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【摘 要】 旅大27-2/32-2油田的原油储罐是世界上最大的方形储油罐，其结构十分复杂，为了保证该储油罐运行的可靠性，海上石油开采的安全性，本文通过对该储油罐复杂結构的分析，采用制造模拟储油罐的方式，通过实验验证的方式，确定了声发射检测方案的可行性;又采用有限元的方法对该检测方案进行了应力分析，证明了该方案的有效性。最后通过采用SAMOS声发射系统成功的对旅大储油罐进行了在役检测，获得了良好的效果。
【关键词】 海洋石油;储油罐;声发射;检测
1 前言
随着我国国民经济的高速发展，市场经济对石油能源的需求也越来越大。然而石油能源作为不可再生能源具有稀缺性的特征，加之由于政治利益集团的博弈导致的原油市场波动，石油资源的储备越来越重要。石油的开采和运输的安全性也就面临着众多挑战，尤其是海洋环境的复杂性，给海上石油的储运带来了诸多挑战。
旅大27-2/32-2油田是由LD32-2PSP一个储油平台、LD32-2WHPA/LD27-2WHPB两个井口平台和MOP两个系缆平台组成。旅大32-2PSP平台原油储存能力为1.2768×104m3，为国内单体最大，而其中与平台结构连为一体的方形储油罐扮演着重要的角色，但也正由于罐与结构连为一体，结构与设计温度为+65℃的原油直接接触，储罐结构的复杂性和储罐应力的复杂性使得储罐在使用过程中应力腐蚀过程难以预测，使用常规的监测方法难以全面的监测和测量储罐的腐蚀及变形情况，因此该储油罐的在役检测一直是一个难题。
2 储油罐模拟实验
针对LD32-2PSP组块大型复杂结构海洋平台储罐罐体腐蚀及裂纹等可能导致泄漏问题，为了进一步确定LD32-2-PSP储罐声发射检测的可行性，采用相同结构的波纹板，了解波纹板声发射信号传播特性，分析重点监测区域，接着对储罐罐体和重点区域进行声发射检测，并对声发射信号进行辨识;对初判的高危区域再进行局部声发射重点检测，定位罐体缺陷位置;然后使用其它无损检测技术对缺陷进行表征。
图1 储油罐模型
2.1模拟储油罐制造
如图1所示，模拟储油罐采用Q235材质，设计壁厚15mm，罐体设计压力：8MPa;其容器规格：水箱整体尺寸1500*1500*1000误差≤1mm，直线度≤0.5mm，垂直度≤0.5mm。焊缝与母材平滑过渡，焊缝余高不应太大，小于等于3mm。焊缝外观均匀;焊缝最大宽度与最小宽度的差值，在任意50mm内不得大于4mm，整个焊缝长度范围内不得大于5mm;焊缝边缘直线度，在任意300mm连续焊缝长度范围内，焊缝边缘沿焊缝轴向直线度小于等于3mm。在满足以上焊接技术要求及焊缝质量达到Ⅰ级焊缝要求的基础上且留有以下5种缺陷：裂纹，气孔，夹渣，腐蚀，点蚀或面蚀。
2.2声发射实验
对图1所示模拟储油罐确定布点实验方式，采用平面三角定位，通过模拟罐定位方式模拟实际现场的布点合理性。为清晰的看到布点传感器，没有采用磁吸座来固定，模拟罐的每一个面都是将传感器不在面的四个角端和中央，目的是模拟重点监测导管架附近区域的合理性。将传感器布置在中间目的是模拟重点监测液位交叉带附近区域信号。
实验结果得知，除了随机出现的几个噪声信号外存在信号集中区域，这些区域均与实际缺陷预埋位置基本一致。为了试验安全在满足试验的情况下，最高加载到6MPa。对局部重点监测部位，进行独立通道测试，并未发现异常，只采集到极少量的随即噪声信号。根据最终的信号集中区的参数分析显示，声发射提供的数值与预埋缺陷种类的损伤情况基本保持一致。
通过对模拟罐的声发射检测研究，获得了以下几点认识：
1、温度应力的变化对声发射没有影响;
2、结构的复杂性对声发射检测并无影响;尤其是波纹板对信号并无影响。
