常壓儲罐聲發射檢測技術應用探討

黃　慧

柳州市特種設備檢驗所

常壓儲罐聲發射檢測技術應用探討

黃慧

柳州市特種設備檢驗所

對常壓儲蓄罐腐蝕情況進行評價可采用聲發射檢測技術。本文簡單介紹了聲發射檢測技術在常壓儲蓄罐在線評價中的應用以及產生聲發射信號的原理，并闡述了聲發射檢測技術在立式儲罐中的應用。

常壓儲罐；聲發射檢測；應用

常壓儲罐成本低、結構簡單、易于管理，是儲蓄成品油、中間油、原油等的主要工具。但是，由于腐蝕常常導致穿孔泄漏、底板減薄等現象的發生，而傳統的檢測常壓儲罐腐蝕的方法成本高、周期長。所以，研究評價儲罐腐蝕的方法，對節約資源、保護環境、安全生產具有十分重要的意義。

一.聲發射檢測技術在常壓儲蓄罐在線評價中的應用

在不影響常壓儲罐使用情況的前提下，聲發射檢測技術是在線檢測常壓儲罐腐蝕情況的最普遍的方法。此外，聲發射檢測技術是壓力容器領域中常規的檢測技術，特別是對裂紋等具有危險性活動缺陷的在線監控，更加具有其它方法不能相比的優勢。聲發射檢測技術在常壓儲罐在線評價中的應用，主要有以下兩方面：

（一）恒定液位，檢測儲罐底板的泄漏以及腐蝕信號

在超過最高充裝液位85%的恒定液位之下，經過一定的時間后，儲罐內的介質會沉降穩定，與此同時，將與罐體連接的管道全部關閉，這時能夠檢測到的聲發射信號絕大多數為腐蝕信號。腐蝕聲發射信號產生的機理有：泄漏/腐蝕過程、腐蝕產物的形成/剝落以及腐蝕的空化效應。它與缺陷擴展信號不同，腐蝕過程聲發射信號的平均幅度比較低，又因為在整個儲罐的不同區域腐蝕過程同時存在，所以很難在時間序列上將某一聲發射信號到達處理器的次序進行區分，致使混亂的定位判斷，并產生一定的定位誤差。因此，利用聲發射檢測常壓儲罐的腐蝕情況時，僅將定位源做為輔助的分析手段，應該更加重視各個通道的撞擊數量，并通過分析對比相同常壓儲罐各個通道信號量的數目判斷儲罐的質量級別以及腐蝕的嚴重情況。

（二）載荷增加時，檢測常壓儲罐壁板或底板的焊接缺陷擴展引發的活動性信號

當常壓儲罐的液位慢慢升高時，聲發射最為典型的應用方式是同步檢測缺陷的活動性。在對常壓儲罐進行充液的過程中，隨著液位的上升，若缺陷產生擴展或者變化，可以利用聲發射傳感器收集缺陷信號，從而通過軟件對缺陷類別進行鑒定識別。因為缺陷擴展是一種瞬態信號，所以能夠利用信號到達各個傳感器時間上的差別通過時差法來定位。與缺陷擴展不同，泄漏信號是連續信號的一種，其定位的方式主要是相關時差法或衰減法。此外，其它類型聲發射信號產生的機理，如因儲罐底板局部區域的彈塑性變形而產生的彈性波亦能被檢測到［1］。

二.聲發射信號的定位、衰減、傳播路徑及分析

（一）聲發射信號的定位

目前，在儲罐底板源定位和級別方面仍然存在一定的問題。從技術角度來說儲罐底板聲發射檢測的定位精度在10%～20%內應該是比較理想的。通常情況下，只要滿足檢測條件，如儀器參數的選擇與設置正確、檢測時機適宜，這樣的定位精度是能夠達到的。此外，定位精度與背景噪音、介質等因素具有直接的關系。一般情況下，常壓儲罐的定位和分析難度遠遠高于壓力容器的聲發射檢測。

（二）聲發射信號的衰減

即使聲發射信號在水中被激發，仍需要將彈性波能量傳遞到鋼板上，聲發射探頭才能從鋼板上接收到聲發射信號，因此，不能直接計算水介質中聲發射信號的衰減。而鋼、水界面的存在，導致損失大量的能量。若要對水質中信號的衰減進行計算，就只有利用距離探頭信號幅度變化的不同，近似計算出水質中聲發射信號的衰減。據研究顯示，低頻的聲發射信號能夠在水中傳播的距離比較遠，但是，鋼和常壓儲罐內介質的截面存在反射的現象，損失的能量不能忽略不計。

（三）底板聲發射信號的傳播路徑

對常壓儲罐底板進行腐蝕和缺陷評價時，必須要知道聲發射信號的傳播路徑。理論上，一樣頻率的聲發射信號，如30kHz，與液體介質相比，各向同性鋼板的衰減系數較低，傳播距離更遠。經科學驗證，在鋼板中30kHz的低頻信號可以傳播上百米。

（四）聲發射信號的分析

在采集到的聲發射信號中，必須把腐蝕信號、泄露信號、裂紋擴展信號與其它的干擾信號區分開來，才能更加精確地判斷儲罐底板的腐蝕狀況。需要注意的是，在進行聲發射波形分析時，若出現泄露等連續信號，必須在現場確認這種信號是由干擾引起的，還是常壓儲罐自身出現的信號。此外，由于連續信號可能會導致聲發射通道發生堵塞，使信號個數減少，定位的個數也隨之減少，導致對信號分析的判斷錯誤，最終把泄露的常壓儲罐誤判為狀況好的儲罐［2］。

三.立式儲罐的聲發射檢測技術

利用聲發射檢測技術檢測立式儲罐的狀態時，需要有效的活動聲源，儲罐被破壞的主要形式是腐蝕，但其是否可以產生有效的聲源是需要進一步研究的問題。與壓力容器相比，儲罐底板的聲發射檢測方法的不同，具體表現在：聲源產生的機理、信號采集的頻率、聲源定位的方法、檢測過程、分析方法和要求的不同。

對儲罐底板進行聲發射檢測的主要目的是明確儲罐底板的好壞，從而決定該儲蓄罐能否連續使用，并給出它能夠持續運行的年限。對儲罐底板的聲發射在線檢測是在不倒罐的情況下進行的，通常在距離儲蓄罐底部20至50cm的罐體外壁上，沿著圓周的方向設置一定數量的30至60kHz頻率的傳感器，并在一定的載荷（通常是80%之上的液位）下，對其進行聲發生檢測，進行檢測的時間常常大約為2小時。利用位于圓周上的、任意3個傳感器的聲源進行定位，并通過聲發射信號的特征參數以及波形判斷儲罐底板受腐蝕、泄露的情況以及位置，最后評價出儲罐的安全等級，確定儲罐是否可用以持續使用及可用的時間［3］。

結語

聲發射信號檢測常壓儲罐底板的重要作用就是解決有無嚴重腐蝕、泄漏或好壞罐的問題。聲發射檢測技術做為檢測儲罐底板的一種普遍方法，具備一定的預測性，通常能夠在很大程度上預見底泄漏事件發生的概率。

［1］潘淵，陳偉文.常壓儲罐聲發射檢測技術研究［J］.甘肅科技，2013，03∶44-46+41.

［2］李光海，沈功田，閆河.常壓儲罐聲發射檢測技術［J］.無損檢測，2010，04∶256-259+285.

［3］劉富君，孔帥，胡東明，鄭慕林.常壓儲罐綜合檢測與評價技術［J］.無損檢測，2009，09∶669-672+688.