常压储罐声发射检测技术应用探讨

2016-01-29黄慧

科学中国人 2016年29期

关键词：常压储蓄罐液位

黄　慧

柳州市特种设备检验所

常压储罐声发射检测技术应用探讨

黄慧

柳州市特种设备检验所

对常压储蓄罐腐蚀情况进行评价可采用声发射检测技术。本文简单介绍了声发射检测技术在常压储蓄罐在线评价中的应用以及产生声发射信号的原理，并阐述了声发射检测技术在立式储罐中的应用。

常压储罐；声发射检测；应用

常压储罐成本低、结构简单、易于管理，是储蓄成品油、中间油、原油等的主要工具。但是，由于腐蚀常常导致穿孔泄漏、底板减薄等现象的发生，而传统的检测常压储罐腐蚀的方法成本高、周期长。所以，研究评价储罐腐蚀的方法，对节约资源、保护环境、安全生产具有十分重要的意义。

一.声发射检测技术在常压储蓄罐在线评价中的应用

在不影响常压储罐使用情况的前提下，声发射检测技术是在线检测常压储罐腐蚀情况的最普遍的方法。此外，声发射检测技术是压力容器领域中常规的检测技术，特别是对裂纹等具有危险性活动缺陷的在线监控，更加具有其它方法不能相比的优势。声发射检测技术在常压储罐在线评价中的应用，主要有以下两方面：

（一）恒定液位，检测储罐底板的泄漏以及腐蚀信号

在超过最高充装液位85%的恒定液位之下，经过一定的时间后，储罐内的介质会沉降稳定，与此同时，将与罐体连接的管道全部关闭，这时能够检测到的声发射信号绝大多数为腐蚀信号。腐蚀声发射信号产生的机理有：泄漏/腐蚀过程、腐蚀产物的形成/剥落以及腐蚀的空化效应。它与缺陷扩展信号不同，腐蚀过程声发射信号的平均幅度比较低，又因为在整个储罐的不同区域腐蚀过程同时存在，所以很难在时间序列上将某一声发射信号到达处理器的次序进行区分，致使混乱的定位判断，并产生一定的定位误差。因此，利用声发射检测常压储罐的腐蚀情况时，仅将定位源做为辅助的分析手段，应该更加重视各个通道的撞击数量，并通过分析对比相同常压储罐各个通道信号量的数目判断储罐的质量级别以及腐蚀的严重情况。

（二）载荷增加时，检测常压储罐壁板或底板的焊接缺陷扩展引发的活动性信号

当常压储罐的液位慢慢升高时，声发射最为典型的应用方式是同步检测缺陷的活动性。在对常压储罐进行充液的过程中，随着液位的上升，若缺陷产生扩展或者变化，可以利用声发射传感器收集缺陷信号，从而通过软件对缺陷类别进行鉴定识别。因为缺陷扩展是一种瞬态信号，所以能够利用信号到达各个传感器时间上的差别通过时差法来定位。与缺陷扩展不同，泄漏信号是连续信号的一种，其定位的方式主要是相关时差法或衰减法。此外，其它类型声发射信号产生的机理，如因储罐底板局部区域的弹塑性变形而产生的弹性波亦能被检测到［1］。

二.声发射信号的定位、衰减、传播路径及分析

（一）声发射信号的定位

目前，在储罐底板源定位和级别方面仍然存在一定的问题。从技术角度来说储罐底板声发射检测的定位精度在10%～20%内应该是比较理想的。通常情况下，只要满足检测条件，如仪器参数的选择与设置正确、检测时机适宜，这样的定位精度是能够达到的。此外，定位精度与背景噪音、介质等因素具有直接的关系。一般情况下，常压储罐的定位和分析难度远远高于压力容器的声发射检测。

（二）声发射信号的衰减

即使声发射信号在水中被激发，仍需要将弹性波能量传递到钢板上，声发射探头才能从钢板上接收到声发射信号，因此，不能直接计算水介质中声发射信号的衰减。而钢、水界面的存在，导致损失大量的能量。若要对水质中信号的衰减进行计算，就只有利用距离探头信号幅度变化的不同，近似计算出水质中声发射信号的衰减。据研究显示，低频的声发射信号能够在水中传播的距离比较远，但是，钢和常压储罐内介质的截面存在反射的现象，损失的能量不能忽略不计。

（三）底板声发射信号的传播路径

对常压储罐底板进行腐蚀和缺陷评价时，必须要知道声发射信号的传播路径。理论上，一样频率的声发射信号，如30kHz，与液体介质相比，各向同性钢板的衰减系数较低，传播距离更远。经科学验证，在钢板中30kHz的低频信号可以传播上百米。

（四）声发射信号的分析

在采集到的声发射信号中，必须把腐蚀信号、泄露信号、裂纹扩展信号与其它的干扰信号区分开来，才能更加精确地判断储罐底板的腐蚀状况。需要注意的是，在进行声发射波形分析时，若出现泄露等连续信号，必须在现场确认这种信号是由干扰引起的，还是常压储罐自身出现的信号。此外，由于连续信号可能会导致声发射通道发生堵塞，使信号个数减少，定位的个数也随之减少，导致对信号分析的判断错误，最终把泄露的常压储罐误判为状况好的储罐［2］。

三.立式储罐的声发射检测技术

利用声发射检测技术检测立式储罐的状态时，需要有效的活动声源，储罐被破坏的主要形式是腐蚀，但其是否可以产生有效的声源是需要进一步研究的问题。与压力容器相比，储罐底板的声发射检测方法的不同，具体表现在：声源产生的机理、信号采集的频率、声源定位的方法、检测过程、分析方法和要求的不同。

对储罐底板进行声发射检测的主要目的是明确储罐底板的好坏，从而决定该储蓄罐能否连续使用，并给出它能够持续运行的年限。对储罐底板的声发射在线检测是在不倒罐的情况下进行的，通常在距离储蓄罐底部20至50cm的罐体外壁上，沿着圆周的方向设置一定数量的30至60kHz频率的传感器，并在一定的载荷（通常是80%之上的液位）下，对其进行声发生检测，进行检测的时间常常大约为2小时。利用位于圆周上的、任意3个传感器的声源进行定位，并通过声发射信号的特征参数以及波形判断储罐底板受腐蚀、泄露的情况以及位置，最后评价出储罐的安全等级，确定储罐是否可用以持续使用及可用的时间［3］。