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儲罐底板聲發(fā)射安全檢測技術研究

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運分公司濰坊輸油處		點擊數：	更新時間： 2021年01月07日
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第49卷第4期
2013年8月
石油化工自動化
AUT0MATION IN PETRO CHEMICAL INDUSTRY
Vo1．49，No．4
August，2013
儲罐底板聲發(fā)射安全檢測技術研究
李忠紅
(中國石油化工股份有限公司管道儲運分公司濰坊輸油處，山東濰坊261021)
摘要：簡單介紹了聲發(fā)射檢測原理及聲發(fā)射源定位方法，并且采用聲發(fā)射檢測技術，對5×10 ITI。常壓儲罐底板進行了聲發(fā)射
在線檢測，在對儲罐進行資料審查和現(xiàn)場勘察的基礎上制定了聲發(fā)射檢驗方案，確定了傳感器數量、安裝位置并調試了檢測儀
器。檢測結果表明底板出現(xiàn)輕微腐蝕，且有局部集中的現(xiàn)象。通過分析超聲波測厚開罐檢驗罐底的實際情況，表明聲發(fā)射檢測
技術可以對儲罐的安全生產進行監(jiān)控與評價。
關鍵詞：儲罐底板聲發(fā)射技術安全檢測
中圖分類號：TGll5．28 文獻標志碼：A 文章編號：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
常壓儲罐是原油儲存、分離、外輸、中轉的一個
重要設備，是油田使用普遍、在役時間較長的設備
之一。由于各種原因，常壓儲罐事故頻發(fā)，往往造
成災難性后果及嚴重的環(huán)境污染。
據國外2 000多臺被開罐檢查的立式儲罐的
資料統(tǒng)計表明：54 的罐為“好罐”，不需要離線清
罐檢測；只有9 的罐為“壞罐”，需要及時檢測與
修復；其他罐為有一定的損傷，需要制定合理的維
修計劃I1]。若不考慮儲罐的狀況僅按照計劃進行
檢測，會造成浪費。還有許多儲罐到了檢驗周期但
由于生產工藝的需要不能停產，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)
檢測技術，對儲罐進行不停產檢測，即在不需要開
罐的情況下在線對儲罐的安全情況和腐蝕位置進
行評估和定位，為合理安排開罐檢修計劃和實施儲
罐完整性評價提供依據。
1 聲發(fā)射檢測原理
AE技術是指材料內部局部區(qū)域在外界(應力
或溫度)的影響下，伴隨能量快速釋放而產生的瞬
態(tài)彈性波現(xiàn)象_2j，是根據結構內部發(fā)出的應力波來
判斷內部損傷程度的一種新型動態(tài)無損檢測
方法 引。
罐底缺陷產生的AE信號由安裝在罐壁上的
AE傳感器采集，使用電子設備將這些信號加以放
大處理使之特性化，得到AE源的特性參數，獲得
儲罐底板上活性缺陷的動態(tài)信息。通過時差、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
司管道儲運分公司濰坊輸油處，從事工程管理工作，任經濟師。
60 石油化工自動化 第49卷
定位方法對罐底的AE源定位，根據AE信號的特
征參數和波形來檢測罐底板腐蝕的嚴重程度和泄
漏，從而進行缺陷的安全評定[ 。AE罐底腐蝕檢
測系統(tǒng)如圖1所示。
圖1 AE罐底腐蝕檢測系統(tǒng)
2 聲源定位
AE檢測主要是對罐壁和罐底是否存在泄漏、
潛在泄漏或腐蝕損傷進行判斷，來確定聲源的位
置。由于來自被檢部位的一個AE源信號可以被
幾個不同的AE傳感器接收到，因而可以根據傳感
器接收信號的時差對AE源進行定位計算。
時差定位通過對各個AE通道信號的到達時
間差、波速和探頭間距等參數進行測量及一定的算
法運算，來確定聲源的坐標或位置。對任意三角形
探頭陣列聲源定位，有時得到兩個交點，即一個真
實的AE源和一個偽AE源，但若采用圖2所示的
4個傳感器構成的菱形陣列進行平面定位_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
假設傳感器s 和s。問的時差△ 對應雙曲線
1，傳感器S 和S 問的時差 對應雙曲線為2，
AE源就位于兩條雙曲線的交點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，
)坐標可用以下兩個公式表示：
z一 ¨ ]㈩
一 lLy+2√( 一魯)‘ J
式中：L ===At ；L 一At 。
