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儲(chǔ)罐底板聲發(fā)射安全檢測(cè)技術(shù)研究

文檔作者：李忠紅文檔來源：中國石油化工股份有限公司管道儲(chǔ)運(yùn)分公司濰坊輸油處		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年01月07日
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第49卷第4期
2013年8月
石油化工自動(dòng)化
AUT0MATION IN PETRO CHEMICAL INDUSTRY
Vo1．49，No．4
August，2013
儲(chǔ)罐底板聲發(fā)射安全檢測(cè)技術(shù)研究
李忠紅
(中國石油化工股份有限公司管道儲(chǔ)運(yùn)分公司濰坊輸油處，山東濰坊261021)
摘要：簡(jiǎn)單介紹了聲發(fā)射檢測(cè)原理及聲發(fā)射源定位方法，并且采用聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)，對(duì)5×10 ITI。常壓儲(chǔ)罐底板進(jìn)行了聲發(fā)射
在線檢測(cè)，在對(duì)儲(chǔ)罐進(jìn)行資料審查和現(xiàn)場(chǎng)勘察的基礎(chǔ)上制定了聲發(fā)射檢驗(yàn)方案，確定了傳感器數(shù)量、安裝位置并調(diào)試了檢測(cè)儀
器。檢測(cè)結(jié)果表明底板出現(xiàn)輕微腐蝕，且有局部集中的現(xiàn)象。通過分析超聲波測(cè)厚開罐檢驗(yàn)罐底的實(shí)際情況，表明聲發(fā)射檢測(cè)
技術(shù)可以對(duì)儲(chǔ)罐的安全生產(chǎn)進(jìn)行監(jiān)控與評(píng)價(jià)。
關(guān)鍵詞：儲(chǔ)罐底板聲發(fā)射技術(shù)安全檢測(cè)
中圖分類號(hào)：TGll5．28 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1007—7324(2013)04-0059—04
Development on Acoustic Emission Security De tection Technology for Storage Tank Bottom
Li Zhonghong
(W eifang Transportation Department，Sinopec Pipeline Storage and
Transportation Branch，W eifang，261021，China)
Abstract：The principle of acoustic emission detection technology and acoustic emission source
positioning technology are introduced in genera1．Online testing for 5×10 m。atmospheric tank
bottom is conducted with acoustic emission detection technology．Based the documents review
and on-spot survey，the acoustic emission detection scheme is defined，and the sensor quantity，
installation location are determined，and the detection instrument is tuned． The inspection
result indicates there iS slight corrosion occurred in the bottom with centralized phenomena at
