【文章內(nèi)容簡介】 to stored material leakage, causing economical loss as well as environmentalcontamination. To ensure safe operation of storage tanks, research on storage tank testingmethod is of great importance. Currently, storage tanks are tested by methods that requireemptying process which brought the disadvantages of long detection period and high testcosts. Supported by National Quality Inspection Technology of special, this thesis gives athorough research into MFL (magic flux leakage) storage tank floor testing method, anddeveloped inoil MFL storage tank floor tester that requires no emptying , the integral structure of the storage tank floor tester is given out. Established a 3Dfinite element model under ANSYS software condition and carry on research on magic flux leakage test method on storage floor, obtained the relationship between physicaldimension of the tester and signal strength, and gives out theoretical simulated signal of thetester, laid foundation of the development of the tester. Secondly, to meet the demands of inoil storage tank test, designed sealing structure which has oil environment adaptability for the tester on basis of parison of conventional sealing method. And a virtual prototype according to the real condition of the tester andrequirements of its moving capability is established, to make analysis for its mechanicalstrength and moving capability through simulation and last, on the basis of the above theoretical research and analysis, the MFL tester forstorage tank floor is developed. The experiment platform is set basis of laboratoryconditions and examined the detection capability of the tester, pared the test signal andtheoretical simulated signal. Result indicates that the tester can precisely detected simulatedcorrosion pit of 20% thick loss and has reliable performance on moving capability and sealingcapability, which meets the requirements of associate testing standard and exhibits a bright application future. Keywords: storage tank, MFL testing, in oil test, magizer. 