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储罐底板声发射安全检测技术研究

文档作者：李忠红文档来源：中国石油化工股份有限公司管道储运分公司潍坊输油处		点击数：	更新时间： 2021年01月07日
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第49卷第4期
2013年8月
石油化工自动化
AUT0MATION IN PETRO CHEMICAL INDUSTRY
Vo1．49，No．4
August，2013
储罐底板声发射安全检测技术研究
李忠红
(中国石油化工股份有限公司管道储运分公司潍坊输油处，山东潍坊261021)
摘要：简单介绍了声发射检测原理及声发射源定位方法，并且采用声发射检测技术，对5×10 ITI。常压储罐底板进行了声发射
在线检测，在对储罐进行资料审查和现场勘察的基础上制定了声发射检验方案，确定了传感器数量、安装位置并调试了检测仪
器。检测结果表明底板出现轻微腐蚀，且有局部集中的现象。通过分析超声波测厚开罐检验罐底的实际情况，表明声发射检测
技术可以对储罐的安全生产进行监控与评价。
关键词：储罐底板声发射技术安全检测
中图分类号：TGll5．28 文献标志码：A 文章编号：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
常压储罐是原油储存、分离、外输、中转的一个
重要设备，是油田使用普遍、在役时间较长的设备
之一。由于各种原因，常压储罐事故频发，往往造
成灾难性后果及严重的环境污染。
据国外2 000多台被开罐检查的立式储罐的
资料统计表明：54 的罐为“好罐”，不需要离线清
罐检测；只有9 的罐为“坏罐”，需要及时检测与
修复；其他罐为有一定的损伤，需要制定合理的维
修计划I1]。若不考虑储罐的状况仅按照计划进行
检测，会造成浪费。还有许多储罐到了检验周期但
由于生产工艺的需要不能停产，因而迫切需要一种
在线、快速、高效、安全、方便的诊断方法。
鉴于此，引入声发射AE(Acoustic Emission)
检测技术，对储罐进行不停产检测，即在不需要开
罐的情况下在线对储罐的安全情况和腐蚀位置进
行评估和定位，为合理安排开罐检修计划和实施储
罐完整性评价提供依据。
1 声发射检测原理
AE技术是指材料内部局部区域在外界(应力
或温度)的影响下，伴随能量快速释放而产生的瞬
态弹性波现象_2j，是根据结构内部发出的应力波来
判断内部损伤程度的一种新型动态无损检测
方法 引。
罐底缺陷产生的AE信号由安装在罐壁上的
AE传感器采集，使用电子设备将这些信号加以放
大处理使之特性化，得到AE源的特性参数，获得
储罐底板上活性缺陷的动态信息。通过时差、区域
稿件收到日期：2013—01—10，修改稿收到日期：2013—05—15。
作者简介：李忠红(1962一)，女，山东日照人，1998年毕业于中国
矿业大学工业企业管理专业，现就职于中国石油化工股份有限公
司管道储运分公司潍坊输油处，从事工程管理工作，任经济师。
60 石油化工自动化 第49卷
定位方法对罐底的AE源定位，根据AE信号的特
征参数和波形来检测罐底板腐蚀的严重程度和泄
漏，从而进行缺陷的安全评定[ 。AE罐底腐蚀检
测系统如图1所示。
图1 AE罐底腐蚀检测系统
2 声源定位
AE检测主要是对罐壁和罐底是否存在泄漏、
潜在泄漏或腐蚀损伤进行判断，来确定声源的位
置。由于来自被检部位的一个AE源信号可以被
几个不同的AE传感器接收到，因而可以根据传感
器接收信号的时差对AE源进行定位计算。
时差定位通过对各个AE通道信号的到达时
间差、波速和探头间距等参数进行测量及一定的算
法运算，来确定声源的坐标或位置。对任意三角形
探头阵列声源定位，有时得到两个交点，即一个真
实的AE源和一个伪AE源，但若采用图2所示的
4个传感器构成的菱形阵列进行平面定位_5]，则可
以得到唯一的AE源。
_] 一S4
2
＼ ， 、
s ／ ， ：
1— 0 l —I j
I— a
s 2
图2 平面定位原理
假设传感器s 和s。问的时差△ 对应双曲线
1，传感器S 和S 问的时差 对应双曲线为2，
AE源就位于两条双曲线的交点Q(1z， )上。若
其距离传感器s 和s。，Sz和S 的距离差分别为L
和L ，波速为 ，探头S 和S。间距为以，S。和S4的
间距为b，其中，△ ≠0，At ≠0。声发射源Q(z，