由以上兩式可知，對于給定的傳感器陣列，只
要測量了各個通道信號的到達時間差和波速，即可
獲得AE源的位置信息。
3 檢測過程
為了更好地開展常壓儲罐的AE安全檢測，依
據JB／T 10764—2O07《無損檢測常壓金屬儲罐聲
發(fā)射檢測及評價方法》[6]對黃島油庫某個5×
10 m。的原油儲罐進行AE檢測。在對儲罐進行
資料審查和現(xiàn)場勘察的基礎上制定AE檢驗方案，
確定傳感器數量、安裝位置并調試檢測儀器。
3．1 儲罐參數
鋼制雙盤浮頂罐材質：Q235 A；工作溫度：
34℃ ；公稱容積：5×10 ITI。；設計壓力：0．1 MPa；
幾何尺寸：直徑60 m，高19．7 m；工作介質：
原油。
3．2 傳感器的安裝
在布置傳感器前，首先根據罐體容積和罐體外
徑確定合理的傳感器數量，計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。該實驗儲罐的直徑為60 m，布置15個傳感
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
根據現(xiàn)場經驗，在布置傳感器時要避開罐體外
圍的一些設施如旋梯、通風孔、人孔和進出油管等，
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．儲罐底板聲發(fā)射安全檢測技術研究
域，露出金屬，使得傳感器與接觸面耦合良好，降低
信號損失。用硅脂耦合劑來保證傳感器與鋼板之
間良好的聲耦合，用磁力座對傳感器進行固定。
3．3 檢測儀器及其參數設置
AE檢測實驗裝置采用美國PAC公司的
MICRO—II聲發(fā)射儀，核心是并行處理PCI總線
的AE數據采集卡PCI一8板，即在1塊PCI 8板
上具有8個通道的實時AE特征提取、波形采集及
處理的能力，該實驗采用了2塊PCI一8板，具備最
多16通道信號采集能力。
采用內置前放的一體化傳感器，諧振頻率為
30~60 kHz，放大倍數為軟件默認值。由于罐底
沉淀物的存在，以罐體底板中心為基準點，在罐體
壁板底部距罐底0．5 m 處布置探頭，布置15個傳
感器并均勻分布，對罐底進行監(jiān)測。
在進行數據采集之前，根據“安裝調試”中所得
的背景噪聲特征，在確定了背景噪聲不會影響正常
測量時，設定AE系統(tǒng)采集參數，獲得有效的聲發(fā)
射數據。配置文件包括硬件設置、圖形設置和定位
設置等。通道個數根據傳感器的個數設定，門檻
值、前放增益、采樣率、采樣寬帶等參數的設置要根
據現(xiàn)場儲罐的實際情況設定。另外，還需設置所有
參數圖表以方便檢測和現(xiàn)場的初步分析。
3．4 系統(tǒng)靈敏度的標定
AE檢測時采用模擬源[ ]校準系統(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處折斷產生的。為減小標定值的誤差，對
每個傳感器標定3次，取響應的平均值作為響應幅
度值。標定結果為各傳感器接收信號的平均幅度
95．4 dB，最大幅度為97 dB，最小幅度為93 dB，其
標定平均值間的幅度差不大于±3 dB，符合標準中
的相關規(guī)定。
3．5 聲發(fā)射檢測
在采用AE方法對儲罐罐底進行檢測的過程
中，不需要給常壓儲罐加壓，利用儲罐內介質本身
的液位高度進行檢測，一般是最高液位的8O ～
100 為宜。因此，在儲罐剛注完油品后，液位的波
動會產生大量信號，通常需要靜置24 h，關閉進出
口閥門及其他干擾源如攪拌器、加熱設施等，待罐
內油品相對靜止后開始采集數據。
采集結束后，應用分析軟件，對采集信號進行
相關的數據處理l8]以及定位分析。AE信號處理
算法層主要包括小波分析、譜分析、模式識別、參數
分析等信號處理模塊。
電子干擾信號通常具有很高的幅度，但能量卻
很小，通過幅度一能量關聯(lián)圖即可將其區(qū)分出來。
儲罐內部介質泄漏信號與罐體產生的信號相比有
更長的持續(xù)時間，通過能量一手寺續(xù)時間或幅度書續(xù)
時間關聯(lián)圖分析，找到儲罐的泄漏點。
AE技術用于罐底腐蝕檢測的首要工作是獲
取原始檢測數據，為了避免原始數據中混入太多噪
聲，需要在適合的時間內對儲罐進行檢測。然而，
國際上對于AE儲罐檢測的時間標準 ]沒有統(tǒng)一。
盡管目前在夜間檢測所得AE數據信號比在白天
更平穩(wěn)[1 ，但是在夜間進行檢測有著諸多不便，所
以需要進一步分析白天噪聲產生的具體原因。該
次實驗是24 h不問斷檢測，以獲得更完整的缺陷
信息。
4 檢測結果分析
為了更好地驗證AE檢測結果的可靠性，在
AE檢測之后對該油庫進行全面超聲ll 開罐檢測。