some local area．By comparing and evaluating the inspection result with ultrasonic thickness
opening inspection of tank bottom and the result of acoustic emission measured data，it is
indicated acoustic emission detection technology can be used to monitor and evaluate the safe
production of storage tank．
Key words：storage tank bottom ；acoustic emission technology；security detection
常壓儲(chǔ)罐是原油儲(chǔ)存、分離、外輸、中轉(zhuǎn)的一個(gè)
重要設(shè)備，是油田使用普遍、在役時(shí)間較長的設(shè)備
之一。由于各種原因，常壓儲(chǔ)罐事故頻發(fā)，往往造
成災(zāi)難性后果及嚴(yán)重的環(huán)境污染。
據(jù)國外2 000多臺(tái)被開罐檢查的立式儲(chǔ)罐的
資料統(tǒng)計(jì)表明：54 的罐為“好罐”，不需要離線清
罐檢測(cè)；只有9 的罐為“壞罐”，需要及時(shí)檢測(cè)與
修復(fù)；其他罐為有一定的損傷，需要制定合理的維
修計(jì)劃I1]。若不考慮儲(chǔ)罐的狀況僅按照計(jì)劃進(jìn)行
檢測(cè)，會(huì)造成浪費(fèi)。還有許多儲(chǔ)罐到了檢驗(yàn)周期但
由于生產(chǎn)工藝的需要不能停產(chǎn)，因而迫切需要一種
在線、快速、高效、安全、方便的診斷方法。
鑒于此，引入聲發(fā)射AE(Acoustic Emission)
檢測(cè)技術(shù)，對(duì)儲(chǔ)罐進(jìn)行不停產(chǎn)檢測(cè)，即在不需要開
罐的情況下在線對(duì)儲(chǔ)罐的安全情況和腐蝕位置進(jìn)
行評(píng)估和定位，為合理安排開罐檢修計(jì)劃和實(shí)施儲(chǔ)
罐完整性評(píng)價(jià)提供依據(jù)。
1 聲發(fā)射檢測(cè)原理
AE技術(shù)是指材料內(nèi)部局部區(qū)域在外界(應(yīng)力
或溫度)的影響下，伴隨能量快速釋放而產(chǎn)生的瞬
態(tài)彈性波現(xiàn)象_2j，是根據(jù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部發(fā)出的應(yīng)力波來
判斷內(nèi)部損傷程度的一種新型動(dòng)態(tài)無損檢測(cè)
方法 引。
罐底缺陷產(chǎn)生的AE信號(hào)由安裝在罐壁上的
AE傳感器采集，使用電子設(shè)備將這些信號(hào)加以放
大處理使之特性化，得到AE源的特性參數(shù)，獲得
儲(chǔ)罐底板上活性缺陷的動(dòng)態(tài)信息。通過時(shí)差、區(qū)域
稿件收到日期：2013—01—10，修改稿收到日期：2013—05—15。
作者簡(jiǎn)介：李忠紅(1962一)，女，山東日照人，1998年畢業(yè)于中國
礦業(yè)大學(xué)工業(yè)企業(yè)管理專業(yè)，現(xiàn)就職于中國石油化工股份有限公
司管道儲(chǔ)運(yùn)分公司濰坊輸油處，從事工程管理工作，任經(jīng)濟(jì)師。
60 石油化工自動(dòng)化 第49卷
定位方法對(duì)罐底的AE源定位，根據(jù)AE信號(hào)的特
征參數(shù)和波形來檢測(cè)罐底板腐蝕的嚴(yán)重程度和泄
漏，從而進(jìn)行缺陷的安全評(píng)定[ 。AE罐底腐蝕檢
測(cè)系統(tǒng)如圖1所示。
圖1 AE罐底腐蝕檢測(cè)系統(tǒng)
2 聲源定位
AE檢測(cè)主要是對(duì)罐壁和罐底是否存在泄漏、
