储罐在线检验检测及评估装置的制作方法

本实用新型属于设备检测技术领域，具体涉及一种储罐在线检验检测及评估装置。

背景技术：

储罐广泛应用于水运、交通、石油、化工运输等诸多领域，是储备油品、液体化工原料及其产品的专用设备，其储存物往往具有易燃易爆、易挥发、易流动扩散、受热膨胀、易产生静电、有毒等危险危害特性，属于高危险性的特种生产设备。对于石化码头储罐裙，由于其大量集中分布，且多沿江、沿河或临海建设，一旦其中一只储罐发生事故，极易引起连锁反应，引发泄露、火灾、爆炸、中毒等灾难性事故，其中对大气和水体的破坏尤为严重，此类事故具有极强的扩散性，易产生事故溢出效应，造成更大范围的二次破坏，还容易一起强烈社会效应，出现群体事件，因此石化码头储罐库区都成为属地的重大危险源，政府均对其进行重点安全监管。

目前，国内石油、化工、航空、港口等企业拥有的5000m³以上的大型储油罐数量在2万台以上，由于我国缺少统一的储罐建设、设计、制造、安装、检测等相关规程标准，不同行业、不同企业选择的储罐标准都不尽相同，甚至有大量没有依据相关标准建设的储罐存在，储罐运行风险处于较高状态。长期以来，储罐库区的安全监管一直停留在对储罐的安全进行宏观管理，储罐及附属设施的本体安全一直由企业负责，耳国家并未对储罐实施强制检测要求，所以长期以来，储罐库区都采用企业自主维护管理方式，而这种管理方式由于企业实现价值的目标限制，导致对储罐的隐患排查技术力量严重不足，年复一年，导致储罐隐患积压。在投入使用初期，由于设备还处于寿命周期的初级阶段，其安全裕度较大，储罐事故隐患并不突出，但随着储罐使用周期的延长，大量的设备失效开始暴露，如果不能及时有效的发现并维修这些缺陷，势必产生各式各样的储罐事故。正是由于这些原因，改革开放30多年后的今天，储罐事故开始大量集中出现，如大连、青岛、泰州、兰州等事故，这就迫切需要改变过去不合理的储罐安全监管和使用维护管理方式。

由于我国在储罐安全监管方面起步较晚，储罐管理技术力量薄弱，缺少有效的检测手段和科学的安全评价方法，储罐检测技术水平较低，目前我国对于储罐的安全评价主要有三种方式：一是常规开罐单项检测，二是在线罐底腐蚀声发射检测，三是基于风险的检测(RBI)。其中，储罐单项检测是应用最多的检测方法，包括罐底板腐蚀漏磁检测、罐壁超声波测厚、角焊缝磁粉检测等，此类检测方法都是针对储罐单一部件或部位的检测，主要以企业自检方式为主，目前通常的做法是每隔数年对储罐进行腐蚀、泄露、强度等状态进行一次例行检查维修。但由于储罐的大多数缺陷都发生在储罐内部，单项检测针对的是罐体内部，就需要在每次检修前将储罐内的介质全部清出，并对罐体内部进行充分清洗，保证罐体内无危险介质存在，才由检修人员进入罐体进行检查，此种储罐安全管理和检修方式主要有一下几方面的缺点：(1)成本巨大：化工及油品储罐一般都在一千立方米以上，有的甚至达到几万立方米，体积巨大，整个检修过程需要经历介质导出、清罐、除味、检测、介质重新注入等步骤，全部过程可能要超过30天，以单只储罐计算所用的人工、清理、污水处理等相关费用即可达到四五十万之多，这还不包括企业的停产损失；(2)环境和安全问题严重：每次检修，罐内储存介质的导出和罐体清洗、危险化学品都极易泄露到自然环境中，这也是危险化学品储存安全管理中最薄弱的环节，存在巨大的安全隐患，同时每次清罐还将产生大量含有危险化学品的废液，一旦处理不当就将带来严重的环境和安全问题；(3)盲目性检修：现行的储罐检修次序主要依据检修周期，忽视了储罐自身的安全状况评级过程，而在长期的储罐检修过程中发现，有80％的储罐在检修周期内是不需要开罐检修的，如果依照现行的检修方案，就会出现大量根本不需要开罐的储罐被开罐检修，而某些有严重安全隐患的储罐，由于未到检修周期而继续服役，此时检修的效果就大打折扣，其耗费的成本也相当惊人；(4)检测方法缺乏科学性：危险化学品储罐的使用单位绝大部分都是生产经营类企业，由于其经营目的局限性，在储罐的安全检测技术投入上必然会出现不足，目前大多数企业的储罐自检主要依靠目视检查，辅之以超声测厚等常规的检测方法，检测手段单一，其结果也缺乏科学数据支撑，缺陷检出率较低，单项检测结果不能表征整个储罐的安全状况，各检测方法不成体系，难以为储罐安全监管部门提供监管依据；(5)检测方式不成体系：在储罐的使用过程中，往往是企业发现储罐的某个部位或部件有疑似缺陷或可能出现运行风险，就对该部位进行检测，对于其他部位仍然默认为安全的，检测的结论只能表征检测对象的安全状况，对于储罐整体安全不具代表意义，难以作为储罐安全监管的参考依据。