4．1 聲發(fā)射檢測結果
根據常壓金屬儲罐AE檢測及評價方法l6]，從
罐底AE活動性分析可以看出，部分通道AE撞擊
數較多。儲罐底AE信號時差定位結果表明，在門
檻值為30 dB的情況下，罐底出現(xiàn)的定位點較多，
但是較零散；在3號、4號、5號、6號附近出現(xiàn)了局
部集中的情況。因為所采集的數據中，含有大量的
噪聲信號，如物料的流動、沉降，物料管的振動以及
加熱盤管的振動等，所以這些區(qū)域的AE參數，并
不能完全作為評價儲罐底板腐蝕狀況的依據。這
些振動有明顯的時頻特性，可以通過小波分析和神
經網絡等方法進行剔除和甄選ll ，大幅提高檢測
的準確度。
4．2 超聲波檢測結果
對罐內底板采用超聲波測厚檢測：罐內邊緣
板多為零星坑腐蝕；罐底邊緣板厚度減薄量超過
15 ，腐蝕點196處；罐外外露邊緣板與罐基礎環(huán)
梁之間部分密封損壞；中幅板局部多為零星麻點
(坑)腐蝕。罐底板表面出現(xiàn)較多焊疤和機械損傷，
并建議對罐底板焊疤和機械損傷進行打磨平整。
5 總 結
5．1 檢測結果對比
根據上述分析，其結果對比見表1所列。
表1 兩種檢測結果對比
62 石油化工自動化 第49卷
5．2 結論分析
根據AE在線檢測和開罐檢測結果對比可知，
檢測得到的結果與實際情況基本吻合，開罐檢測進
一步證明了AE在線檢測的可行性和可靠性。
儲罐內部產生的腐蝕主要取決于儲罐的材質、
介質和應力水平。綜合考慮材料、結構、裂紋、腐蝕、
變形等因素的影響，建立儲罐的安全評價模型，確定
各指標的權重，對儲罐整體安全情況進行安全評價。
根據罐底腐蝕狀況的AE檢測結果，石油化工
企業(yè)可以借此列出維修計劃，使企業(yè)可以更有效地
對有限的維修資源進行合理調配。儲罐AE在線
檢測與評價技術的研究，為超役設備的延壽和最佳
檢修決策提供了先進的安全技術保障，對于大型石
化儲罐的安全穩(wěn)定運行，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“全國客戶大會暨VIP俱樂部啟動儀式”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、重要客戶、設計院所及專業(yè)媒體的代表聚集一堂、共謀森蘭發(fā)展大計。會議期間，與會代表還考
察r大陸希望集團下屬的旅游地產項目。
希望森蘭作為一家致力于高中低壓變頻技術的研發(fā)及相關產品的設計、開發(fā)、生產、銷售和服務的國家重點高新技術
企業(yè)，是國內最早從事變頻技術研發(fā)和應用的企業(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”產品稱號的企業(yè)，該公司從成立伊始就堅持“科技立業(yè)”的理念，實施品牌戰(zhàn)略，走出了一條“科技創(chuàng)品牌、質
量鑄品牌、服務揚品牌”的品牌之路，連續(xù)6年獲得“中國國產變頻器第一品牌”稱號。
近年來，該公司組建大客戶部，開始向高端客戶進軍，森蘭變頻已經成功應用到水泥、鋼鐵、石油、冶金、紡織、制藥等數
卜個行業(yè)和領域。尤其值得一提的是其高端定制產品還成功應用于衛(wèi)星發(fā)射、航空航天、海軍潛艇、國家體育場、軌道交通
等行業(yè)，為國產變頻器贏得了極佳的聲譽。2012年至今，與日本大金、印尼APP、美國江森等一批世界500強企業(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濟開發(fā)區(qū)，占地約100畝，總投資達2億元人民幣，配備研發(fā)中心、機械加
工、電路板加工、整機裝配、調試檢測、后勤保障等全套設施。新落成的森蘭科技園，全部采用先進的生產工藝、生產設備、
檢測儀器和管理機制。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和相關配套產
品的生產能力。據了解，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品和更優(yōu)質的服務；另一方面，也
將為客戶搭建一個共享希望系企業(yè)產品紅利的平臺。
面對未來，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、傳動世界、伙伴天下”的理念，
與國內外客戶朋友一道真誠合作，不懈努力，實現(xiàn)森蘭人心中的企業(yè)夢、中國夢!(希望森蘭科技股份有限公司)
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