常压储罐声发射检测技术研究

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常压储罐因腐蚀导致底板减蓖穿孔泄漏的事故时有发生。据统计，由于腐蚀而引起的储罐失效占全部储罐失效的60%以上 J，因此采取有效的储罐底板腐蚀检测方法，对安全生产、节约资源和保护环境都具有重大意义。大型常压储罐通常根据固定的周期进行停产开罐检验，检验多采用常规的无损检测方法(这些方法包括测厚和表面无损检测等)，但这些方法需要经过清空原料、开罐、清洗、去除表面防腐层、检验和重新防腐等-系列过程。检验周期长，检验成本高。所以，我们希望有-种新的检测技术，能够在不需要开罐的情况对储罐的安全状况进行评估。鉴于此，研究声发射在线检测和评价技术，将技术引入到中国石油化工股份有限公司常压储罐的不停产、不清罐检测，有极大的必要性和可行性。同时根据声发射检测和质量分级的结果，为储罐开罐检修的周期和最佳时机的选择提供科学依据。

1 声发射在线检测技术现有无损检测技术中，在不影响常压储罐使用的状态，在线对储罐的底板腐蚀状况进行排序和分级，声发射检测是应用最为广泛的技术。另外，压力容器领域，声发射技术已经成为-种常规的检测技术，尤其是对裂纹等危险性缺陷的活动性在线监控，更有着其他无损检测方法不可比拟的优点-2 J。

关于常压储罐在线评价，可以从以下两个方向应用声发射检测技术：1)载荷增加时，检测储罐底板或壁板的焊接缺陷扩展引起的活动性信号：在储罐液位逐渐升高的情况下，同步监测缺陷的活动性是声发射最典型的应用方式。常压储罐在充液过程中，如果缺陷(包括泄漏)随着液位的上升而发生扩展或变化，通过声发射传感器采集缺陷信号，进而被软件识别缺陷类别。缺陷扩展属于瞬态信号，可以通过信号到达各传感器时间的不同采用时差法进行定位。而泄漏信号属于连续信号，可以通过衰减法或相关时差法进行定位。其他声发射信号产生的机理如底板局部区域的弹塑性变形释放出的弹性波也能被捕捉到。

2)恒定液位，检测储罐底板的泄漏和腐蚀信号：在最高充装液位的85%以上恒定液位下，储罐内介质经过-段时间的沉降稳定，同时关闭所有与罐体相连的管道，此时检测到的声发射信号大部分为腐蚀信号。泄漏、腐蚀的过程、腐蚀产物的形成和剥落以及腐蚀的空化效应，均被认为是腐蚀声发射信号产生的机理。与缺陷扩展信号有所不同的是，腐蚀过程声发射信号平均幅度较低，并且腐蚀过程在整个储罐的不同区域同时存生，因而某个声发射信号到达处理器的次序很难从时间序列里区分开来，从而导致定位判断的混乱，带来定位误差，所以在常压储罐的腐蚀状态声发射检测中，定位源仅作为辅助的分析手段，应更多地关注各通道撞击数，通过对同类储罐各通道信号量的多少进行储罐腐蚀状态排序和质量分级。

2 模拟试验研究模拟试验研究的目的是确定 4个方面的问题，即：液位介质中的信号能否被传感器收到并定位；声发射信号的在介质中和金属中衰减情况；声发射信第3期 潘 渊等：常压储罐声发射检测技术研究 45号的波速；储罐底板声发射信号的传播路径。模拟试验的仪器是德国 Valen公司的 AMSY-5型 36通道声发射仪，所有通道均带波形采集拈，探头型号为VS30-V，探头与前置放大器AEP4H-ISTB-体化设计，放大倍数为46dB，探头的频率范围是23- 80kHz，前置放大器的带通与探头的频率范围相匹配。采集信号时设置的阈值为35dB。

试验装置如图 1所示。是 利用 -个直径为9200mm水池，在其圆周等间距(相隔90。)放置了4个钢条，在每个钢条上安装探头用于试验测试。

图 1 试验装 置2.1 液体介质中的信号定位在上述试验水池中，用投小石子的方法激励模拟声发射信号。在4个探头附近和水池的中心部位依次发出模拟信号。声发射仪4个通道均接收到声发射信号，通过设置仪器的参数，均能得到准确声发射定位显示，如图2所示。