声发射是一种常见的物理现象，是来自于材料内部由于突然释放应变能而形成的一种弹性应力波，大多数材料变形和断裂时有声发射发生，利用仪器探测、记录、分析声发射信号，进而推断声发射源、对被检测对象的活性缺陷情况评价的技术称为声发射检测技术。在线声发射检测是非侵入式、不停产、不清罐、经济适用的储罐安全状况评估技术，对储罐进行在线安全评价，划分储罐的安全等级，区分出需要进行全面开罐维修的罐体，为储罐定期检验维修对象的选择提供技术依据。但声发射检测存在如下问题：(1)声发射信号及信号处理困难：声发射信号处理分析是实现声发射源定性识别、定位判断和定量评价。AE信号处理面临的最大难题，首先是AE源的多样性、信号本身的突发性和不确定性，不同的AE源机制，可以产生完全不同的AE信号。其次。AE信号传输途径的影响，AE传感器所获得的信号至少是声源、传输介质、耦合介质和换能器相应等因素的综合结果，声发射信号在材料或结构中经多次反射、衰减以及波形转换后，其波形将发生很大畸变，声源发出的声波可以经多种路径达到传感器，叠加使得信号趋于复杂，此外，由于传感器本身的振铃效应，导致输出信号更加复杂；(2)干扰噪声多样：声发射是以被动检测的方式用于动态监测，噪声干扰十分严重，外部干扰噪声可能远远大于AE信号。AE检测干扰噪声主要有：环境噪声、机械噪声和电子仪器干扰噪声等，这些噪声的主要时域特征是随机地分布在整个采样空间范围内，不仅影响信号采集速率，而且造成采集的数据非常庞大难以有效处理，很难保证AE监测的实时性；(3)现有声发射检测针对常压储罐的检测范围，较为成熟可靠的软件模块和数据库多是针对储罐罐底的腐蚀和泄露检测，未能覆盖对储罐罐壁的腐蚀和焊接缺陷的检测，因为无法完成对储罐整体性的安全评价，须与其他针对罐壁的检测方法相结合应用。

基于风险的检测(RBI)是在追求系统安全性与经济性统一的理念基础上建立起来的一种优化检测测量的方法，针对储罐的风险检测，考虑的是储罐的通用风险，其主要目的是为储罐的检测提供选择优先次序的依据，其本身不是检测，存在如下问题：(1)由于我国储罐的先天及使用过程中的缺陷均同时存在，RBI中的基础数据(通用失效概率)及其分析方法不能很好适用，偏差较大，单纯的储罐风险评价是没有意义的；(2)RBI需要材料、检验、化工、化学、安全等多专业知识辅助，对于失效后果选择方法和扩散模型、物质特性确定、检验对风险降低的作用、失效因子确定等，各方面理论层次的问题，直接制约了国内相关技术和软件的发展；(3)美国石油学会(API)最早年制定了《焊接储油罐技术规范》API Std 12C，目前颁布了API Std 653-2001(2003a)《储罐的检验、修理、更换和重建》对在用储油罐的检验进行了详细的规定，但国内外很多储罐RBI软件停留在对API653的软件化上，忽视了规范本身就存在的很多错误和漏洞；(4)我国由于设备制造中的先天性缺陷和缺少设计寿命等因素，储罐普遍存在超期服役情况，因此运行安全状况的评估可能与国外API标准中对设备设计和制造均符合要求的假设不符，在RBI安全评估中忽视了储罐结构和焊缝中的缺陷对储罐安全性的影响。

