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基于聲發(fā)射檢測(cè)的罐底腐蝕安全評(píng)估

文檔作者：白晟楊劍鋒劉文彬許鳳旌文檔來(lái)源： I．北京化工大學(xué)化工安全教育部工程研究中心 2．美國(guó)物理聲學(xué)公司jE京代表處			點(diǎn) 擊數(shù)：
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第42卷第12期
2013年12月
當(dāng) 代 化 工
Contemporary Chemical Industry
Vo1．42．No．12
December，201 3
基于聲發(fā)射檢測(cè)的罐底腐蝕安全評(píng)估
白 晟 ，楊劍鋒 ，劉文彬 ，許鳳旌
(I．北京化工大學(xué)化工安全教育部工程研究中心，北京100029； 2．美國(guó)物理聲學(xué)公司jE京代表處，北京100029)
摘 要： 常壓儲(chǔ)罐一旦發(fā)生泄漏，往往會(huì)造成人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失和環(huán)境污染等嚴(yán)重后果，因此對(duì)于儲(chǔ)
罐的安全評(píng)估尤為重要。現(xiàn)有的檢測(cè)方法存在耗時(shí)長(zhǎng)、易漏檢、經(jīng)濟(jì)效益低等不足之處。以實(shí)例說(shuō)明了聲發(fā)射
在線檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用于罐底腐蝕檢測(cè)的高可靠性與便捷性；解釋了機(jī)械噪聲、環(huán)境噪聲以及電磁噪聲形成的原因，
并提出了相應(yīng)的濾除方法；描述了基于聲發(fā)射檢測(cè)的罐底腐蝕安全評(píng)估的過(guò)程與評(píng)價(jià)依據(jù)，并進(jìn)行評(píng)估。
關(guān)鍵詞：聲發(fā)射；罐底腐蝕；安全評(píng)估
中圖分類號(hào)：TP 273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1671—0460(2013)12—1681—03
Safety Assessment of the Tank Bottom
Corrosion Based on Acoustic Emission Testing
BAISheng1，YANGJian-feng ，LIUWen—bin ，XVFeng-jing
(I．Chemical Safety Engineering Research Center ofMinistry ofEducation，University ofChemical Technology,Beijing 100029，
China； 2．Physical Acoustics Corporation Beijing ofice，Beijing 100029，China)
Abstract：Atmospheric storage tank leaks often result in personal injury or death，property damage and environmental
pollution and other serious consequences．So the safety assessment of the storage tank is particularly important．
Existing detection methods have many shortcomings，such as time-consuming and easily missed，and low economic
retums．In this article，the high reliability and convenience of acoustic emission online detection technology applied
into the tank bottom co~osion were illustrated，也e reasons for the formation of mechanica1 noise，ambient noise and
electromagnetic noise were explained，and the corresponding filter methods were put forward，the process and the basis
for evaluation of the safety assessment of the tank bosom corosion based on acoustic emission testing were described，
and the tank was evaluated．
Key words：Acoustic emission；Tank bosom corrosion；Salty assessment
隨著人類科技的進(jìn)步，石油以及石油制品在人
