林明春，康叶伟，王维斌，熊 敏，张 磊

（1.中国石油管道研究中心，河北 065000；2.中国石油管道公司沈阳调度中心，辽宁 110031）

大型储罐是石化企业中极其重要的设施，其安全运行有着重要的意义，所以需要对储罐进行定期检测。储罐检测对象主要为罐底、罐壁、罐顶及相关附件［1－2］。在储罐运行过程中，由于受压力变化、介质腐蚀等不利因素的影响，罐底板腐蚀和泄漏是造成储罐安全隐患的最主要原因。目前，储罐罐底声发射在线检测技术的应用越来越得到石化行业的认可，然而，对不同类型的储罐，应用声发射检测时信号采集的方法却基本相同［2－6］。对于拱顶罐［7］，由于储罐内外温差的缘故，罐顶会形成液滴，液滴滴落到液面时会产生声发射信号，通用的信号采集方法无法区分来自罐底缺陷和罐顶液滴的声发射信号。笔者提出利用护卫传感器的方法，滤除来自罐顶液滴的声发射噪声信号，从而提高罐底缺陷声发射信号的有效性。

1 储罐罐底声发射检测常规方法

采用声发射技术对储罐底板进行在线检测主要是利用载荷变化时，腐蚀减薄区产生变形而引起的腐蚀层脱落与开裂，以及泄漏产生的湍流声等声发射信号。在工作状态下，储罐底板主要有以下两种有效的声发射源［8］：局部严重腐蚀区的受载变形产生有效声源及泄漏点的液体流动声源。

通过按一定阵列固定布置在储罐上的换能器接收来自罐底板“声源”的信号，通过专门的软硬件对这些信息进行数据采集与分析处理，以判断罐底板的腐蚀情况以及是否存在泄漏，罐底声发射在线检测原理如图1所示。在检测前，储罐液位上升到其安全液位的80%以上，并静止24h以上；在距离罐底约1m 左右的位置，沿罐壁圆周均布一定数量的声发射传感器（具体传感器数量根据储罐的直径决定），通过信号电缆把传感器与声发射检测仪连接，从而实现罐底声发射在线检测［9］。

图1 储罐声发射在线检测原理图

2 拱顶储罐的特殊性及解决方案

外浮顶储罐和内浮顶储罐浮盘漂浮在储罐内含液体的液面上，基本不存在来自罐顶的滴液噪声影响，可以按照图1所示原理进行信号采集。但对于拱顶储罐，由于储罐内外温差的缘故，罐顶会形成液滴，液滴滴落到液面时会产生滴落噪声，直接在油品中传播，且该信号与罐底泄漏信号十分相似，因此如果不加以消除，就会对罐底声发射源的性质做出错误判断，并直接影响到罐底结构完整性的评价结果［10］。考虑到滴落噪声与罐底腐蚀信号的声源方向的不同，笔者提出增加一组传感器的方法，通过在罐壁上布置两组传感器，其中一组接收来自罐顶液滴撞击液面产生的声发射信号，即护卫传感器，另一组接收来自罐底的声发射信号。根据护卫传感器和检测传感器被触发的先后顺序，对声发射波的来源方向进行区分，进而达到屏蔽来自罐顶液滴声发射源的目的。

3 拱顶储罐罐底声发射检测试验

3.1 护卫传感器数量的确定

护卫传感器的数量原则上与检测传感器的数量相同，如果声发射仪的检测通道数有限，也可适当减少，但传感器之间的间距≤10 m，否则将导致遗漏液滴声发射信号的采集。护卫传感器布置点可位于主传感器组正上方，也可以与主传感器交错布置，但要求与主传感器一样沿罐壁均布，如图2所示。

图2 护卫传感器布置高度设置

3.2 护卫传感器布置高度的确定

在罐底腐蚀声发射检测试验中主要是采集来自罐底的腐蚀声发射信号，所以要求主传感器位置距离罐底尽可能地近一些；但考虑到罐底可能会有淤积层，所以推荐主传感器距离罐底1m 左右。

