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基于声发射检测的罐底腐蚀安全评估

文档作者: 白晟 杨剑锋 刘文彬 许凤旌        文档来源: I.北京化工大学化工安全教育部工程研究中心 2.美国物理声学公司jE京代表处
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更新时间: 2021年01月08日
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第42卷第12期 2013年12月 当 代 化 工 Contemporary Chemical Industry Vo1.42.No.12 December,201 3 基于声发射检测的罐底腐蚀安全评估 白 晟 ,杨剑锋 ,刘文彬 ,许凤旌 (I.北京化工大学化工安全教育部工程研究中心,北京100029; 2.美国物理声学公司jE京代表处,北京100029) 摘 要: 常压储罐一旦发生泄漏,往往会造成人员伤亡、财产损失和环境污染等严重后果,因此对于储 罐的安全评估尤为重要。现有的检测方法存在耗时长、易漏检、经济效益低等不足之处。以实例说明了声发射 在线检测技术应用于罐底腐蚀检测的高可靠性与便捷性;解释了机械噪声、环境噪声以及电磁噪声形成的原因, 并提出了相应的滤除方法;描述了基于声发射检测的罐底腐蚀安全评估的过程与评价依据,并进行评估。 关键词:声发射;罐底腐蚀;安全评估 中图分类号:TP 273 文献标识码: A 文章编号: 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 随着人类科技的进步,石油以及石油制品在人 类生活中扮演者不可或缺的角色。原油、成品油等 油品的易燃、腐蚀等物理化学特性决定了它的危险 性,而这些油品的存储容量大、存储区域罐体数量 多的特点又决定了储油罐一旦发生事故的后果严重 度。因此,保证储油罐的安全运行是石化企业安全 生产中非常重要的一环。 储罐的泄漏多由罐内介质所引起的腐蚀,并且 腐蚀多发生在罐体顶部、底部、及罐内介质页面波 动频发的部位⋯,其中以罐底腐蚀最不易被察觉、 事故后果最严重。现今,通过定期对储油罐进行定 期开罐检测虽然可以预防、避免一些由于罐底腐蚀 泄漏而造成的事故,但是费钱费力。通常的无损检 测手段需要进行清灌、停产后进行检测,当储罐数 量多时检测没有优先性,耗时长、经济损失大。 安全生产不应是以牺牲经济利益为基础的,调 节好安全与利益的平衡是储罐罐底腐蚀检测的重点 问题。声发射检测技术,作为一种被动的检测手段, 可以做到对储罐进行在线检测,不需停产清灌。声 发射技术可以对罐区内的所有罐体进行整体安全评 估,使得企业可以在有限的时间、资金范围内对危 险等级最高的储罐进行复检、维修或者更换,在保 证安全的前提下最大限度的保证企业的经济利益。 l 储罐腐蚀过程的声发射检测原理 声发射(AE),即材料中某局域中声发射源释 放能量,并产生瞬态弹性波的现象。声发射检测技 术室一种被动检测技术,它是通过“听”被检测对 象所发出的声发射信号来判断这些信号所载有的声 发射源的信息。在声发射检测过程中,由于内部压 力、应力等原因被检测材料诱发瞬态弹性波,并沿 材料传播到表面,再通过声发射传感器利用压电效 基金项目:国家科技支撑计划课题“成套装置承压设备预知检测及动态风险管理技术研究”,项目号:201l BAKO6B03—05。 收稿日期:2013-05—20 作者简介:白晟(1988一),男,天津人,硕士,就读于北京化工大学安全技术及工程专业,研究方向:化工设备的声发射检测及系统开发。E-mail baisheng01 4@1 26.com。 