類生活中扮演者不可或缺的角色。原油、成品油等
油品的易燃、腐蝕等物理化學(xué)特性決定了它的危險(xiǎn)
性，而這些油品的存儲(chǔ)容量大、存儲(chǔ)區(qū)域罐體數(shù)量
多的特點(diǎn)又決定了儲(chǔ)油罐一旦發(fā)生事故的后果嚴(yán)重
度。因此，保證儲(chǔ)油罐的安全運(yùn)行是石化企業(yè)安全
生產(chǎn)中非常重要的一環(huán)。
儲(chǔ)罐的泄漏多由罐內(nèi)介質(zhì)所引起的腐蝕，并且
腐蝕多發(fā)生在罐體頂部、底部、及罐內(nèi)介質(zhì)頁(yè)面波
動(dòng)頻發(fā)的部位?，其中以罐底腐蝕最不易被察覺、
事故后果最嚴(yán)重。現(xiàn)今，通過(guò)定期對(duì)儲(chǔ)油罐進(jìn)行定
期開罐檢測(cè)雖然可以預(yù)防、避免一些由于罐底腐蝕
泄漏而造成的事故，但是費(fèi)錢費(fèi)力。通常的無(wú)損檢
測(cè)手段需要進(jìn)行清灌、停產(chǎn)后進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)儲(chǔ)罐數(shù)
量多時(shí)檢測(cè)沒(méi)有優(yōu)先性，耗時(shí)長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)損失大。
安全生產(chǎn)不應(yīng)是以犧牲經(jīng)濟(jì)利益為基礎(chǔ)的，調(diào)
節(jié)好安全與利益的平衡是儲(chǔ)罐罐底腐蝕檢測(cè)的重點(diǎn)
問(wèn)題。聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)，作為一種被動(dòng)的檢測(cè)手段，
可以做到對(duì)儲(chǔ)罐進(jìn)行在線檢測(cè)，不需停產(chǎn)清灌。聲
發(fā)射技術(shù)可以對(duì)罐區(qū)內(nèi)的所有罐體進(jìn)行整體安全評(píng)
估，使得企業(yè)可以在有限的時(shí)間、資金范圍內(nèi)對(duì)危
險(xiǎn)等級(jí)最高的儲(chǔ)罐進(jìn)行復(fù)檢、維修或者更換，在保
證安全的前提下最大限度的保證企業(yè)的經(jīng)濟(jì)利益。
l 儲(chǔ)罐腐蝕過(guò)程的聲發(fā)射檢測(cè)原理
聲發(fā)射(AE)，即材料中某局域中聲發(fā)射源釋
放能量，并產(chǎn)生瞬態(tài)彈性波的現(xiàn)象。聲發(fā)射檢測(cè)技
術(shù)室一種被動(dòng)檢測(cè)技術(shù)，它是通過(guò)“聽”被檢測(cè)對(duì)
象所發(fā)出的聲發(fā)射信號(hào)來(lái)判斷這些信號(hào)所載有的聲
發(fā)射源的信息。在聲發(fā)射檢測(cè)過(guò)程中，由于內(nèi)部壓
力、應(yīng)力等原因被檢測(cè)材料誘發(fā)瞬態(tài)彈性波，并沿
材料傳播到表面，再通過(guò)聲發(fā)射傳感器利用壓電效
基金項(xiàng)目：國(guó)家科技支撐計(jì)劃課題“成套裝置承壓設(shè)備預(yù)知檢測(cè)及動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)管理技術(shù)研究”，項(xiàng)目號(hào)：201l BAKO6B03—05。
收稿日期：2013-05—20
作者簡(jiǎn)介：白晟(1988一)，男，天津人，碩士，就讀于北京化工大學(xué)安全技術(shù)及工程專業(yè)，研究方向：化工設(shè)備的聲發(fā)射檢測(cè)及系統(tǒng)開發(fā)。E-mail
baisheng01 4@1 26．com。
通訊作者：楊劍鋒(1967一)，男，教授，博士，研究方向：設(shè)備故障診斷。E-mail：yjfOl@263．net。
化 工 2013年l2月
應(yīng)將材料表面的微位移轉(zhuǎn)換為電信號(hào)然后經(jīng)放大、
傳輸后顯示和處理，然后通過(guò)分析載有聲發(fā)射源特
征信息的AE信號(hào)來(lái)解析缺陷部位的情況。
基于以上的原理，聲發(fā)射技術(shù)可以動(dòng)態(tài)的檢測(cè)
出罐體材料的微觀變形、裂紋開裂等情況。金屬材
料在腐蝕過(guò)程中由于多種原因都會(huì)產(chǎn)生聲發(fā)射信
號(hào)。如：金屬在腐蝕過(guò)程中的化學(xué)、電化學(xué)反應(yīng)所
釋放的能量可以產(chǎn)生瞬態(tài)彈性波，從而產(chǎn)生聲發(fā)射
信號(hào)；腐蝕過(guò)程中所產(chǎn)生的水化物、氫氣泡、氫氣
的吸附以及脫吸都會(huì)產(chǎn)生幅值為幾百微伏的AE信
號(hào) ；結(jié)晶轉(zhuǎn)化或脫落、滑移變形、金屬電化學(xué)溶
解都會(huì)產(chǎn)生幾十毫伏聲發(fā)射信號(hào)；此外，金屬氧化
膜脫落也會(huì)產(chǎn)生聲發(fā)射信號(hào)。