3、采用声发射平面三角定位方式是和现场的数据采集;
4、通过声发射定位缺陷位置，再通过常规探伤手段复检的研究路线是可行的，并确定了声发射检测工艺的可行性。
3 储油罐检测应力分析
由于海上储油罐所处工况环境的恶劣性，以及储油罐本身结构的复杂性，要找出具备腐蚀破坏的危险点配合声发射有针对性的检测以及疲劳破坏的缺陷位置，采用了有限元仿真技术。但是为了校核有限元仿真数据的可靠性，又通过电测实验对储油罐进行实地检测，将实验采集的数据与仿真计算的结果进行对比分析。最终利用实验与仿真技术的有效结合，以提高对大型海上原油储油罐的评估的准确性。
本次检测主要是通过电测法对储罐侧壁的几个危险点进行应变检测和数据采集;然后将检测数据与有限元数据进行对比分析;最后用于指导无损检测。实验采用了ASMB2-32静态应变采集箱结合计算机软件以半桥接线方式采集应变数据。
实验采集所得数据略大于有限元计算所得数据，经过分析可以知道，有限元仿真计算未考虑风浪以及平台上电机工作所产生的高频振动和噪声等影响因子，而且现场测量所用导线是存在电阻的。这些因素都可能导致现场检测所采集的数据相对于有限元仿真的模拟计算结果偏大。但从纵向比较所得数据，可以发现误差最低为3.62%，最高为23.61%，考虑到以上所讨论的误差影响因子，且实验所得数据基本上能与有限元数据吻合，可见有限元仿真数据具有一定意义的指导性。
有效的结合实验和有限元仿真技术，一方面通过仿真数据指导实验的数据采集，另一方面又通过实验数据来校核和进一步指导仿真，以此相辅相成达到了有效控制仿真与实际的误差，同时也为检测带来指导性建议。通过这样一种研究方案，最后通过对比分析和总结进一步完善有限元仿真。通过极限工况下的有限元数据可以看出，对于大型海上原油储油罐，其应力大都集中在八根大导管与底板交接附近，及中间挡板与底板交接处应力较其他区域大。 4 储油罐现场检测
采用美国物理声学公司的SAMOS声发射系统（包含罐底检测系统软件及波形采集），搭配R6I声发射一体化探头（响应带宽为20khz-100khz前放一体化），传感器与罐壁之间采用真空脂与磁性吸座进行耦合与固定。
为了能对储油罐进行全面检测，并对仿真计算的局部位置进行重点监测，在距离罐底板600mm高的周围以及检测时最高液位处均布传感器，水平方向传感器之间的距离平均10米一个，罐壁检测时垂直方向传感器之间的距离平均6.3米。
根据JB/T7665-95的规定，对声发射检测系统灵敏度和仪器设置参数的标定是采用Q>0.5mm，硬度为HB，伸长量2.5mm，与表面夹角30°的铅芯折断作为模拟声源，在距传感器100mm处进行的。为减小标定值的误差，对每个传感器标定5次，标定结果为各传感器接收信号的平均幅度为93dB最大幅度为95dB，最小幅度为90dB，其标定平均值间的幅度差不大于13dB，符合标准中的相关规定。
在检测A罐时，B罐液位达到最低，A罐高度為6.5m，并保持液面静止，此时的液位达到了最高工作液位。在检测B罐时，A罐液位达到最低，A罐高度为6.5m，并保持液面静止，此时的液位达到了最高工作液位。在检测废油罐时，C罐的液位达到6.11m.通过液位的变化给罐壁施加激励源，罐壁采集数据时长统一设定为2小时。
图2 储油罐现场检测
最后分别完成了A罐B罐、废油罐的检测，检测期间受环境影响较小，数据真实可靠。整个罐在检测过程中未发现明显集中的定位信号，B罐罐底东侧有一些相对集中的定位信号，但信号的活度和强度都较低。
5 结论
通过声发射技术对海上平台储油罐检测，参照陆地储罐评价标准，储罐的状态为1级，又根据超声波侧后对异常区域做了复检，最大腐蚀厚度为0.3mm，最大减薄量0.5mm，最小减薄量0.1mm。罐底区域出现了局部点蚀。综合力学仿真，声发射及超声波测厚的三项数据，认为该储罐处于1级状态。
