储罐检测及风险评估

储罐的检测及风险评估©2008BUCT21234储罐罐底声发射检测技术其它在役检测技术储罐风险评估技术储罐失效形式及腐蚀机理RBI方法简介5目录©2008BUCT3现状据API统计：•美国85%的炼油厂都存在由于储罐系统泄漏而引起的地下水污染问题。1992年，由于在当地的小溪、下水道和排水沟中发现了石油，一家公司向当地居民赔偿了2亿美元。•68％的市场销售终端和10％的管道也存在由于泄漏引起的地下水污染问题。•由于设备失效，每年从石油储油罐泄漏的石油产品高达370万加仑。•储罐的年泄漏率：7.2‰目前我国尚无此类统计数据，但有关专家认为不会低于美国©2008BUCT4大型储罐的管理现状•未纳入国家强制管理的范围；•相关法规和标准也比较少（危险化学品安全管理条例…）；•2006年以前工业产品生产许可证；•中石化:SHS01012，3~6年开罐检验；•中石油:SY/T5921，5~7年开罐检验；(API653第一版)•中石油:SY/T6620，根据腐蚀状况确定检验周期；(API653第三版)•缺少检测技术和仪器，检测项目少，缺陷检出率极低；•90年代末期引进技术和仪器，开展储罐检测检验的研究工作；•“十五”、“十一五”课题；•在线检测、全面检测、RBI。©2008BUCT5储罐的事故原因•壁板腐蚀----均匀点腐蚀、局部的坑腐蚀；•顶板腐蚀----伴有穿孔的不均匀全面腐蚀；•底板腐蚀----溃疡状的坑腐蚀，主要发生在背面即靠近土壤一侧----难以发现、情况最为严重、危害性也最大。•焊缝裂纹；•机械损伤；•结构破坏；•密封、排水装置及其他附属设备故障……；正是由于这些缺陷的存在，才导致储罐的事故----泄漏----物料损失、环境污染、灾难。©2008BUCT61储罐失效形式与腐蚀机理•罐顶腐蚀-罐顶和罐顶支撑系统的结构完整性受损-储罐顶板腐蚀严重或穿孔支撑件破损-固定顶支撑安全状况受损裂缝或穿孔-储罐顶板和浮舱上出现裂缝或穿孔1储罐失效形式©2008BUCT71储罐失效形式与腐蚀机理•罐壁腐蚀-全面腐蚀（罐壁减薄）-点蚀（罐壁凹坑）-造成抗风圈和罐壁加强圈等部件或其连接结构减弱-铆钉腐蚀-焊缝腐蚀变形裂纹、分层罐壁开孔损伤脆性断裂1储罐失效形式©2008BUCT81储罐失效形式与腐蚀机理•罐底腐蚀-内、外部点蚀焊-缝接头出现腐蚀局部应力1储罐失效形式©2008BUCT91储罐失效形式与腐蚀机理•密封密封机械损伤密封材料劣化1储罐失效形式©2008BUCT101储罐失效形式与腐蚀机理•罐基础基础裂化-沉降、侵蚀、裂缝以及地下水侵蚀、霜冻侵蚀与酸碱造成混凝土的恶化；-锚固螺栓变形和锚固螺栓嵌入的混凝土结构上过大的开裂；1储罐失效形式©2008BUCT111储罐失效形式与腐蚀机理•储罐底板–介质侧1、储罐底板腐蚀程度比壁板严重，有时甚至会腐蚀穿孔而出现泄漏现象。罐底板介质侧的腐蚀主要来自于罐内沉积水造成的电化学腐蚀。沉积水中的硫化物、氯化物、氧等物质与金属发生反应，具有较强的腐蚀作用。2、在物料注入部位，由于流体的冲刷，可能形成局部的冲蚀。立柱在灌装、提取、液流运动等正常状态下，都可能与底板发生摩擦和振动，这种机械磨损配合缝隙腐蚀，可导致立柱下底板的腐蚀穿孔。3、有加热盘管的储罐，也可因加热盘管泄漏等原因造成腐蚀的加剧。2储罐腐蚀机理©2008BUCT121储罐失效形式与腐蚀机理•储罐底板–土壤侧1、储罐底板土壤侧的腐蚀较介质侧更为严重。边缘板是容易受腐蚀的部位，储罐基础如果没有有效的防渗水措施或防渗水材料老化失效，则雨水和水汽很容易沿罐底板与罐基础的缝隙侵入到罐底的周边部位，从而形成有利的腐蚀条件。2、由于储罐沉陷的不均匀，底板会高低起伏或有踏空现象。罐底板与基础的接触不良会导致罐底土壤的充气不均而形成氧浓差电池，造成罐底板的腐蚀。3、由毛细现象引起的水分侵入和由于水的存在而造成的微生物腐蚀对整个罐底板的腐蚀状况也具有重要的影响。