图2 声发射信号定位结果上述试验说明，只要合理设置声发射仪器的参数，如声速等，声发射信号可以在介质中传播并能进行准确定位。

2.2 声发射信号的衰减声发射信号在水介质中的衰减不能直接计算，因为声发射信号即使在水中激励，被探头接收时，还必须将弹性波能量传到钢带上，通过钢带的传递才能被声发射探头接收到。由于钢和水的界面存在，所以能量损失较大。要计算水中的信号的衰减，只能通过对比不距离探头的信号幅度变化，近似计算声发射信号在水中的衰减情况。通过对4个探头接收到的信号幅度对比，结合模拟源到探头的距离，计算其平均衰减。通过计算，近场区外声发射信号衰减系数低于0.5dB/m。由于水池较小，以及耦合的差异，从采集到的数据看，较远处探头的信号幅度反而较近处探头的幅度高，多次反复测试可得到近似值。

从上述的试验可知，低频的声发射信号可以在水介质中(原油介质类似)传播较远距离，但由于钢和储罐内介质的界面反射存在，能量损失不可忽略，在本试验中，由于水和钢带的界面存在，导致信号幅度平均衰减为 10dB左右。

2.3 声发射信号的声速为了得到与实际激发位置-致的声发射信号定位结果，我们不断改变声速的设置，最终使所有的模拟源都得到相对精确的定位显示，取这时的声速为声发射信号波包群速度的声速。另外，Valen仪器有-个 LUCY(定位不准确性)计算功能，可以通过改变声速得到最小的 LUCY值，从而得到实际声速。

经过分析计算，在水中声发射信号的声速平均在1200-1400m/s左右。这与理论的声波在水中的传播速度相符。

试验中钢板声速的确定，通过实际声速测量得出，其范围在 3200-4200m/s左右。

2.4 底板声发射信号的传播路径声发射检测主要是用于评价储罐底板的腐蚀状况等级，也可以用来评价储罐壁板的危险性缺陷的开裂，检测过程依据JB/T 10764《无损检测常压金属储罐 声发射检测及评价方法》的要求进行。通过声发射信号进行储罐底板的腐蚀和缺陷评价，必须要知道声发射信号的传播路径。

从理论上说，同样频率的声发射信号，如30kHz，各向同性的钢板的衰减系数比液体介质中更低，可以传播得更远。对于30kHz的低频信号在钢板中传播上百米也是可能的。我们在-台空的钢质储罐上进行了衰减标定试验，分别沿着底板径向和壁板的环向进行标定。模拟源采用断铅模拟源，衰减测量结果如图3所示。底板径向衰减标定中，信号在7m处已衰减到门槛以下。而在壁板环向衰减标定中，信号在壁板环向可以传播20m仍然有43dB。实际上信号还可以传播得更远，-方面由于我们使用的模拟源为标准断铅信号，该模拟信号的高频分量的能量当绝大部分，30kHz左右的低频分量不足总能量的20%▲-步的补充试验将采用信号发生器激发 30kHz的信号，进行衰减测量。

甘 肃 科 技 第29卷0图3 信号沿底板和壁板的衰减曲线试验结果表明，声发射信号沿底板传播的衰减速率高于信号沿壁板的衰减速率，其原因是由于底幅度(mV)板采用搭接焊缝，声发射信信号反射和衰减严重，低频信号能传播 10多米就低于系统阈值了，但沿着象壁板类似的对接焊缝壳体，声发射信号能传播较远距离。

3 声发射信号分析随着信号分析和处理技术的发展，从采集到声发射信号中，将腐蚀信号、裂纹扩展信号、泄漏信号以及其他干扰信号区分开，得到对储罐底板腐蚀状况的更精确判断越来越成为可能。如图4中给出裂纹缺陷的扩展信号示例。

Class：裂 织 1 Chan：5 Set：1 Index：11.466 Samples Class：裂 毂 1 Chan：5 Set：1 Index：1 1.466 Samples度 2，048.-IV ～ I， . JJ。

时l司 (u s) 频率 (kHz)图4 声发射检测发现裂纹及其谱特征声发射信号的分析和模式识别可以