综上所述，目前在我国缺少成体系化的储罐检测及安全评估方法，再加上储罐安全评价标准规程缺失，这些情况都为储罐的安全监管增加了巨大的难度，这就需要通过科学梳理储罐现有的检测技术，以储罐的失效模式为依据，优化配置检测手段，探索出科学的储罐检测和安全风险评估方法，实现储罐的安全状况量化评估，为后续的储罐安全监管奠定基础。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是提供一种储罐在线检验检测及评估装置，对评估等级与结果进行合理的调整和修正，评价结果更显层次和重点，减少了评估中众多假设的不合理性与不确定性。

为解决上述技术问题，本实用新型的实施例提供一种储罐在线检验检测及评估装置，包括罐壁焊缝中应力集中定位装置、储罐罐壁测厚仪、储罐罐底在线腐蚀与泄露检测装置、罐顶测厚仪、信号处理器，所述信号处理器包括信号收发模块、信号分析处理模块和显示屏，所述罐壁焊缝中应力集中定位装置、储罐罐壁测厚仪、储罐罐底在线腐蚀与泄露检测装置、罐顶测厚仪分别与信号处理器电连接。

其中，所述罐壁焊缝中应力集中定位装置为应力集中磁检测仪，所述储罐罐壁测厚仪和罐顶测厚仪均为超声测厚仪，所述储罐罐底在线腐蚀与泄露检测装置为声发射检测装置。

进一步，所述声发射检测装置包括多个传感器，多个所述传感器设于储罐邻近罐底的罐壁上，所述传感器通过电缆线与信号处理器相连，所述信号处理器内设有声发射信号处理模块和声发射信号分析模块，所述储罐的罐底上有腐蚀点，由所述腐蚀点发出、传感器采集的声发射信号经信号处理器处理后形成腐蚀信号，显示于显示屏上。

进一步，所述传感器内置有前置放大器。

利用上述装置对储罐进行在线检验检测及评估的方法，包括如下步骤：

(1)储罐基础信息及安全状况资料收集：对储罐规格、工艺参数、储存介质、设计资料、验收报告、施工记录、历次检验记录、历史维修及改造记录、周期巡检记录、运行记录、罐体设计安装原始技术文档记录进行收集和整理；

(2)罐体腐蚀及泄露检测与评估，包括：

(2-1)储罐罐壁腐蚀及应力检测：针对罐壁的腐蚀情况主要采取测厚方式，使用超声测厚仪检测储罐罐壁厚度、结合设计资料中罐壁实际厚度及焊铆接处储罐罐壁最小厚度，对储罐罐壁的安全状况进行评估；

(2-2)储罐罐底在线腐蚀与泄露检测：在使用状态下，对储罐底板进行声发射在线腐蚀与泄露检测，进行等级划分和评估；

(3)罐体结构稳定性检测与评估，包括：

(3-1)储罐罐顶检测与评估：根据储罐罐顶的类型，进行罐顶测厚和外观检查，对储罐罐顶的运行状态进行评估；

(3-2)储罐脆性断裂评估：考虑工艺条件变化、罐体改造、超载服役等情况，按照储罐的脆性断裂评估方法及流程，对储罐发生脆性断裂的可能性进行评估；

(4)罐体基础检测与评估：规定储罐基础检测内容、方法及安全等级划分标准，结合对储罐基础整体沉降、罐体偏斜等方面的监测分析，对罐体基础的安全状况进行等级划分和评估；

(5)储罐附属设施检测与评估：包括围堰有效性检测和安全附件的检测，根据不同部件相应的检测规范，明确附属设施对应的安全状况等级；

(6)储罐整体安全评估：综合风险评估方法中的风险矩阵和各项检测要素的权熵关系，在现有评价方式基础上，结合我国储罐的设计、制造和使用中的实际情况和检测数据安全分级结果，完善对储罐安全评估，实现对储罐多角度和全方面的储罐安全等级划分，从而有针对性的提出相应的维护管理措施要求。

其中，步骤(2-1)中，焊铆接处储罐罐壁最小厚度的计算方法为：考虑储罐罐壁的焊缝存在的应力集中及安装制造中存在的缺陷问题，通过磁记忆检测技术对罐壁焊缝中的应力集中或应力不均匀部位快速定位后，采用超声相控阵对以上部位可能存在的缺陷进行复核和定性定量，结合特种设备中的焊接质量评定方法，为罐壁安全状况分级提供依据。

