员走动，做好检测记录。检测时间一般为2 h。中间进行一段时间的波形采集。检测完毕后点击中止，将数据DAT文件保存在储罐检测文件夹。

(5)滤波处理

点击F7行显示，观察检测数据，在滤波处理选项，勾选将能量值低于20，时间值在60000以上的过滤，将数据文件dat保存在储罐检测文件夹。填写检测记录附件3。

⑥检测评价

按照国家储罐检测标准进行对数据腐蚀等级评价，根据现场储罐开罐检测情况进行数据验证，通过现场实际腐蚀情况对在线检测评价进行修订，建立两者之间的对应关系，并建立储罐声发射在线检测结果、储罐服役年限、开罐检测状态、腐蚀介质之间的分类对比库。

以某站内储罐检测为例，本次检测是储罐在7.0 m安全液位高度下进行的声发射底板整体检测，整个检测过程共持续150 min，其中雷达液位计未关持续90 min，关闭后持续60 min。从各通道撞击信号关联图(图2)来看，各通道的撞击均为低水平，其对应的能量与信号幅值均属于中低水平，根据JB/T 10764—2007 《无损检测常压金属储罐底板声发射检测及评价方法》的规定，综合所采集信号的事件活度、能量大小、幅值高低及通道撞击数，经时差定位分析和区域定位分析，判定罐底板腐蚀状态的活度等级为Ⅱ级。

图2 罐底板腐蚀分布图

相比开罐检测周期为近1个月，声发射在检测周期更为灵活，检测周期平均为3 d，检测效率提高了近10倍。此外也填补了油田储罐在线检测技术不足，检测更加符合现场工况实际，同时进行腐蚀预警，为防腐措施提供技术及数据支撑。

2.3 形成储罐检测技术体系

(1)通过宏观检查和超声波测厚及自动爬行超声波检测的手段，检查罐体的宏观缺陷和壁板、顶板的腐蚀状况；

(2)通过声发射手段，定性检测罐底板的腐蚀状态；

(3)通过高频导波检测，定量检测边缘底板的腐蚀状况，结合声发射检测结果，对底板腐蚀状态作出评价；

(4)通过漏磁检测手段，定量判定底板腐蚀情况，并确认声发射检测的准确性；

(5)通过第一、第二层壁板纵环焊缝、大角焊缝和边缘底板对接焊缝的表面检测抽查，确定罐体焊缝有无表面缺陷。

3 结论

塔河油田现在有大量常压储罐在高含硫化氢及高含水等条件下运行，腐蚀环境恶劣，尤其是储罐底部腐蚀风险较高，部分储罐服役时间过长，由于油田生产需要及缺乏有效的检测、监测手段等原因，储罐的腐蚀状况不清楚，通过在线检测手段，可对储罐底板腐蚀状态进行评级，对腐蚀状态等级高的储罐，可以尽快安排实施开罐检验；对腐蚀状态等级低的储罐，则可以适当延长检验周期，从而实现在保证安全的前提下，延长检验周期、减少检验维修费用的目的。结论如下：

(1)声发射检测技术可以应用于常压储罐底板腐蚀状态检测中，可以作为储罐安全隐患排查的手段；

(2)根据所制定的现场检测方案，顺利完成现场检测的各项任务，说明所制定的检测方案及所采用的技术路线可行有效；

(3)通过现场测试，充分体现了在线检测方法的经济性及高效性；可以弥补了传统检测方法的盲目性、对安全隐患及腐蚀排查存在的滞后性等缺点，极大减少“停输—开罐—清洗—检测—修复”这一传统检测方法所产生人力及经济上的浪费。

该项目的实施对保障西北油田分公司及大量储罐用户高效、安全生产具有积极意义，具有广泛的应用前景。