3 第一章 緒論 課題概述 課題來源 本課題來源于老師給的畢業(yè)設(shè)計(jì)課題。 課題的提出 大型儲(chǔ)罐是廣泛應(yīng)用于石油石化行業(yè)的重要存儲(chǔ)設(shè)備，通常用于存儲(chǔ)石油產(chǎn)品。由于制造水平，施工工藝，使用管理等多方面因素，儲(chǔ)罐物料泄漏問題時(shí)有發(fā)生。據(jù)美國石油協(xié)會(huì)提供的數(shù)據(jù)，美國有 85%的煉油廠存在因?yàn)閮?chǔ)罐泄漏而引起的地下水污染問題。 63%的市場銷售終端和 10%的管道上也同樣存在泄漏。而在我國，在用儲(chǔ)罐的檢驗(yàn)率很低，許多儲(chǔ)罐從投入運(yùn)行后未實(shí)施過有效的檢驗(yàn)，導(dǎo)致泄漏事故不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)解決，不僅浪 費(fèi)物料，而且危害環(huán)境安全。 在大型常壓儲(chǔ)罐檢測(cè)方面，由于缺少有效不開罐在油快速檢測(cè)技術(shù)和儀器，我國對(duì)大型儲(chǔ)罐的檢驗(yàn)主要采用停產(chǎn)、倒空、清罐、割板檢查、修理和重新投運(yùn)的傳統(tǒng)方式，這種檢驗(yàn)方式耗時(shí)長，工作量大，勞動(dòng)強(qiáng)度高，而且經(jīng)濟(jì)成本高，以一臺(tái) 10 萬立方米的儲(chǔ)罐為例，每次檢驗(yàn)周期為兩個(gè)月以上，清罐與維修的直接費(fèi)用在 200 萬元以上，停產(chǎn)造成的間接損失更大。大量的儲(chǔ)罐用戶為了節(jié)約成本和不影響生產(chǎn)，采用隨機(jī)抽檢的方式檢測(cè)儲(chǔ)罐，這種抽檢方式往往造成兩方面的弊端，一方面被抽檢的儲(chǔ)罐無危及安全的缺陷或隱患時(shí)會(huì)就造成 不必要的檢驗(yàn)以及停產(chǎn)損失，另一方面，大量的儲(chǔ)罐又因未抽及檢測(cè)而不能按期進(jìn)行檢驗(yàn)。部分儲(chǔ)罐已連續(xù)使用 15 年之久，致使儲(chǔ)罐泄漏等安全事故時(shí)有發(fā)生，損失慘重，既破壞環(huán)境，又威脅人民生命財(cái)產(chǎn)的安全。具體到我國的多項(xiàng)重大工程，如國家原油戰(zhàn)略儲(chǔ)備庫、千萬噸煉油、百萬噸乙烯工程等，均擁有數(shù)量眾多的儲(chǔ)罐；從原油儲(chǔ)備角度出發(fā)，迫切需要一種無需清罐的檢測(cè)器，以此提高儲(chǔ)罐的利用率；從石化工藝流程角度出發(fā)，迫切需要一種可實(shí)現(xiàn)不開罐進(jìn)行快速安全檢測(cè)的技術(shù)和儀器，既能確保儲(chǔ)罐的安全運(yùn)行，又能提高儲(chǔ)罐的運(yùn)營周期。 4 課題的目的 和意義 本課題的目的是通過對(duì)儲(chǔ)罐的磁性檢測(cè)方法進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)儲(chǔ)罐底板漏磁檢測(cè)器，研制能在不開罐情況下在儲(chǔ)罐底板爬行并對(duì)儲(chǔ)罐的重點(diǎn)檢測(cè)區(qū)域進(jìn)行漏磁檢測(cè)的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)罐的在線無損檢測(cè)。 儲(chǔ)罐是廣泛應(yīng)用于石油石化行業(yè)的關(guān)鍵承壓設(shè)備，其安全狀況直接關(guān)系到所存儲(chǔ)物料的存儲(chǔ)安全和生產(chǎn)安全。因此，對(duì)儲(chǔ)罐的安全狀況進(jìn)行檢測(cè)對(duì)保證安全生產(chǎn)，提高經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。 1991 年 1 月美國石油學(xué)會(huì)首次出版了 API653 標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)為了保證儲(chǔ)罐不會(huì)發(fā)生泄漏性損害，提出了一系列的檢測(cè) 要求。這些檢測(cè)要求的檢測(cè)對(duì)象包含儲(chǔ)罐基礎(chǔ)、壁板、底板、結(jié)構(gòu)、罐頂、附件以及管嘴等。國內(nèi)也相應(yīng)發(fā)布了 Q/GD0205— 1997《立式圓筒形鋼制焊接原油罐修理規(guī)程》和 SY/T5921— 2020《立式圓筒形鋼制焊接原油罐修理規(guī)程》。 