潛在泄漏或腐蝕損傷進(jìn)行判斷，來確定聲源的位
置。由于來自被檢部位的一個(gè)AE源信號(hào)可以被
幾個(gè)不同的AE傳感器接收到，因而可以根據(jù)傳感
器接收信號(hào)的時(shí)差對(duì)AE源進(jìn)行定位計(jì)算。
時(shí)差定位通過對(duì)各個(gè)AE通道信號(hào)的到達(dá)時(shí)
間差、波速和探頭間距等參數(shù)進(jìn)行測(cè)量及一定的算
法運(yùn)算，來確定聲源的坐標(biāo)或位置。對(duì)任意三角形
探頭陣列聲源定位，有時(shí)得到兩個(gè)交點(diǎn)，即一個(gè)真
實(shí)的AE源和一個(gè)偽AE源，但若采用圖2所示的
4個(gè)傳感器構(gòu)成的菱形陣列進(jìn)行平面定位_5]，則可
以得到唯一的AE源。
_] 一S4
2
＼ ， 、
s ／ ， ：
1— 0 l —I j
I— a
s 2
圖2 平面定位原理
假設(shè)傳感器s 和s。問的時(shí)差△ 對(duì)應(yīng)雙曲線
1，傳感器S 和S 問的時(shí)差 對(duì)應(yīng)雙曲線為2，
AE源就位于兩條雙曲線的交點(diǎn)Q(1z， )上。若
其距離傳感器s 和s。，Sz和S 的距離差分別為L
和L ，波速為 ，探頭S 和S。間距為以，S。和S4的
間距為b，其中，△ ≠0，At ≠0。聲發(fā)射源Q(z，
)坐標(biāo)可用以下兩個(gè)公式表示：
z一 ¨ ]㈩
一 lLy+2√( 一魯)‘ J
式中：L ===At ；L 一At 。
由以上兩式可知，對(duì)于給定的傳感器陣列，只
要測(cè)量了各個(gè)通道信號(hào)的到達(dá)時(shí)間差和波速，即可
獲得AE源的位置信息。
3 檢測(cè)過程
為了更好地開展常壓儲(chǔ)罐的AE安全檢測(cè)，依
據(jù)JB／T 10764—2O07《無損檢測(cè)常壓金屬儲(chǔ)罐聲
發(fā)射檢測(cè)及評(píng)價(jià)方法》[6]對(duì)黃島油庫某個(gè)5×
10 m。的原油儲(chǔ)罐進(jìn)行AE檢測(cè)。在對(duì)儲(chǔ)罐進(jìn)行
資料審查和現(xiàn)場(chǎng)勘察的基礎(chǔ)上制定AE檢驗(yàn)方案，
確定傳感器數(shù)量、安裝位置并調(diào)試檢測(cè)儀器。
3．1 儲(chǔ)罐參數(shù)
鋼制雙盤浮頂罐材質(zhì)：Q235 A；工作溫度：
34℃ ；公稱容積：5×10 ITI。；設(shè)計(jì)壓力：0．1 MPa；
幾何尺寸：直徑60 m，高19．7 m；工作介質(zhì)：
原油。
3．2 傳感器的安裝
在布置傳感器前，首先根據(jù)罐體容積和罐體外
徑確定合理的傳感器數(shù)量，計(jì)算出傳感器的布置間
距。由AE波的傳播和衰減特性可知，鋼板中縱波
在傳播8～10 m后就會(huì)出現(xiàn)較大衰減，因而AE傳
感器的布置間距一般為6～12 m，最大不超過
15 m。該實(shí)驗(yàn)儲(chǔ)罐的直徑為60 m，布置15個(gè)傳感
器是合理的。安裝好后的傳感器布置俯視效果如
圖3所示。
圖3 傳感器布置俯視效果示意
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，在布置傳感器時(shí)要避開罐體外
圍的一些設(shè)施如旋梯、通風(fēng)孔、人孔和進(jìn)出油管等，
以保證傳感器的接收效果。在傳感器安放前必須
先去除儲(chǔ)罐表殼和保溫層，用砂紙打磨表層，去除
銹蝕和噴漆涂層，打磨出巾30 mm見方的一塊區(qū)
第4期 李忠紅．儲(chǔ)罐底板聲發(fā)射安全檢測(cè)技術(shù)研究
域，露出金屬，使得傳感器與接觸面耦合良好，降低
信號(hào)損失。用硅脂耦合劑來保證傳感器與鋼板之
間良好的聲耦合，用磁力座對(duì)傳感器進(jìn)行固定。
3．3 檢測(cè)儀器及其參數(shù)設(shè)置