)坐标可用以下两个公式表示：
z一 ¨ ]㈩
一 lLy+2√( 一鲁)‘ J
式中：L ===At ；L 一At 。
由以上两式可知，对于给定的传感器阵列，只
要测量了各个通道信号的到达时间差和波速，即可
获得AE源的位置信息。
3 检测过程
为了更好地开展常压储罐的AE安全检测，依
据JB／T 10764—2O07《无损检测常压金属储罐声
发射检测及评价方法》[6]对黄岛油库某个5×
10 m。的原油储罐进行AE检测。在对储罐进行
资料审查和现场勘察的基础上制定AE检验方案，
确定传感器数量、安装位置并调试检测仪器。
3．1 储罐参数
钢制双盘浮顶罐材质：Q235 A；工作温度：
34℃ ；公称容积：5×10 ITI。；设计压力：0．1 MPa；
几何尺寸：直径60 m，高19．7 m；工作介质：
原油。
3．2 传感器的安装
在布置传感器前，首先根据罐体容积和罐体外
径确定合理的传感器数量，计算出传感器的布置间
距。由AE波的传播和衰减特性可知，钢板中纵波
在传播8～10 m后就会出现较大衰减，因而AE传
感器的布置间距一般为6～12 m，最大不超过
15 m。该实验储罐的直径为60 m，布置15个传感
器是合理的。安装好后的传感器布置俯视效果如
图3所示。
图3 传感器布置俯视效果示意
根据现场经验，在布置传感器时要避开罐体外
围的一些设施如旋梯、通风孔、人孔和进出油管等，
以保证传感器的接收效果。在传感器安放前必须
先去除储罐表壳和保温层，用砂纸打磨表层，去除
锈蚀和喷漆涂层，打磨出巾30 mm见方的一块区
第4期 李忠红．储罐底板声发射安全检测技术研究
域，露出金属，使得传感器与接触面耦合良好，降低
信号损失。用硅脂耦合剂来保证传感器与钢板之
间良好的声耦合，用磁力座对传感器进行固定。
3．3 检测仪器及其参数设置
AE检测实验装置采用美国PAC公司的
MICRO—II声发射仪，核心是并行处理PCI总线
的AE数据采集卡PCI一8板，即在1块PCI 8板
上具有8个通道的实时AE特征提取、波形采集及
处理的能力，该实验采用了2块PCI一8板，具备最
多16通道信号采集能力。
采用内置前放的一体化传感器，谐振频率为
30~60 kHz，放大倍数为软件默认值。由于罐底
沉淀物的存在，以罐体底板中心为基准点，在罐体
壁板底部距罐底0．5 m 处布置探头，布置15个传
感器并均匀分布，对罐底进行监测。
在进行数据采集之前，根据“安装调试”中所得
的背景噪声特征，在确定了背景噪声不会影响正常
测量时，设定AE系统采集参数，获得有效的声发
射数据。配置文件包括硬件设置、图形设置和定位
设置等。通道个数根据传感器的个数设定，门槛
值、前放增益、采样率、采样宽带等参数的设置要根
据现场储罐的实际情况设定。另外，还需设置所有
参数图表以方便检测和现场的初步分析。
3．4 系统灵敏度的标定
AE检测时采用模拟源[ ]校准系统灵敏度。
常用的模拟源是巾0．5 mm，硬度为HB，伸长量
2．5 mm，与表面夹角3O。的铅芯，在距传感器
100 mm处折断产生的。为减小标定值的误差，对
每个传感器标定3次，取响应的平均值作为响应幅
度值。标定结果为各传感器接收信号的平均幅度
95．4 dB，最大幅度为97 dB，最小幅度为93 dB，其
标定平均值间的幅度差不大于±3 dB，符合标准中
的相关规定。
3．5 声发射检测
在采用AE方法对储罐罐底进行检测的过程
中，不需要给常压储罐加压，利用储罐内介质本身
的液位高度进行检测，一般是最高液位的8O ～
100 为宜。因此，在储罐刚注完油品后，液位的波
动会产生大量信号，通常需要静置24 h，关闭进出
口阀门及其他干扰源如搅拌器、加热设施等，待罐
内油品相对静止后开始采集数据。
采集结束后，应用分析软件，对采集信号进行
相关的数据处理l8]以及定位分析。AE信号处理
算法层主要包括小波分析、谱分析、模式识别、参数
分析等信号处理模块。
电子干扰信号通常具有很高的幅度，但能量却
很小，通过幅度一能量关联图即可将其区分出来。
储罐内部介质泄漏信号与罐体产生的信号相比有
更长的持续时间，通过能量一手寺续时间或幅度书续
时间关联图分析，找到储罐的泄漏点。
AE技术用于罐底腐蚀检测的首要工作是获
取原始检测数据，为了避免原始数据中混入太多噪
声，需要在适合的时间内对储罐进行检测。然而，
国际上对于AE储罐检测的时间标准 ]没有统一。
尽管目前在夜间检测所得AE数据信号比在白天
更平稳[1 ，但是在夜间进行检测有着诸多不便，所