通过成功首次对海上方形石油储罐采用了声发射检测技术进行评价，为海洋平台其他结构物的检测和评价提供了参考依据，推动了海上石油储备的安全技术研究，具有重要的意义。
作者简介：杨双羊（1980-），男，天津人，工程师，硕士，主要研究方向：焊接及其无损检测研究。
【关键词】 海洋石油;储油罐;声发射;检测
1 前言
随着我国国民经济的高速发展，市场经济对石油能源的需求也越来越大。然而石油能源作为不可再生能源具有稀缺性的特征，加之由于政治利益集团的博弈导致的原油市场波动，石油资源的储备越来越重要。石油的开采和运输的安全性也就面临着众多挑战，尤其是海洋环境的复杂性，给海上石油的储运带来了诸多挑战。
旅大27-2/32-2油田是由LD32-2PSP一个储油平台、LD32-2WHPA/LD27-2WHPB两个井口平台和MOP两个系缆平台组成。旅大32-2PSP平台原油储存能力为1.2768×104m3，为国内单体最大，而其中与平台结构连为一体的方形储油罐扮演着重要的角色，但也正由于罐与结构连为一体，结构与设计温度为+65℃的原油直接接触，储罐结构的复杂性和储罐应力的复杂性使得储罐在使用过程中应力腐蚀过程难以预测，使用常规的监测方法难以全面的监测和测量储罐的腐蚀及变形情况，因此该储油罐的在役检测一直是一个难题。
2 储油罐模拟实验
针对LD32-2PSP组块大型复杂结构海洋平台储罐罐体腐蚀及裂纹等可能导致泄漏问题，为了进一步确定LD32-2-PSP储罐声发射检测的可行性，采用相同结构的波纹板，了解波纹板声发射信号传播特性，分析重点监测区域，接着对储罐罐体和重点区域进行声发射检测，并对声发射信号进行辨识;对初判的高危区域再进行局部声发射重点检测，定位罐体缺陷位置;然后使用其它无损检测技术对缺陷进行表征。
图1 储油罐模型
2.1模拟储油罐制造
如图1所示，模拟储油罐采用Q235材质，设计壁厚15mm，罐体设计压力：8MPa;其容器规格：水箱整体尺寸1500*1500*1000误差≤1mm，直线度≤0.5mm，垂直度≤0.5mm。焊缝与母材平滑过渡，焊缝余高不应太大，小于等于3mm。焊缝外观均匀;焊缝最大宽度与最小宽度的差值，在任意50mm内不得大于4mm，整个焊缝长度范围内不得大于5mm;焊缝边缘直线度，在任意300mm连续焊缝长度范围内，焊缝边缘沿焊缝轴向直线度小于等于3mm。在满足以上焊接技术要求及焊缝质量达到Ⅰ级焊缝要求的基础上且留有以下5种缺陷：裂纹，气孔，夹渣，腐蚀，点蚀或面蚀。
2.2声发射实验
对图1所示模拟储油罐确定布点实验方式，采用平面三角定位，通过模拟罐定位方式模拟实际现场的布点合理性。为清晰的看到布点传感器，没有采用磁吸座来固定，模拟罐的每一个面都是将传感器不在面的四个角端和中央，目的是模拟重点监测导管架附近区域的合理性。将传感器布置在中间目的是模拟重点监测液位交叉带附近区域信号。
实验结果得知，除了随机出现的几个噪声信号外存在信号集中区域，这些区域均与实际缺陷预埋位置基本一致。为了试验安全在满足试验的情况下，最高加载到6MPa。对局部重点监测部位，进行独立通道测试，并未发现异常，只采集到极少量的随即噪声信号。根据最终的信号集中区的参数分析显示，声发射提供的数值与预埋缺陷种类的损伤情况基本保持一致。
通过对模拟罐的声发射检测研究，获得了以下几点认识：
1、温度应力的变化对声发射没有影响;
2、结构的复杂性对声发射检测并无影响;尤其是波纹板对信号并无影响。
3、采用声发射平面三角定位方式是和现场的数据采集;
4、通过声发射定位缺陷位置，再通过常规探伤手段复检的研究路线是可行的，并确定了声发射检测工艺的可行性。
3 储油罐检测应力分析