上述的磁记忆检测技术原理为：铁磁材料在应力集中区位错逐渐积累，自发漏磁信号发生不可逆变化的现象，以此为基础发展出磁记忆检测技术，不仅能检测构件中已经形成的宏观缺陷，而且还能对细小的微观缺陷和局部应力集中区域作出有效的检测，为铁磁性材料早期损伤评估提供分析依据。)

进一步，所述特种设备中的焊接质量评定方法包括未焊透、夹渣、气孔、裂纹等方面的检测程序、安全评估流程及计算方法。

其中，步骤(3-1)中，所述储罐罐顶为固定顶或浮顶。

其中，步骤(4)中，规定的储罐基础检测内容和方法包括从基础标高、外观、排水、混凝土质量、防腐多方面对储罐进行基础建造质量的检测。

其中，步骤(5)中，所述安全附件包括阴极保护装置、储罐支撑件、结构件、导向管、浮顶密封件、平台楼梯和附属管路。

本实用新型的上述技术方案的有益效果如下：本实用新型明确了储罐检测方法、检测项目、评估内容和评估方法，一方面为企业储罐安全管理提供依据，减少或避免盲目检测，降低储罐安全管理成本，另一方面为主管部门提供安全监督手段，提高管理效率和效果，降低管理成本。通过该方法的有效实施，将大大降低储罐事故风险，减少储罐事故造成的经济损失。

附图说明

图1为本实用新型的流程图；

图2为本实用新型储罐在线检验检测及评估装置的结构框图；

图3为本实用新型声发射检测装置的结构示意图；

图4为本实用新型声发射检测装置检测得到的腐蚀信号的示意图；

图5为本实用新型实施例一中储罐的立体空视图；

图6为实施例一中对罐顶板进行测厚时测点的分布示意图；

图7为实施例一中储罐底板声发射检测时传感器布置示意图；

图8为实施例一中储罐底板声发射检测时储罐底板声发射检测定位图；

图9为实施例一中储罐底板声发射检测时储罐底板声发射检测三维定位图；

图10为实施例一中储罐罐壁焊缝磁记忆检测时检测位置及缺陷分布示意图；

图11为实施例一中储罐罐壁焊缝磁记忆检测时缺陷1处磁场梯度dH/dx分析图；

图12为实施例一中储罐罐壁焊缝磁记忆检测时缺陷2处磁场梯度dH/dx分析图。

附图标记说明：

1、罐壁焊缝中应力集中定位装置；2、储罐罐壁测厚仪；3、储罐罐底在线腐蚀与泄露检测装置；4、罐顶测厚仪；5、信号处理器；6、传感器；7、储罐；8、电缆线；9、腐蚀点；10、显示屏。

具体实施方式

为使本实用新型要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

如图1所示，本实用新型提供一种储罐在线检验检测及评估方法，包括如下步骤：

(1)储罐基础信息及安全状况资料收集：对储罐规格、工艺参数、储存介质、设计资料、验收报告、施工记录、历次检验记录、历史维修及改造记录、周期巡检记录、运行记录、罐体设计安装原始技术文档记录进行收集和整理；

(2)罐体腐蚀及泄露检测与评估，包括：

(2-1)储罐罐壁腐蚀及应力检测：针对罐壁的腐蚀情况主要采取测厚方式，使用超声测厚仪检测储罐罐壁厚度、结合设计资料中罐壁实际厚度及焊铆接处储罐罐壁最小厚度，根据《API653储罐检测与维修》，对储罐罐壁的安全状况进行评估；

其中，焊铆接处储罐罐壁最小厚度的计算方法为：考虑储罐罐壁的焊缝存在的应力集中及安装制造中存在的缺陷问题，通过磁记忆检测技术对罐壁焊缝中的应力集中或应力不均匀部位快速定位后，采用超声相控阵对以上部位可能存在的缺陷进行复核和定性定量，结合特种设备中的焊接质量评定方法(包括未焊透、夹渣、气孔、裂纹等方面的检测程序、安全评估流程及计算方法)，为罐壁安全状况分级提供依据。

上述的磁记忆检测技术原理为：铁磁材料在应力集中区位错逐渐积累，自发漏磁信号发生不可逆变化的现象，以此为基础发展出磁记忆检测技术，不仅能检测构件中已经形成的宏观缺陷，而且还能对细小的微观缺陷和局部应力集中区域作出有效的检测，为铁磁性材料早期损伤评估提供分析依据。