目前對(duì)儲(chǔ)罐的常規(guī)檢測(cè)方法主要有超聲檢測(cè)法、磁粉檢測(cè)法、聲發(fā)射檢測(cè)法、射線檢測(cè)法和滲透檢測(cè)法等。近年來，聲發(fā)射和漏磁掃查技術(shù)也開始在儲(chǔ)罐檢測(cè)中得到了應(yīng)用。下面對(duì)這些方法進(jìn)行一些簡短的介紹。 超聲檢測(cè)法 超聲檢測(cè)是利用超聲波在介質(zhì)內(nèi)傳播時(shí)能量逐漸衰減，而在遇 到界面時(shí)會(huì)反射的性質(zhì)來檢測(cè)缺陷的無損檢測(cè)方法。由于超聲波波長小，傳播速度快，因此超聲檢測(cè)法具有檢測(cè)靈敏度高、指向性好、檢測(cè)速度快的優(yōu)點(diǎn)。利用超聲檢測(cè)法可以對(duì)材料厚度、鋼材的淬硬層深度、晶粒度等物理屬性進(jìn)行檢測(cè)。但常規(guī)的超聲檢測(cè)利用壓電晶片振動(dòng)產(chǎn)生超聲波，通過耦合劑將超聲波導(dǎo)入被測(cè)件內(nèi)部，因而對(duì)被測(cè)件的表面粗糙度，形狀，缺陷的形式（難以檢測(cè)與波傳播方向平行延伸的缺陷）都有一定的要求。近年來，為了克服上述技術(shù)缺陷，出現(xiàn)了一些新型的超聲方法，如電磁超聲，激光超聲等，通過改變超聲波的激勵(lì)方式避免對(duì)耦合劑的依賴，減弱 對(duì)被測(cè)件表面粗糙度的要求。 5 磁粉檢測(cè)法 磁粉檢測(cè)法是利用被磁化的鐵磁性材料在存在裂紋或氣孔等缺陷時(shí)表面磁場表現(xiàn)出不均勻性而吸附磁粉的現(xiàn)象來判別缺陷位置的一種無損檢測(cè)方法。磁粉檢測(cè)法對(duì)鐵磁性材料的表面缺陷有很高的檢測(cè)靈敏度，檢測(cè)準(zhǔn)確、可靠性好、檢測(cè)結(jié)果直觀，是較為常用的且經(jīng)濟(jì)方便的無損檢測(cè)方法之一。在現(xiàn)行的儲(chǔ)罐檢測(cè)中，該方法常用來檢測(cè)儲(chǔ)罐壁板，但由于檢測(cè)時(shí)需要搭設(shè)腳手架，通過人工打磨的方式去除儲(chǔ)罐壁板的防腐層，檢測(cè)時(shí)間長，勞動(dòng)強(qiáng)度大，且對(duì)壁板的減薄會(huì)削弱儲(chǔ)罐強(qiáng)度。 射線檢測(cè)法 射線檢測(cè)法利用 X、γ等射線可穿透物體，且在穿透過程中會(huì)因材質(zhì)的不同而呈現(xiàn)不同的衰減的特性獲取物體內(nèi)部信息。當(dāng)物體中存在缺陷時(shí)，缺陷區(qū)域的透射射線就會(huì)與旁邊的透射射線強(qiáng)度不同，利用膠片或者成像器件獲取透射射線，形成影像，通過對(duì)影像的識(shí)別與處理判斷被測(cè)件內(nèi)部是否有缺陷 [14]。射線檢測(cè)的精度受探傷儀的聚焦方式影響較大，對(duì)被測(cè)件表面質(zhì)量、操作人員的經(jīng)驗(yàn)水平也有一定的要求。此外，射線對(duì)于人體健康也有一定的危害，操作過程中需要有安全防護(hù)。 滲透檢測(cè)法 滲透檢測(cè)法是最早使用的無損檢測(cè)方法之一 ，該方法利用了液體的毛細(xì)管現(xiàn)象。實(shí)際檢測(cè)中，將滲透液涂抹在被測(cè)構(gòu)件表面，當(dāng)表面存在開口缺陷時(shí)，滲透液深入其中。用去除劑清除多余的滲透液后用顯像劑將滲入的滲透液顯示出來，即可直觀的表示出缺陷位置 [17]。該方法的局限性在于只能適用于表面開口缺陷，且難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化智能化，無法應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際中儲(chǔ)罐的在油檢測(cè)，只能作為開罐檢測(cè)方法使用。 平板導(dǎo)波檢測(cè) 平板導(dǎo)波測(cè)量是利用探頭激勵(lì)平板產(chǎn)生超聲導(dǎo)波，超聲導(dǎo)波在板內(nèi)傳播過程中若遭遇缺陷，會(huì)產(chǎn)生反射回波，通過對(duì)缺陷回波進(jìn)行分析和處理，可以得到缺陷位置和 大小等信息。特別當(dāng)超聲導(dǎo)波波長與傳播的板的板厚為相 6 同數(shù)量級(jí)時(shí)，振動(dòng)遍及整個(gè)板厚，且超聲導(dǎo)波傳播距離長衰減小，能獲取大范圍的檢測(cè)信息，檢測(cè)效率高。但該方法缺陷在于超聲導(dǎo)波的傳播過程中存在頻散現(xiàn)象，使得回波信號(hào)的模態(tài)復(fù)雜，信號(hào)解釋困難。 