通讯作者:杨剑锋(1967一),男,教授,博士,研究方向:设备故障诊断。E-mail:yjfOl@263.net。 化 工 2013年l2月 应将材料表面的微位移转换为电信号然后经放大、 传输后显示和处理,然后通过分析载有声发射源特 征信息的AE信号来解析缺陷部位的情况。 基于以上的原理,声发射技术可以动态的检测 出罐体材料的微观变形、裂纹开裂等情况。金属材 料在腐蚀过程中由于多种原因都会产生声发射信 号。如:金属在腐蚀过程中的化学、电化学反应所 释放的能量可以产生瞬态弹性波,从而产生声发射 信号;腐蚀过程中所产生的水化物、氢气泡、氢气 的吸附以及脱吸都会产生幅值为几百微伏的AE信 号 ;结晶转化或脱落、滑移变形、金属电化学溶 解都会产生几十毫伏声发射信号;此外,金属氧化 膜脱落也会产生声发射信号。 2 罐底腐蚀的声发射检测 2.1 检测设备 本次检测采用的是美国物理声学公司的 MICRO—II声发射检测系统,载有2张PCI一8声发 射板卡,共l6通道。考虑罐底腐蚀声发射信号的频 率范围,以及现场环境,本次检测采用美国物理声 学公司的R3I声发射传感器,它的峰值频率为3O kHz,响应带宽为20—100 kHz,且该型号传感器集 成前置放大器。 2.2 储罐数据 本次检测对象为某乙烯厂的5 000 m3的石脑 油储罐,被检测储罐基本信息见表1。 表1 储罐基本数据 Table1Tanks basic data 项目 数据 材质 公称容积/m 公称壁厚,mm 工作介质 储罐尺寸 罐顶 液面高度 2。3 传感器布置 综合考虑对象储罐,本次检测共布置两层传感 器,每层6个,共计12个,180。方向的传感器为 1、7号(上层为7号,下层为1号),其余传感器 顺时针排列,见图1。上层7—12传感器作为1-6号 传感器的护卫传感器,主要用于过滤储罐上部产生 的声发射信号,如1-6号传感器先接收到声发射信 号而7—12号后接受到,则视该信号为罐底信号; 反之,则视为上部信号,进行过滤。 2.4 检测过程 本次检测过程中,为避免环境噪声的影响,特 将储罐的各个阀门、管道、人孑L等关闭。但检测环 境中存在其他正在工作中的泵及管线以及速约1.8 m/s的风,会对检测产生一定影响。 0。 6 、12号传感器 图1 传感器布置图 Fig.1 Sensor layout 检测开始前,对储罐罐底进行外观检测。发现 该罐罐底外部腐蚀痕迹轻微,基础防锈涂层基本完 好,并没有产生大面积金属腐蚀脱落的现象,底部 变形不明显。 综合现场环境及噪声测试,将AEwin for SAMOS 声发射检测系统的门槛值设为45 dB,浮动门槛为6 dB。正式开始检测前,为确定各个传感器是否与罐壁 耦合良好,需进行断铅实验。使用0.5 min的HB铅笔 在每个传感器附近进行断铅,所产生幅值大于90 dB 即视为耦合良好。本次检测,传感器均耦合良好。 正式开始检测,检测时长共计3 h 55 min,检测 数据图表见图2、3。 图2 罐底声发射源定位图 Fig.2 Tank bottom acoustic emission source location map 图3 罐底声发射事件3D图 Fig.3 Tank botom AE events 3D map 强 咖 砷 一:3 浮颓 葑7 第42卷第12期 白 晟,等:基于声发射检测的罐底腐蚀安全评估 1683 2.5 检测结果分析 数量的检测实验和开罐验证实验取得的。 由图2、图3可观察出,该储罐罐底中心部位 及6号传感器附近位置声发射事件较集中。可能由 于以下原因造成:(1)由于储罐内油品的重力作用 使得储罐底部靠近中心位置产生挠度变形,中心位 置附近所受应力也较周边部位大,这就加快了罐底 中心部位的腐蚀速率。