AE檢測(cè)實(shí)驗(yàn)裝置采用美國PAC公司的
MICRO—II聲發(fā)射儀，核心是并行處理PCI總線
的AE數(shù)據(jù)采集卡PCI一8板，即在1塊PCI 8板
上具有8個(gè)通道的實(shí)時(shí)AE特征提取、波形采集及
處理的能力，該實(shí)驗(yàn)采用了2塊PCI一8板，具備最
多16通道信號(hào)采集能力。
采用內(nèi)置前放的一體化傳感器，諧振頻率為
30~60 kHz，放大倍數(shù)為軟件默認(rèn)值。由于罐底
沉淀物的存在，以罐體底板中心為基準(zhǔn)點(diǎn)，在罐體
壁板底部距罐底0．5 m 處布置探頭，布置15個(gè)傳
感器并均勻分布，對(duì)罐底進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集之前，根據(jù)“安裝調(diào)試”中所得
的背景噪聲特征，在確定了背景噪聲不會(huì)影響正常
測(cè)量時(shí)，設(shè)定AE系統(tǒng)采集參數(shù)，獲得有效的聲發(fā)
射數(shù)據(jù)。配置文件包括硬件設(shè)置、圖形設(shè)置和定位
設(shè)置等。通道個(gè)數(shù)根據(jù)傳感器的個(gè)數(shù)設(shè)定，門檻
值、前放增益、采樣率、采樣寬帶等參數(shù)的設(shè)置要根
據(jù)現(xiàn)場(chǎng)儲(chǔ)罐的實(shí)際情況設(shè)定。另外，還需設(shè)置所有
參數(shù)圖表以方便檢測(cè)和現(xiàn)場(chǎng)的初步分析。
3．4 系統(tǒng)靈敏度的標(biāo)定
AE檢測(cè)時(shí)采用模擬源[ ]校準(zhǔn)系統(tǒng)靈敏度。
常用的模擬源是巾0．5 mm，硬度為HB，伸長量
2．5 mm，與表面夾角3O。的鉛芯，在距傳感器
100 mm處折斷產(chǎn)生的。為減小標(biāo)定值的誤差，對(duì)
每個(gè)傳感器標(biāo)定3次，取響應(yīng)的平均值作為響應(yīng)幅
度值。標(biāo)定結(jié)果為各傳感器接收信號(hào)的平均幅度
95．4 dB，最大幅度為97 dB，最小幅度為93 dB，其
標(biāo)定平均值間的幅度差不大于±3 dB，符合標(biāo)準(zhǔn)中
的相關(guān)規(guī)定。
3．5 聲發(fā)射檢測(cè)
在采用AE方法對(duì)儲(chǔ)罐罐底進(jìn)行檢測(cè)的過程
中，不需要給常壓儲(chǔ)罐加壓，利用儲(chǔ)罐內(nèi)介質(zhì)本身
的液位高度進(jìn)行檢測(cè)，一般是最高液位的8O ～
100 為宜。因此，在儲(chǔ)罐剛注完油品后，液位的波
動(dòng)會(huì)產(chǎn)生大量信號(hào)，通常需要靜置24 h，關(guān)閉進(jìn)出
口閥門及其他干擾源如攪拌器、加熱設(shè)施等，待罐
內(nèi)油品相對(duì)靜止后開始采集數(shù)據(jù)。
采集結(jié)束后，應(yīng)用分析軟件，對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行
相關(guān)的數(shù)據(jù)處理l8]以及定位分析。AE信號(hào)處理
算法層主要包括小波分析、譜分析、模式識(shí)別、參數(shù)
分析等信號(hào)處理模塊。
電子干擾信號(hào)通常具有很高的幅度，但能量卻
很小，通過幅度一能量關(guān)聯(lián)圖即可將其區(qū)分出來。
儲(chǔ)罐內(nèi)部介質(zhì)泄漏信號(hào)與罐體產(chǎn)生的信號(hào)相比有
更長的持續(xù)時(shí)間，通過能量一手寺續(xù)時(shí)間或幅度書續(xù)
時(shí)間關(guān)聯(lián)圖分析，找到儲(chǔ)罐的泄漏點(diǎn)。
AE技術(shù)用于罐底腐蝕檢測(cè)的首要工作是獲
取原始檢測(cè)數(shù)據(jù)，為了避免原始數(shù)據(jù)中混入太多噪