(2-2)储罐罐底在线腐蚀与泄露检测：在使用状态下，对储罐底板进行声发射在线腐蚀与泄露检测，然后按照《JB/T10764常压金属储罐声发射检测及评价方法》对腐蚀与泄露进行等级划分和评估；

利用声发射检测装置对储罐罐底进行在线腐蚀与泄露检测时，保持罐内液面稳定几个小时后，通过罐外壁传感器将声发射信号采集，进而利用计算机系统和相应声发射信号分析软件，依据JB/T10764-2007《无损检测常压金属储罐声发射检测及评价方法》，对检验中采集到的声发射数据进行分析，对罐底评定区域进行安全状态等级评定。

(3)罐体结构稳定性检测与评估，包括：

(3-1)储罐灌顶检测与评估：根据储罐罐顶的类型，进行罐顶测厚和外观检查，根据API653对储罐罐顶的运行状态进行评估；

其中，储罐罐顶按类型可分为：固定顶和浮顶两种。

(3-2)储罐脆性断裂评估：考虑工艺条件变化、罐体改造、超载服役等情况，按照API653中适用于储罐当前工况的脆性断裂评估方法及流程，对储罐发生脆性断裂的可能性进行评估。

(4)罐体基础检测与评估：规定储罐基础检测内容、方法及安全等级划分标准，结合对储罐基础整体沉降、罐体偏斜等方面的监测分析，对罐体基础的安全状况进行等级划分和评估；

其中，规定的储罐基础检测内容和方法包括从基础标高、外观、排水、混凝土质量、防腐多方面对储罐进行基础建造质量的检测。

(5)储罐附属设施检测与评估：包括围堰有效性检测和安全附件的检测，根据不同部件相应的检测规范，明确附属设施对应的安全状况等级；

其中，所述安全附件包括阴极保护装置、储罐支撑件、结构件、导向管、浮顶密封件、平台楼梯和附属管路。

(6)储罐整体安全评估：综合风险评估方法中的风险矩阵和各项检测要素的权熵关系，在现有以API653规范为主的评价方式基础上，结合我国储罐的设计、制造和使用中的实际情况和检测数据安全分级结果，完善对储罐安全评估，实现对储罐多角度和全方面的储罐安全等级划分，从而有针对性的提出相应的维护管理措施要求。

本实用新型还提供一种如图2所示的储罐在线检验检测及评估装置，包括罐壁焊缝中应力集中定位装置1、储罐罐壁测厚仪2、储罐罐底在线腐蚀与泄露检测装置3、罐顶测厚仪4、信号处理器5，所述信号处理器包括信号收发模块、信号分析处理模块和显示屏，所述罐壁焊缝中应力集中定位装置1、储罐罐壁测厚仪2、储罐罐底在线腐蚀与泄露检测装置3、罐顶测厚仪4分别与信号处理器5电连接。

优选的，所述罐壁焊缝中应力集中定位装置1选用应力集中磁检测仪，所述储罐罐壁测厚仪2和罐顶测厚仪4均选用超声测厚仪，所述储罐罐底在线腐蚀与泄露检测装置3为声发射检测装置，所述信号处理器5为计算机。

如图3所示，所述声发射检测装置包括多个传感器6，其内置有前置放大器。多个所述传感器6设于储罐7邻近罐底的罐壁上，所述传感器6通过电缆线8与计算机相连，所述计算机内设有声发射信号处理模块和声发射信号分析模块，所述储罐7的罐底上有腐蚀点9，由所述腐蚀点9发出、传感器6采集的声发射信号经声发射信号处理模块和声发射信号分析模块处理后形成腐蚀信号(见图4)，显示于显示屏10上。

下面以具体实施例进一步阐述本实用新型的技术方案：

实施例1：利用本实用新型的储罐在线检验检测及评估方法对太仓A石化公司使用的甲醇储罐进行在线检测与评估，并出具检测报告。

检测报告目录如下表：

1、危险化学品拱顶储罐全面检验结论报告

2、储罐外部宏观检查报告

3、储罐罐壁测厚报告

4、储罐顶板测厚报告

壁厚测定报告

5、储罐底板声发射检测报告

6、储罐罐壁焊缝磁记忆检测报告

7、储罐罐壁焊缝缺陷超声复验报告

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。