2 罐底腐蝕的聲發(fā)射檢測(cè)
2．1 檢測(cè)設(shè)備
本次檢測(cè)采用的是美國(guó)物理聲學(xué)公司的
MICRO—II聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)，載有2張PCI一8聲發(fā)
射板卡，共l6通道。考慮罐底腐蝕聲發(fā)射信號(hào)的頻
率范圍，以及現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，本次檢測(cè)采用美國(guó)物理聲
學(xué)公司的R3I聲發(fā)射傳感器，它的峰值頻率為3O
kHz，響應(yīng)帶寬為20—100 kHz，且該型號(hào)傳感器集
成前置放大器。
2．2 儲(chǔ)罐數(shù)據(jù)
本次檢測(cè)對(duì)象為某乙烯廠的5 000 m3的石腦
油儲(chǔ)罐，被檢測(cè)儲(chǔ)罐基本信息見表1。
表1 儲(chǔ)罐基本數(shù)據(jù)
Table1Tanks basic data
項(xiàng)目 數(shù)據(jù)
材質(zhì)
公稱容積／m
公稱壁厚，mm
工作介質(zhì)
儲(chǔ)罐尺寸
罐頂
液面高度
2。3 傳感器布置
綜合考慮對(duì)象儲(chǔ)罐，本次檢測(cè)共布置兩層傳感
器，每層6個(gè)，共計(jì)12個(gè)，180。方向的傳感器為
1、7號(hào)(上層為7號(hào)，下層為1號(hào))，其余傳感器
順時(shí)針排列，見圖1。上層7—12傳感器作為1-6號(hào)
傳感器的護(hù)衛(wèi)傳感器，主要用于過(guò)濾儲(chǔ)罐上部產(chǎn)生
的聲發(fā)射信號(hào)，如1-6號(hào)傳感器先接收到聲發(fā)射信
號(hào)而7—12號(hào)后接受到，則視該信號(hào)為罐底信號(hào)；
反之，則視為上部信號(hào)，進(jìn)行過(guò)濾。
2．4 檢測(cè)過(guò)程
本次檢測(cè)過(guò)程中，為避免環(huán)境噪聲的影響，特
將儲(chǔ)罐的各個(gè)閥門、管道、人孑L等關(guān)閉。但檢測(cè)環(huán)
境中存在其他正在工作中的泵及管線以及速約1．8
m／s的風(fēng)，會(huì)對(duì)檢測(cè)產(chǎn)生一定影響。
0。 6
、12號(hào)傳感器
圖1 傳感器布置圖
Fig．1 Sensor layout
檢測(cè)開始前，對(duì)儲(chǔ)罐罐底進(jìn)行外觀檢測(cè)。發(fā)現(xiàn)
該罐罐底外部腐蝕痕跡輕微，基礎(chǔ)防銹涂層基本完
好，并沒(méi)有產(chǎn)生大面積金屬腐蝕脫落的現(xiàn)象，底部
變形不明顯。
綜合現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境及噪聲測(cè)試，將AEwin for SAMOS
聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)的門檻值設(shè)為45 dB，浮動(dòng)門檻為6
dB。正式開始檢測(cè)前，為確定各個(gè)傳感器是否與罐壁
耦合良好，需進(jìn)行斷鉛實(shí)驗(yàn)。使用0．5 min的HB鉛筆
在每個(gè)傳感器附近進(jìn)行斷鉛，所產(chǎn)生幅值大于90 dB
即視為耦合良好。本次檢測(cè)，傳感器均耦合良好。
正式開始檢測(cè)，檢測(cè)時(shí)長(zhǎng)共計(jì)3 h 55 min，檢測(cè)
數(shù)據(jù)圖表見圖2、3。
圖2 罐底聲發(fā)射源定位圖
Fig．2 Tank bottom acoustic emission source location map
圖3 罐底聲發(fā)射事件3D圖
Fig．3 Tank botom AE events 3D map
強(qiáng) 咖 砷 一：3 浮頹 葑7
第42卷第12期 白 晟，等：基于聲發(fā)射檢測(cè)的罐底腐蝕安全評(píng)估 1683
2．5 檢測(cè)結(jié)果分析 數(shù)量的檢測(cè)實(shí)驗(yàn)和開罐驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)取得的。
由圖2、圖3可觀察出，該儲(chǔ)罐罐底中心部位
及6號(hào)傳感器附近位置聲發(fā)射事件較集中。可能由
于以下原因造成：(1)由于儲(chǔ)罐內(nèi)油品的重力作用
使得儲(chǔ)罐底部靠近中心位置產(chǎn)生撓度變形，中心位
置附近所受應(yīng)力也較周邊部位大，這就加快了罐底
中心部位的腐蝕速率。(2)6號(hào)傳感器附近為排污
口，油品中含雜質(zhì)，在以往排污過(guò)程中可能有殘余，
導(dǎo)致該部位腐蝕速率較其它部位快，在排污過(guò)程中，
排污口附近受到流體沖擊大，也會(huì)產(chǎn)生沖蝕。
對(duì)于腐蝕缺陷的檢測(cè)來(lái)說(shuō)，聲發(fā)射技術(shù)并不能
進(jìn)行非常精確的缺陷定位，定位的誤差通常也比較