(2)6号传感器附近为排污 口,油品中含杂质,在以往排污过程中可能有残余, 导致该部位腐蚀速率较其它部位快,在排污过程中, 排污口附近受到流体冲击大,也会产生冲蚀。 对于腐蚀缺陷的检测来说,声发射技术并不能 进行非常精确的缺陷定位,定位的误差通常也比较 大,但是它可以对罐底的腐蚀严重程度进行整体的 评估并分级。按照AE检测所得的分级情况,可以 制定下一步的计划,使得检修方从大批的储罐中识 别出需要优先进行维修的储罐,协助管理者制定检 修计划。所以,罐底腐蚀声发射检测的意义在于整 体评价罐底板腐蚀严重程度。 2.6 噪声信号分析p 声发射技术易受噪声信号的影响,因此噪声信 号的滤除是声发射检测过程中非常重要的一环。在 储罐现场检测环境下通常都会存在机械噪声、电磁 噪声以及环境噪声。 储罐根据用途不同会连接有不同的机械结构, 如人孑L、人梯、保温层以及各类仪表等。随着风力、 温度等变化这些机械结构会因摩擦产生机械噪声。 在进行罐底检测时应布置护卫传感器将来自传感器 上部的不属于罐底信号的AE信号滤除。储罐周围 环境变化,如风、雨、高低温等也会对声发射检测 产生比较大的影响。 声发射在线检测中不可避免的会遇到电磁噪 声,其中有的部分来自设备本身,也有来自周边环 境中的电磁干扰。与机械噪声不同,电磁噪声往往 会产生持续的信号,对声发射检测的影响更明显。 针对电磁干扰信号具有特定的频谱特征这一特点, 采取前段滤波的方法去除电磁噪声的干扰。 3 储罐安全评估 本次检测应用进行评估的依据是《无损检测常 压金属储罐声发射检测及评价方法》 JB/Tl0764—200。本次检测,结果评估主要依据罐底 板声发射源分级,见表2;以及储罐维修优先顺序, 见表3 。 表中 值是需通过采用相同的检测仪器与设置 工作参数,对相同规格和运行条件的储罐进行一定 表2 罐底板声发射源分级 Table 2 Tank bottom acoustic emission source classification 表3 储罐维修优先顺序 Table 3 Tank maintenance priorities 本次检测数据得出,该储罐罐底板部分声发射 源级别为Ⅱ级。综合检测数据及评估标准,经分析, 该罐底腐蚀状态等级综合评定为Ⅱ级,近期不需进 行维修,可在2年后再进行声发射检测。如该罐所 在罐区进行开罐检测、维护,此罐可延后进行,当 检测时,可参考图2声发射源定位图中所示位置重 点检测。 4 结束语 声发射在线检测技术在储罐完整性检测方面具 有其他检测手段所不具备的优势。本次研究中,对 5 000 m 的石脑油储罐罐底进行检测,不需停车开 罐,且整个检测过程用时仅仅不到4 h,充分说明了 声发射技术不停产、不清罐、减少环境污染的优越 性;同时,基于声发射检测所做出的罐底板腐蚀状 态评估,节省储罐的检测维护费用、提高储罐安全 状态的管理水平。 采用时差滤波、参数滤波等方法虽可有效的过 滤机械、环境以及电磁等噪声干扰,但却并不能完 全滤除干扰所造成的影响,如何提高声发射技术的 抗噪性能是今后声发射在线评估技术所要重点研究 的课题。 参考文献: [1]田亚团,蒋仕良.储罐底板声发射检测定位影响因素初探:中国第 十二届声发射学术研讨会论文集[c].201 l:195—200. [2]汪文友.管道腐蚀声发射检测[D].北京:北京化:E大学,2010. [3]耿荣生,沈功田,刘时风.声发射信号处理和分析技术【J】.无损 检测,2002,24(1):23~28. [4]汪文友,许凤旌.罐底腐蚀声发射检测数据评价方法[J1.无损检 测,2012,34(12):54—57. [5]无损检测常压金属储罐声发射检澳 及评 法JB/r10764--200[sl 2007.
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