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聲發射技術在儲罐底板腐蝕檢測中的應用

2021-03-17 10:50:22 作者：本網整理來源：蔣林林1，李玲杰1,2，蘇碧煌1,2，王志濤1,2，張彥軍1,2 分享至：

大型原油儲罐一旦發生腐蝕泄漏，可能引發嚴重災害，造成巨大的經濟損失和環境污染。統計資料顯示，在役儲罐的底板是腐蝕最為嚴重的區域。對儲罐進行定期檢測，是保證儲罐安全運行的重要手段。

開罐檢測過程包括停工、倒空、清洗、無損檢測等工序，存在造價高、檢測時間長等不足。而在線檢測技術可以在不開罐的情況下實現罐底腐蝕的檢測。目前，用于儲罐底板在線檢測的方法主要有聲發射、超聲導波以及機器人技術三種。超聲導波技術應用很少，機器人在線檢測系統在國內還是空白，聲發射檢測是目前儲罐底板在線檢測中應用最為廣泛的一種檢測技術。

1 聲發射檢測技術

常壓聲發射檢測主要用于儲罐底板的腐蝕、泄漏狀態評估。當儲罐底板存在腐蝕缺陷時，材料強度降低，在液位作用下產生局部微小變形，導致腐蝕產物的剝離和脫落，產生聲發射信號。當儲罐底板發生泄漏時，介質流動會產生連續的聲發射信號。儲罐底板聲發射在線檢測通過安裝在儲罐外壁下部的傳感器陣列接收由于儲罐底板腐蝕或泄漏產生的聲發射信號，然后根據JB/T 10764-2007《無損檢測常壓金屬儲罐聲發射檢測及評價方法》，通過信號分析對罐底結構進行腐蝕狀況評價。

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儲罐底板聲發射檢測原理示意圖

如上圖所示，聲發射傳感器等距離耦合在儲罐罐壁周圍，被動接收儲罐底板腐蝕聲發射信號。通過傳感器接收到腐蝕聲發射信號的時間間隔定位聲源，將接收到的聲發射信號分析處理確定腐蝕狀況，從而對罐底的整體完整性及安全性做出評估。

為了避免罐頂及檢測傳感器上部罐壁噪聲對檢測數據的影響，采用兩排傳感器布置。底下一排為主檢測傳感器，主要接收來自罐底的聲發射信號；第二排為護衛傳感器，優先接收來自罐頂液滴撞擊液面產生的聲發射信號。結合噪聲干擾數據篩選方法，篩除來自罐壁和罐頂的干擾信號。

2 儲罐底板的聲發射檢測評價

檢測實例

采用美國物理聲學（PAC）公司的SA-MOS48全數字化多通道聲發射檢測系統、DP3I和ISPK3I聲發射一體化探頭（響應帶寬為20～100kHz）對4座儲罐底板進行腐蝕狀況聲發射在線檢測評價。具體檢測方法過程如下：

儲罐1

1996年建造投用，容積5000m3，直徑20.1m，高度16.0m，液位15.30m，儲罐結構為固定頂，介質為成品油。

采用12個傳感器進行檢測？傳感器均安裝在儲罐外壁面：1~6號為檢測傳感器，安裝高度（離罐基礎距離）為0.75m；7~12號為護衛傳感器，安裝高度為2m。數據采集時間為2小時？

儲罐2

2005年建造投用，容積20000m3，直徑40.5m，高度17.4m，液位15.18m，儲罐結構為外浮頂，介質為原油。

采用12個傳感器進行檢測？傳感器全部安裝在離罐基礎0.75m高度的儲罐外壁面？數據采集時間為2小時？

儲罐3

容積50000m3，直徑60.0m，高度19.4m，液位13.52m，儲罐結構為雙盤式浮頂，介質為原油。

采用30個傳感器進行檢測。1~15號為檢測傳感器，安裝在離罐基礎0.8m高度的儲罐外壁面；16~30號為護衛傳感器，安裝高度為1.95m?數據采集時間為18.5小時？

儲罐4

2009年建造投用，容積100000m3，直徑80.0m，高度21.8m，液位18.13m，儲罐結構為雙盤式浮頂，介質為原油。

采用42個傳感器進行檢測。1~21號為檢測傳感器，安裝在離罐基礎0.8m高度的儲罐外壁面；22~42號為護衛傳感器，安裝高度為1.85m?數據采集時間為13.5小時？

數據分析

目前，聲發射信號的分析與處理方法分為兩種：一種是先用簡化的特征參數表示聲發射信號的特征，然后分析和處理這些特征參數；另一種是直接存貯和記錄聲發射信號的波形，對波形進行頻譜分析。簡化波形的特征參數分析法是廣泛采用的經典聲發射信號分析方法。

采用簡化波形的特征參數分析法對數據進行分析。濾除環境噪聲、機械噪聲、電磁噪聲，對有效信號的評級主要針對撞擊數與事件數，以及定位集中的部位。超過門檻值并使某一通道獲取數據的任何信號稱之為一個撞擊，所測得的撞擊個數稱為撞擊數，撞擊數反映了聲發射活動的總量和頻度。產生聲發射的一次材料局部變化稱之為一個聲發射事件，測得的事件個數稱為事件數。以撞擊數的多少作為腐蝕等級評估的基礎，事件數的多少以及出現的集中程度作為潛在泄漏等級評估的基礎，通過腐蝕等級和潛在泄漏等級來綜合評估儲罐底板的完整性。

按照JB/T 10764-2007標準的規定，采用聲發射源的區域定位分析及下表所示分級方法進行儲罐底板數據分析。表中H為單個通道每小時出現的撞擊數，K值通過相同的檢測儀器與工作參數對相同規格和運行條件的儲罐進行一定數量的檢測試驗和開罐驗證試驗取得。

參照JB/T10764-2007標準，按照美國物理聲學公司全數字化多通道聲發射檢測系統推薦的數據評價方法對檢測數據進行評價。

檢測結果

儲罐1

聲發射檢測

采集的撞擊數726個，事件數25個，單個通道每小時出現的撞擊數為61，結合儲罐運行檢修情況，儲罐底板腐蝕狀況評價為Ⅱ級，存在輕微腐蝕現象，建議2~3年之后再進行聲發射檢測？罐底定位參考圖如下：

儲罐1罐底定位參考圖

開罐檢測

檢測罐底中幅板37塊、邊緣板11塊。結果表明：中幅板實測壁厚8mm，邊緣板實測壁厚10mm。漏磁檢測發現，當量深度不小于40%的缺陷有4處，其中2處為上表面機械損傷，2處為腐蝕缺陷，如下圖所示，最大當量腐蝕深度為47%（上表面機械損傷）？

儲罐1底板的2處腐蝕缺陷

儲罐2

聲發射檢測

采集的撞擊數為21861個，事件數為61個。數據采集的第2個小時，1?5?6?9通道出現了嚴重的干擾，導致撞擊數快速增長，事件數也大幅增加，原因是6號傳感器附近的加熱管道產生大量噪聲。因此在進行數據處理時，將異常時間點之后上述通道產生的數據全部濾除，處理之后得到的撞擊數為578個，事件數為17個，單個通道每小時出現的撞擊數為24個，結合儲罐運行檢修情況，底板的腐蝕狀況評價為Ⅰ級，建議4~5年之后再進行聲發射檢測。罐底定位參考圖如下：