聲發(fā)射檢測(cè)法 聲發(fā)射檢測(cè)法利用的是一種常見的物理現(xiàn)象，即材料內(nèi)部由于應(yīng)變能突然釋放而形成彈性應(yīng)力波。利用儀器檢測(cè)并記錄這種彈性應(yīng)力波，對(duì)發(fā)聲源進(jìn)行推斷，進(jìn)而對(duì)被檢測(cè)對(duì)象的活性缺陷進(jìn)行評(píng)判的檢測(cè)技術(shù)即聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)。在實(shí)際的儲(chǔ)罐檢測(cè)應(yīng)用中，往往利用載荷變化激發(fā)聲發(fā)射 現(xiàn)象，通過對(duì)腐蝕層的脫落、開裂與泄漏所產(chǎn)生的湍流聲等聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行采集與分析處理，可以判斷儲(chǔ)罐的腐蝕和泄漏情況。利用聲發(fā)射技術(shù)對(duì)儲(chǔ)罐底板進(jìn)行檢測(cè)只需改變儲(chǔ)罐載荷，檢測(cè)完成后儲(chǔ)罐可立即投入使用，檢測(cè)周期短，且只需通過陣列布置的少量傳感器，安裝時(shí)也只需割開少許保溫層，不損傷罐體，安裝簡便。但由于聲發(fā)射信號(hào)形式復(fù)雜，對(duì)檢測(cè)人員的臨場經(jīng)驗(yàn)與操作水平有較高的要求，檢測(cè)結(jié)果有一定的誤判風(fēng)險(xiǎn)。而改變液位的過程也在一定程度上增加了這種方法的檢測(cè)成本。由于評(píng)估結(jié)果為儲(chǔ)罐的“好”與“壞”，在實(shí)際應(yīng)用中，聲發(fā)射檢測(cè)法主要作為儲(chǔ)罐 粗檢的一種檢測(cè)方法使用。 漏磁檢測(cè)法 漏磁檢測(cè)法利用的是鐵磁性材料被磁化后，磁場因材料分布不均勻而出現(xiàn)局部強(qiáng)度變化的現(xiàn)象，通過霍爾元件或者線圈獲取磁場的強(qiáng)度信息，從而推斷缺陷位置?；驹砣鐖D 所示，在鋼板上布置有一對(duì)極性相反的永久磁鐵，通過銜鐵構(gòu)成回路加強(qiáng)磁化強(qiáng)度，當(dāng)兩永久磁鐵間的鋼板上存在缺陷（裂紋或者腐蝕坑洞）時(shí)，部分磁場從缺陷處“泄漏”出來，使得空氣中的磁場強(qiáng)度增強(qiáng)，當(dāng)檢測(cè)元件檢測(cè)到這種磁場增強(qiáng)時(shí)，便可以推斷此處可能存在缺陷。 7 圖 漏磁檢測(cè)原理圖 對(duì)于儲(chǔ)罐檢測(cè)而言，常見的缺陷 形式為腐蝕點(diǎn)坑和裂紋，采用常規(guī)的超聲波檢測(cè)法靈敏度不高。同時(shí)，常規(guī)超聲探頭布置時(shí)需要對(duì)被測(cè)構(gòu)件表面進(jìn)行打磨處理以方便耦合超聲波，對(duì)于構(gòu)件本身有一定的損傷，而漏磁檢測(cè)法可以直接用于表面有漆層覆蓋的鐵磁性構(gòu)件，且從構(gòu)件外部即可測(cè)出內(nèi)部存在的缺陷，并通過漏磁信號(hào)對(duì)缺陷的大小和深度做出評(píng)估。漏磁檢測(cè)法在工程實(shí)際中已經(jīng)有相當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)與應(yīng)用，但對(duì)于儲(chǔ)罐檢測(cè)中位于焊縫處的缺陷檢出率不高。原因在于焊縫表面一般比較粗糙，磁場分布不均勻，會(huì)在檢測(cè)信號(hào)中引入難以濾除的噪聲，且焊縫的凸起導(dǎo)致漏磁探頭的提離值增大 , 使得檢測(cè)靈敏度降低 。 盡管存在一定的局限性，漏磁檢測(cè)法的檢測(cè)速度快，對(duì)表面無需處理的特點(diǎn)使得攜帶漏磁檢測(cè)裝置的爬行器可以實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)罐內(nèi)除焊縫外的鋼板的大面積區(qū)域的快速、自動(dòng)掃查，對(duì)設(shè)備的整體安全性進(jìn)行無損評(píng)價(jià)有重大意義 , 仍然具有較好的應(yīng)用前景。各種常見儲(chǔ)罐檢測(cè)方法比較見表 。 8 表 檢測(cè)方法比較 通過對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)上述檢測(cè)方法各有優(yōu)缺，針對(duì)現(xiàn)代大型儲(chǔ)罐在油檢測(cè)的需