由于海上储油罐所处工况环境的恶劣性，以及储油罐本身结构的复杂性，要找出具备腐蚀破坏的危险点配合声发射有针对性的检测以及疲劳破坏的缺陷位置，采用了有限元仿真技术。但是为了校核有限元仿真数据的可靠性，又通过电测实验对储油罐进行实地检测，将实验采集的数据与仿真计算的结果进行对比分析。最终利用实验与仿真技术的有效结合，以提高对大型海上原油储油罐的评估的准确性。
本次检测主要是通过电测法对储罐侧壁的几个危险点进行应变检测和数据采集;然后将检测数据与有限元数据进行对比分析;最后用于指导无损检测。实验采用了ASMB2-32静态应变采集箱结合计算机软件以半桥接线方式采集应变数据。
实验采集所得数据略大于有限元计算所得数据，经过分析可以知道，有限元仿真计算未考虑风浪以及平台上电机工作所产生的高频振动和噪声等影响因子，而且现场测量所用导线是存在电阻的。这些因素都可能导致现场检测所采集的数据相对于有限元仿真的模拟计算结果偏大。但从纵向比较所得数据，可以发现误差最低为3.62%，最高为23.61%，考虑到以上所讨论的误差影响因子，且实验所得数据基本上能与有限元数据吻合，可见有限元仿真数据具有一定意义的指导性。
有效的结合实验和有限元仿真技术，一方面通过仿真数据指导实验的数据采集，另一方面又通过实验数据来校核和进一步指导仿真，以此相辅相成达到了有效控制仿真与实际的误差，同时也为检测带来指导性建议。通过这样一种研究方案，最后通过对比分析和总结进一步完善有限元仿真。通过极限工况下的有限元数据可以看出，对于大型海上原油储油罐，其应力大都集中在八根大导管与底板交接附近，及中间挡板与底板交接处应力较其他区域大。 4 储油罐现场检测
采用美国物理声学公司的SAMOS声发射系统（包含罐底检测系统软件及波形采集），搭配R6I声发射一体化探头（响应带宽为20khz-100khz前放一体化），传感器与罐壁之间采用真空脂与磁性吸座进行耦合与固定。
为了能对储油罐进行全面检测，并对仿真计算的局部位置进行重点监测，在距离罐底板600mm高的周围以及检测时最高液位处均布传感器，水平方向传感器之间的距离平均10米一个，罐壁检测时垂直方向传感器之间的距离平均6.3米。
根据JB/T7665-95的规定，对声发射检测系统灵敏度和仪器设置参数的标定是采用Q>0.5mm，硬度为HB，伸长量2.5mm，与表面夹角30°的铅芯折断作为模拟声源，在距传感器100mm处进行的。为减小标定值的误差，对每个传感器标定5次，标定结果为各传感器接收信号的平均幅度为93dB最大幅度为95dB，最小幅度为90dB，其标定平均值间的幅度差不大于13dB，符合标准中的相关规定。
在检测A罐时，B罐液位达到最低，A罐高度為6.5m，并保持液面静止，此时的液位达到了最高工作液位。在检测B罐时，A罐液位达到最低，A罐高度为6.5m，并保持液面静止，此时的液位达到了最高工作液位。在检测废油罐时，C罐的液位达到6.11m.通过液位的变化给罐壁施加激励源，罐壁采集数据时长统一设定为2小时。
图2 储油罐现场检测
最后分别完成了A罐B罐、废油罐的检测，检测期间受环境影响较小，数据真实可靠。整个罐在检测过程中未发现明显集中的定位信号，B罐罐底东侧有一些相对集中的定位信号，但信号的活度和强度都较低。
5 结论
通过声发射技术对海上平台储油罐检测，参照陆地储罐评价标准，储罐的状态为1级，又根据超声波侧后对异常区域做了复检，最大腐蚀厚度为0.3mm，最大减薄量0.5mm，最小减薄量0.1mm。罐底区域出现了局部点蚀。综合力学仿真，声发射及超声波测厚的三项数据，认为该储罐处于1级状态。
通过成功首次对海上方形石油储罐采用了声发射检测技术进行评价，为海洋平台其他结构物的检测和评价提供了参考依据，推动了海上石油储备的安全技术研究，具有重要的意义。
作者简介：杨双羊（1980-），男，天津人，工程师，硕士，主要研究方向：焊接及其无损检测研究。