聲，需要在適合的時(shí)間內(nèi)對(duì)儲(chǔ)罐進(jìn)行檢測(cè)。然而，
國際上對(duì)于AE儲(chǔ)罐檢測(cè)的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn) ]沒有統(tǒng)一。
盡管目前在夜間檢測(cè)所得AE數(shù)據(jù)信號(hào)比在白天
更平穩(wěn)[1 ，但是在夜間進(jìn)行檢測(cè)有著諸多不便，所
以需要進(jìn)一步分析白天噪聲產(chǎn)生的具體原因。該
次實(shí)驗(yàn)是24 h不問斷檢測(cè)，以獲得更完整的缺陷
信息。
4 檢測(cè)結(jié)果分析
為了更好地驗(yàn)證AE檢測(cè)結(jié)果的可靠性，在
AE檢測(cè)之后對(duì)該油庫進(jìn)行全面超聲ll 開罐檢測(cè)。
4．1 聲發(fā)射檢測(cè)結(jié)果
根據(jù)常壓金屬儲(chǔ)罐AE檢測(cè)及評(píng)價(jià)方法l6]，從
罐底AE活動(dòng)性分析可以看出，部分通道AE撞擊
數(shù)較多。儲(chǔ)罐底AE信號(hào)時(shí)差定位結(jié)果表明，在門
檻值為30 dB的情況下，罐底出現(xiàn)的定位點(diǎn)較多，
但是較零散；在3號(hào)、4號(hào)、5號(hào)、6號(hào)附近出現(xiàn)了局
部集中的情況。因?yàn)樗杉臄?shù)據(jù)中，含有大量的
噪聲信號(hào)，如物料的流動(dòng)、沉降，物料管的振動(dòng)以及
加熱盤管的振動(dòng)等，所以這些區(qū)域的AE參數(shù)，并
不能完全作為評(píng)價(jià)儲(chǔ)罐底板腐蝕狀況的依據(jù)。這
些振動(dòng)有明顯的時(shí)頻特性，可以通過小波分析和神
經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方法進(jìn)行剔除和甄選ll ，大幅提高檢測(cè)
的準(zhǔn)確度。
4．2 超聲波檢測(cè)結(jié)果
對(duì)罐內(nèi)底板采用超聲波測(cè)厚檢測(cè)：罐內(nèi)邊緣
板多為零星坑腐蝕；罐底邊緣板厚度減薄量超過
15 ，腐蝕點(diǎn)196處；罐外外露邊緣板與罐基礎(chǔ)環(huán)
梁之間部分密封損壞；中幅板局部多為零星麻點(diǎn)
(坑)腐蝕。罐底板表面出現(xiàn)較多焊疤和機(jī)械損傷，
并建議對(duì)罐底板焊疤和機(jī)械損傷進(jìn)行打磨平整。
5 總 結(jié)
5．1 檢測(cè)結(jié)果對(duì)比
根據(jù)上述分析，其結(jié)果對(duì)比見表1所列。
表1 兩種檢測(cè)結(jié)果對(duì)比
62 石油化工自動(dòng)化 第49卷
5．2 結(jié)論分析
根據(jù)AE在線檢測(cè)和開罐檢測(cè)結(jié)果對(duì)比可知，
檢測(cè)得到的結(jié)果與實(shí)際情況基本吻合，開罐檢測(cè)進(jìn)
一步證明了AE在線檢測(cè)的可行性和可靠性。
儲(chǔ)罐內(nèi)部產(chǎn)生的腐蝕主要取決于儲(chǔ)罐的材質(zhì)、
介質(zhì)和應(yīng)力水平。綜合考慮材料、結(jié)構(gòu)、裂紋、腐蝕、
變形等因素的影響，建立儲(chǔ)罐的安全評(píng)價(jià)模型，確定
各指標(biāo)的權(quán)重，對(duì)儲(chǔ)罐整體安全情況進(jìn)行安全評(píng)價(jià)。
根據(jù)罐底腐蝕狀況的AE檢測(cè)結(jié)果，石油化工
企業(yè)可以借此列出維修計(jì)劃，使企業(yè)可以更有效地
對(duì)有限的維修資源進(jìn)行合理調(diào)配。儲(chǔ)罐AE在線
檢測(cè)與評(píng)價(jià)技術(shù)的研究，為超役設(shè)備的延壽和最佳