2储罐腐蚀机理©2008BUCT131储罐失效形式与腐蚀机理•储罐壁板–外壁储罐的外壁主要发生大气腐蚀，储罐的周边环境一般为石油化工企业，工业大气中含有二氧化硫、硫化氢、二氧化氮等有害气体，由于吸附作用、冷凝作用或下雨等原因，空气中的水汽或雨水在储罐外壁形成水膜，这种水中可能溶有酸、碱、盐类和其他杂质，起到电解液的作用，使金属表面发生电化学腐蚀。因电解液层比较薄，所以外壁电化学腐蚀比较轻微，而且腐蚀也比较均匀。但在罐顶凹陷处、焊缝凹陷处、保温层易进水的地方、抗风圈与罐壁连接处以及其他易积水的地方，会形成较为严重的局部腐蚀。2储罐腐蚀机理©2008BUCT141储罐失效形式与腐蚀机理•储罐壁板–内壁储储罐内壁有两个重点腐蚀部位，分别是大脚焊缝向上0~300mm范围内的罐壁以及介质液位波动处（也就是油气交界面附近）。1)介质中杂质的水分长时间沉积，在罐内形成积水，由于排水管的中心线一般比罐壁高约300mm，所以罐底始终有200mm~300mm的水存在，沉积水中含有大量的氯化物、硫化物、氧、酸类物质等，形成较强的电解质溶液，产生电化学腐蚀，造成储罐内壁根部较严重的局部腐蚀。2)罐壁液位波动处也容易形成局部腐蚀，由于介质内和介质上部气象空间中的含氧量不同，可形成氧浓差电池而造成腐蚀。还可因液位处干湿状况频繁交替导致沉淀物的积聚而形成垢下腐蚀。在储罐进出料过程中，液位的变化及搅动作用，更加速了这两种腐蚀。。2储罐腐蚀机理©2008BUCT151储罐失效形式与腐蚀机理储罐内部腐蚀序号腐蚀类型发生部位原因描述1化学腐蚀干燥环境下的罐体内壁化学反应腐蚀较轻2浓度差腐蚀罐内壁液面以下氧的浓度差属于电化学腐蚀3原电池腐蚀罐顶、罐底、罐壁Cl-、SO42-、HCO3-、CO32-、S2-属于电化学腐蚀，是油罐腐蚀的最主要形式4细菌腐蚀罐底硫酸盐还原菌等细菌属于电化学腐蚀5摩擦腐蚀浮顶罐的浮动伸缩部位储罐外部腐蚀序号腐蚀类型发生部位原因描述1大气腐蚀灌顶、罐壁油罐外表面有一层水膜，水中溶解了氧，可发生浓度差腐蚀，大气中的SO2、H2S、HCl、Cl2、NH3、NO2也溶于水，构成电解液，发生电化学腐蚀2土壤腐蚀罐底氧浓度差腐蚀、杂散电流腐蚀、细菌腐蚀©2008BUCT161234储罐失效形式及腐蚀机理其它在役检测技术储罐风险评估技术储罐罐底声发射检测技术RBI方法简介5目录©2008BUCT17声发射检测机理•材料在塑性变形或损伤破坏过程中释放应变能/产生应力波——声发射（AE）•AE源信号包括：裂纹、腐蚀、分层/脱粘、泄漏。。。。。。•传感器接收AE信号，通过系统进行信号处理、分析进行缺陷分析和无损检测(fromASTME610-82)AESystem©2008BUCT18声发射(AcousticEmission简称AE)又称应力波发射，是材料或零部件受力作用产生变形、断裂，或内部应力超过屈服极限s而进入不可逆的塑性变形阶段，以瞬态弹性波形式释放应变能的现象。在外部条件作用下，固体（材料或零部件）的缺陷或潜在缺陷改变状态而自动发出瞬态弹性波的现象亦为声发射。声发射检测机理©2008BUCT19通常意义上的声发射源，一般来自于受力材料的所产生的各种损伤和断裂现象。例如：金属材料中的裂缝扩展、位错运动、滑移带的形成、孪生变形、晶界滑移、夹杂物的分离与开裂；复合材料中的基体开裂、层间分离、纤维和基体间界面分离和纤维断裂等；混凝土结构内部损伤/破坏、钢筋断裂/分离及腐蚀、岩石及其他建筑材料的内部损伤/破坏等。这些无损检测的主要对象，都是重要的声发射源。声发射检测机理©2008BUCT20声发射波的频率范围很宽，从次声频、声频直到超声频。它的幅度动态范围亦很广，从微弱的位错运动直到强烈的地震波。然而，声发射作为无损检测与无损评价手段，则是采用高灵敏度传感器，在材料或构件受外力的作用，且又远在其达到破损以前，接收来自这些缺陷与损伤开始出现或扩展时所发射的声发射信号，通过对这些信号的分析、处理来检测、评估材料或构件缺陷、损伤等内部特征。