以需要进一步分析白天噪声产生的具体原因。该
次实验是24 h不问断检测，以获得更完整的缺陷
信息。
4 检测结果分析
为了更好地验证AE检测结果的可靠性，在
AE检测之后对该油库进行全面超声ll 开罐检测。
4．1 声发射检测结果
根据常压金属储罐AE检测及评价方法l6]，从
罐底AE活动性分析可以看出，部分通道AE撞击
数较多。储罐底AE信号时差定位结果表明，在门
槛值为30 dB的情况下，罐底出现的定位点较多，
但是较零散；在3号、4号、5号、6号附近出现了局
部集中的情况。因为所采集的数据中，含有大量的
噪声信号，如物料的流动、沉降，物料管的振动以及
加热盘管的振动等，所以这些区域的AE参数，并
不能完全作为评价储罐底板腐蚀状况的依据。这
些振动有明显的时频特性，可以通过小波分析和神
经网络等方法进行剔除和甄选ll ，大幅提高检测
的准确度。
4．2 超声波检测结果
对罐内底板采用超声波测厚检测：罐内边缘
板多为零星坑腐蚀；罐底边缘板厚度减薄量超过
15 ，腐蚀点196处；罐外外露边缘板与罐基础环
梁之间部分密封损坏；中幅板局部多为零星麻点
(坑)腐蚀。罐底板表面出现较多焊疤和机械损伤，
并建议对罐底板焊疤和机械损伤进行打磨平整。
5 总 结
5．1 检测结果对比
根据上述分析，其结果对比见表1所列。
表1 两种检测结果对比
62 石油化工自动化 第49卷
5．2 结论分析
根据AE在线检测和开罐检测结果对比可知，
检测得到的结果与实际情况基本吻合，开罐检测进
一步证明了AE在线检测的可行性和可靠性。
储罐内部产生的腐蚀主要取决于储罐的材质、
介质和应力水平。综合考虑材料、结构、裂纹、腐蚀、
变形等因素的影响，建立储罐的安全评价模型，确定
各指标的权重，对储罐整体安全情况进行安全评价。
根据罐底腐蚀状况的AE检测结果，石油化工
企业可以借此列出维修计划，使企业可以更有效地
对有限的维修资源进行合理调配。储罐AE在线
检测与评价技术的研究，为超役设备的延寿和最佳
检修决策提供了先进的安全技术保障，对于大型石
化储罐的安全稳定运行，减少和避免环境污染具有
重要意义。
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节能中国 伙伴天下
2013希望森兰科技股份有限公司“全国客户大会暨VIP俱乐部启动仪式”于2013年6月20~23日在美丽的天府之国
成都召开，来自行业协会、重要客户、设计院所及专业媒体的代表聚集一堂、共谋森兰发展大计。会议期间，与会代表还考
察r大陆希望集团下属的旅游地产项目。
希望森兰作为一家致力于高中低压变频技术的研发及相关产品的设计、开发、生产、销售和服务的国家重点高新技术
企业，是国内最早从事变频技术研发和应用的企业之一，是中国最大的变频器研发制造基地之一，也是变频器行业首批获
得“中国名牌”产品称号的企业，该公司从成立伊始就坚持“科技立业”的理念，实施品牌战略，走出了一条“科技创品牌、质
量铸品牌、服务扬品牌”的品牌之路，连续6年获得“中国国产变频器第一品牌”称号。
近年来，该公司组建大客户部，开始向高端客户进军，森兰变频已经成功应用到水泥、钢铁、石油、冶金、纺织、制药等数
卜个行业和领域。尤其值得一提的是其高端定制产品还成功应用于卫星发射、航空航天、海军潜艇、国家体育场、轨道交通
等行业，为国产变频器赢得了极佳的声誉。2012年至今，与日本大金、印尼APP、美国江森等一批世界500强企业开始了
正式的合作。
希望森兰科技园区位于成都西南航空港经济开发区，占地约100亩，总投资达2亿元人民币，配备研发中心、机械加
工、电路板加工、整机装配、调试检测、后勤保障等全套设施。新落成的森兰科技园，全部采用先进的生产工艺、生产设备、
检测仪器和管理机制。拥有员工700余人，形成了低压变频器1．30×10。w／a，中高压变频器2．2O×10。w／a和相关配套产
品的生产能力。据了解，此次成立的VIP客户俱乐部，一方面旨在为客户提供更可靠的产品和更优质的服务；另一方面，也
将为客户搭建一个共享希望系企业产品红利的平台。
面对未来，该公司已制定了201342015年战略发展规划。公司将继续秉承“节能中国、传动世界、伙伴天下”的理念，
与国内外客户朋友一道真诚合作，不懈努力，实现森兰人心中的企业梦、中国梦!(希望森兰科技股份有限公司)
] ]阳 ]” ]阳 ]明 ]州 ]Ⅲ ]
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