檢修決策提供了先進(jìn)的安全技術(shù)保障，對(duì)于大型石
化儲(chǔ)罐的安全穩(wěn)定運(yùn)行，減少和避免環(huán)境污染具有
重要意義。
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節(jié)能中國 伙伴天下
2013希望森蘭科技股份有限公司“全國客戶大會(huì)暨VIP俱樂部啟動(dòng)儀式”于2013年6月20~23日在美麗的天府之國
成都召開，來自行業(yè)協(xié)會(huì)、重要客戶、設(shè)計(jì)院所及專業(yè)媒體的代表聚集一堂、共謀森蘭發(fā)展大計(jì)。會(huì)議期間，與會(huì)代表還考
察r大陸希望集團(tuán)下屬的旅游地產(chǎn)項(xiàng)目。
希望森蘭作為一家致力于高中低壓變頻技術(shù)的研發(fā)及相關(guān)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、開發(fā)、生產(chǎn)、銷售和服務(wù)的國家重點(diǎn)高新技術(shù)
企業(yè)，是國內(nèi)最早從事變頻技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用的企業(yè)之一，是中國最大的變頻器研發(fā)制造基地之一，也是變頻器行業(yè)首批獲
得“中國名牌”產(chǎn)品稱號(hào)的企業(yè)，該公司從成立伊始就堅(jiān)持“科技立業(yè)”的理念，實(shí)施品牌戰(zhàn)略，走出了一條“科技創(chuàng)品牌、質(zhì)
量鑄品牌、服務(wù)揚(yáng)品牌”的品牌之路，連續(xù)6年獲得“中國國產(chǎn)變頻器第一品牌”稱號(hào)。
近年來，該公司組建大客戶部，開始向高端客戶進(jìn)軍，森蘭變頻已經(jīng)成功應(yīng)用到水泥、鋼鐵、石油、冶金、紡織、制藥等數(shù)
卜個(gè)行業(yè)和領(lǐng)域。尤其值得一提的是其高端定制產(chǎn)品還成功應(yīng)用于衛(wèi)星發(fā)射、航空航天、海軍潛艇、國家體育場(chǎng)、軌道交通
等行業(yè)，為國產(chǎn)變頻器贏得了極佳的聲譽(yù)。2012年至今，與日本大金、印尼APP、美國江森等一批世界500強(qiáng)企業(yè)開始了
正式的合作。
希望森蘭科技園區(qū)位于成都西南航空港經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)，占地約100畝，總投資達(dá)2億元人民幣，配備研發(fā)中心、機(jī)械加
工、電路板加工、整機(jī)裝配、調(diào)試檢測(cè)、后勤保障等全套設(shè)施。新落成的森蘭科技園，全部采用先進(jìn)的生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)設(shè)備、
檢測(cè)儀器和管理機(jī)制。擁有員工700余人，形成了低壓變頻器1．30×10。w／a，中高壓變頻器2．2O×10。w／a和相關(guān)配套產(chǎn)
品的生產(chǎn)能力。據(jù)了解，此次成立的VIP客戶俱樂部，一方面旨在為客戶提供更可靠的產(chǎn)品和更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)；另一方面，也
將為客戶搭建一個(gè)共享希望系企業(yè)產(chǎn)品紅利的平臺(tái)。
面對(duì)未來，該公司已制定了201342015年戰(zhàn)略發(fā)展規(guī)劃。公司將繼續(xù)秉承“節(jié)能中國、傳動(dòng)世界、伙伴天下”的理念，
與國內(nèi)外客戶朋友一道真誠合作，不懈努力，實(shí)現(xiàn)森蘭人心中的企業(yè)夢(mèng)、中國夢(mèng)!(希望森蘭科技股份有限公司)
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