大，但是它可以對(duì)罐底的腐蝕嚴(yán)重程度進(jìn)行整體的
評(píng)估并分級(jí)。按照AE檢測(cè)所得的分級(jí)情況，可以
制定下一步的計(jì)劃，使得檢修方從大批的儲(chǔ)罐中識(shí)
別出需要優(yōu)先進(jìn)行維修的儲(chǔ)罐，協(xié)助管理者制定檢
修計(jì)劃。所以，罐底腐蝕聲發(fā)射檢測(cè)的意義在于整
體評(píng)價(jià)罐底板腐蝕嚴(yán)重程度。
2．6 噪聲信號(hào)分析p
聲發(fā)射技術(shù)易受噪聲信號(hào)的影響，因此噪聲信
號(hào)的濾除是聲發(fā)射檢測(cè)過(guò)程中非常重要的一環(huán)。在
儲(chǔ)罐現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)環(huán)境下通常都會(huì)存在機(jī)械噪聲、電磁
噪聲以及環(huán)境噪聲。
儲(chǔ)罐根據(jù)用途不同會(huì)連接有不同的機(jī)械結(jié)構(gòu)，
如人孑L、人梯、保溫層以及各類儀表等。隨著風(fēng)力、
溫度等變化這些機(jī)械結(jié)構(gòu)會(huì)因摩擦產(chǎn)生機(jī)械噪聲。
在進(jìn)行罐底檢測(cè)時(shí)應(yīng)布置護(hù)衛(wèi)傳感器將來(lái)自傳感器
上部的不屬于罐底信號(hào)的AE信號(hào)濾除。儲(chǔ)罐周圍
環(huán)境變化，如風(fēng)、雨、高低溫等也會(huì)對(duì)聲發(fā)射檢測(cè)
產(chǎn)生比較大的影響。
聲發(fā)射在線檢測(cè)中不可避免的會(huì)遇到電磁噪
聲，其中有的部分來(lái)自設(shè)備本身，也有來(lái)自周邊環(huán)
境中的電磁干擾。與機(jī)械噪聲不同，電磁噪聲往往
會(huì)產(chǎn)生持續(xù)的信號(hào)，對(duì)聲發(fā)射檢測(cè)的影響更明顯。
針對(duì)電磁干擾信號(hào)具有特定的頻譜特征這一特點(diǎn)，
采取前段濾波的方法去除電磁噪聲的干擾。
3 儲(chǔ)罐安全評(píng)估
本次檢測(cè)應(yīng)用進(jìn)行評(píng)估的依據(jù)是《無(wú)損檢測(cè)常
壓金屬儲(chǔ)罐聲發(fā)射檢測(cè)及評(píng)價(jià)方法》
JB／Tl0764—200。本次檢測(cè)，結(jié)果評(píng)估主要依據(jù)罐底
板聲發(fā)射源分級(jí)，見表2；以及儲(chǔ)罐維修優(yōu)先順序，
見表3 。
表中 值是需通過(guò)采用相同的檢測(cè)儀器與設(shè)置
工作參數(shù)，對(duì)相同規(guī)格和運(yùn)行條件的儲(chǔ)罐進(jìn)行一定
表2 罐底板聲發(fā)射源分級(jí)
Table 2 Tank bottom acoustic emission source classification
表3 儲(chǔ)罐維修優(yōu)先順序
Table 3 Tank maintenance priorities
本次檢測(cè)數(shù)據(jù)得出，該儲(chǔ)罐罐底板部分聲發(fā)射
源級(jí)別為Ⅱ級(jí)。綜合檢測(cè)數(shù)據(jù)及評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)分析，
該罐底腐蝕狀態(tài)等級(jí)綜合評(píng)定為Ⅱ級(jí)，近期不需進(jìn)
行維修，可在2年后再進(jìn)行聲發(fā)射檢測(cè)。如該罐所
在罐區(qū)進(jìn)行開罐檢測(cè)、維護(hù)，此罐可延后進(jìn)行，當(dāng)
檢測(cè)時(shí)，可參考圖2聲發(fā)射源定位圖中所示位置重
點(diǎn)檢測(cè)。
4 結(jié)束語(yǔ)
聲發(fā)射在線檢測(cè)技術(shù)在儲(chǔ)罐完整性檢測(cè)方面具
有其他檢測(cè)手段所不具備的優(yōu)勢(shì)。本次研究中，對(duì)
5 000 m 的石腦油儲(chǔ)罐罐底進(jìn)行檢測(cè)，不需停車開
罐，且整個(gè)檢測(cè)過(guò)程用時(shí)僅僅不到4 h，充分說(shuō)明了
聲發(fā)射技術(shù)不停產(chǎn)、不清罐、減少環(huán)境污染的優(yōu)越
性；同時(shí)，基于聲發(fā)射檢測(cè)所做出的罐底板腐蝕狀
態(tài)評(píng)估，節(jié)省儲(chǔ)罐的檢測(cè)維護(hù)費(fèi)用、提高儲(chǔ)罐安全
狀態(tài)的管理水平。
采用時(shí)差濾波、參數(shù)濾波等方法雖可有效的過(guò)
濾機(jī)械、環(huán)境以及電磁等噪聲干擾，但卻并不能完
全濾除干擾所造成的影響，如何提高聲發(fā)射技術(shù)的
抗噪性能是今后聲發(fā)射在線評(píng)估技術(shù)所要重點(diǎn)研究
的課題。
參考文獻(xiàn)：
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