当护卫传感器组产生定位事件时，可令主传感器组中的所有传感器在一段时间内闭锁，主传感器在闭锁时间内不进行任何定位计算，以忽略滴落噪声产生的定位。其中，主传感器的闭锁时间Δt可根据两传感器组之间的距离d以及声发射波在特定介质中的传播速度v来确定，即Δt＝d／v。为了保证主传感器尽可能多地接收到来自罐底的有效声发射信号，要求主传感器的闭锁时间越短越好（但不能小于系统规定的最小闭锁时间Δt），这就要求两组传感器之间的距离越短越好。

如图2所示，假定罐顶油品滴落点位于靠近罐壁位置，5号传感器的正上方（其它位置的滴落在计算方法上与之类似）。罐顶滴落噪声通过油品传播，首先触发护卫传感器（4，5和6号传感器），并会产生一个定位事件。分别经过时间Δt1，Δt2和Δt3后，再触发主传感器（1，2和3号传感器）。根据几何关系，声源传播至护卫传感器和主传感器的最大路径之差为2号和5号传感器之间的直线距离，故：

因此，在护卫传感器被触发后，令主传感器在之后的Δtmax内闭锁，即可忽略由罐顶滴落噪声引起的定位。

虽然主传感器组在闭锁时间内不进行定位计算，但建议对所有超过阈值的声发射撞击都进行记录和保存，以利于数据的事后分析处理。

4 现场试验

对中国石油管道公司某输油站上的1万立方拱顶柴油罐进行了在线检测试验。现场检测如图3所示，主传感器和护卫传感器各采用9个，呈交叉错位布置。主传感器组距离罐底0.75m，护卫传感器距离罐底2.07m，闭锁时间为3ms。

图3 现场检测情况

4.1 护卫传感器的有效性验证

各通道阈值设定为50dB，在5 号主传感器的正上方高于护卫传感器位置处用木槌敲击罐壁，在开通护卫传感器功能的情况下，罐底定位结果如图4所示，定位事件数为41个；当关闭护卫传感器功能时，在相同的情况下，定位结果如图5所示，定位事件数为178个。

4.2 带护卫传感器的罐底声发射检测试验

各通道阈值设定为40dB，关闭储罐的所有进出油口及各电子采集设备，从试验当天18：32开始采集，直到次日11：57停止，共采集了17.3h。在开通护卫传感器功能的情况下，罐底定位结果如图6所示，定位事件数为2 414个；通过软件设置，对同一组数据关闭护卫传感器功能时，定位结果如图7所示，定位事件数为4 645个。试验证明，护卫传感器能有效地滤除来自罐顶液滴产生的干扰信号。

5 结论

对于拱顶储油罐，在进行罐底声发射在线检测时，罐顶液滴会造成很大的干扰信号。提出的利用护卫传感器滤除液滴干扰的方法，通过对中石油管道公司某输油站1万立方拱顶柴油罐进行试验，结果表明能有效地滤除罐顶液滴产生的干扰噪声，为进一步对声发射信号分析带来了极大的便利。

［1］ API 653—2001 Tank Inspection，Repair，Alteration and Reconstruction［S］.

［2］ API 575—2005 Guideline and Methods for Inspection of Existing Atmospheric and Low－Pressure Storage Tanks［S］.

［3］ 李一博，孙立瑛，靳世久，等.大型常压储罐底板的声发射在线检测［J］，天津大学学报，2008，41（1）：11－16.

［4］ 闫河，沈功田，李光海，等.常压储罐底板特性的声发射检测［J］，压力容器，2008，25（2）：53－57.

［5］ Cole P T，Gautrey S N.Development history of the tankpacTMAE，tank floor corrosion test［J］.NDT net，2002，7（9）：1－12.

［6］ 熊敏，林明春，康叶伟.储罐罐底板声发射在线检测技术研究［J］.声学技术，2008，26（5）：168－169.

［7］ 黄春芳.原油管道输送技术［M］.北京：中国石化出版社，2003：500－512.

［8］ Ronnie K M，Miller R K.Tank－bottom leak detection in above－ground storage tanks by using acoustic emission［J］.Material Evaluation，1990，48（6）：822－829.

［9］ 关卫和，沈纯厚，陶元宏，等.大型立式储罐在线声发射检测与安全性评估［J］.压力容器，2005，22（1）：40－44.

［10］ 耿荣生，沈功田，刘时风.声发射信号处理和分析技术［J］.无损检测，2002，24（1）：23－28.