声发射检测机理©2008BUCT211)可获得关于缺陷的动态信息，并据以评价缺陷的实际危害程度，以及结构的整体性和预期使用寿命；2)对大型结构，进行整体检测。不需要移动传感器做繁杂的扫查操作，省时、省力、高效。3)可提供随载荷、时间、温度等工况的瞬态或连续信息，因而适用于过程监控，以及早期或临近破坏的预报；声发射检测机理©2008BUCT224)对被检工件的接近要求不高，因而适用于其它无损检测方法难以或不能接近的，如高低温、核辐射、易燃、易爆和极毒等环境下的检测；5)对构件的几何形状不敏感，适于检测其他方法所不能检测的形状复杂的构件；6)几乎所有材料在变形和断裂时均产生声发射，适用范围广。声发射检测机理©2008BUCT23声发射检测作用1.材料或构件何时出现损伤？——何时2.材料或构件何处出现损伤？——何处3.材料或构件出现损伤的严重程度及其危害性，对构件作出结构完整性评价——严重程度4.失效破坏提前预报.©2008BUCT24基本信号处理•AE特征参数：幅度、能量、持续时间、上升时间、RMS、振铃记数、事件数……•波型特征:FFT、小波分析…...•模式识别、神经网络…...VoltsordBTimeAmplitudeThresholdandFirstthresholdcrossingDuration©2008BUCT25声发射传感器PiezoelectricCrystal©2008BUCT26声发射检测系统ThePCI-DSPisa4-ChannelAESystem(andtheheartoftheDiSPAEWorkstation)DiSP-52-52-ChannelDiSP-24-24-ChannelPortableFieldWorkstation©2008BUCT2712通道微型DISP系统（24通道SAMOS系统）©2008BUCT28裂纹扩展的形式•脆性断裂的裂纹是最典型、最容易识别的声发射裂纹源•塑性断裂的裂纹源相对来讲，其声发射信号较弱。但大量研究证实，在塑性断裂的不同阶段、声发射信号的也出现不同特征曲线。•在实际检测中，通常遇到的是混合声发射信号.©2008BUCT29声发射信号产生条件•裂纹/缺陷萌生阶段•裂纹/缺陷萌生扩展阶段•失效破坏前——预报©2008BUCT30ScaleofAESourceProcessesM6lAESourceAmplitudewillbeGovernedby(a)Size,(b)SpeedofSourceEvent©2008BUCT31•裂纹源的位置•根据到达不同传感器的不同时间金属材料中裂纹源的定位©2008BUCT32当用两个或多个传感器进行声发射检测时,能够时差定位的方法定出声发射源的位置，这是声发射技术的基本功能之一。线性定位用于长的高压气瓶及管线；平面定位用于各种立式/卧式容器；球面定位用于球形压力容器；三维定位用于混凝土结构、岩石大型变压器局部放电检测。罐底定位用于储罐底部缺陷定位。声发射源定位技术©2008BUCT33罐底检测:一个大的贮罐为底部检测而暂停使用和进行清理所花费的费用可能达到50万美元。许多公司经常在不考虑工况的情况下做出这样一个安排表,这意味着由此造成的维修费用是无法估计的,许多好的贮罐也被排空进行检测,而许多有问题的贮罐在其被检测前已泄漏很长时间了。自从1980年以后,已经积累了在线罐底监听的经验,不仅能够检测泄漏罐,而且可以确定全部罐底状况。用这个方法按重点安排罐底维修带来可观的经济利益和环境效益。PAC公司的经验已运用到成百上千个罐,并且根据用户反馈,技术得到不断改进和升级。测试能够帮助公司遵守API653。©2008BUCT34©2008BUCT35“TANKPAC”发展历史•1989PALapproachedbycustomers,discussiononrequirementsfortankfloorconditionassessment.•1990FirstAEtrial