PDF《常压储罐综合检测与评价技术》

科研成果与学术交流

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0 9年第3 1卷第9期 常压储罐综合检测与评价技术 刘富君, 孔帅, 胡东明, 郑慕林 ( 浙江省特种设备检验研究院, 杭州

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2 0 ) 摘要: 我国在常压储罐方面的检测技术水平与发达国家的差距很大.

经验表明, 储罐底板下 表面的严重腐蚀是造成罐底板强度下降甚至穿孔泄漏的主要原因.系统分析了无损检测技术在常 压储罐中的发展现状, 声发射检测技术作为一种在线普查检测, 可大大减少事故发生概率, 漏磁检 测技术具有全厚度检测的能力, 可提高检测率.并对使用中存在的问题进行探讨, 提出了一套包括 超声检测在内的储罐综合检测与评价的流程. 关键词: 常压储罐;

声发射检测;

漏磁检测;

泄漏 中图分类号: T G

1 1

5 .

2 8 文献标志码: A 文章编号:

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5 6 (

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0 9 )

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0 4 遄勺镒 状 镒 枳 憷 嶙 酹踝,宪抢 , 镒绐樽,跑 嶙椽樽(ZhejiangP r o v i n c i a l S p e c i a lE q u i p m e n t I n s p e c t i o na n dR e s e a r c h I n s t i t u t e ,H a n g z h o u3

1 0

0 2

0 , C h i n a ) :Inc h i n a , a t m o s p h e r i cs t o r a g et a n k sa r en o t i n c l u d e di nt h em a n a g e m e n to fs p e c i a l e q u i p m e n t , a n d t h e r e f o r e t h e ya r en o t r e q u i r e d t ob e i n s p e c t e dc o m p u l s o r i l y . T h e r e i s l a r g ed i f f e r e n c eb e t w e e nC h i n a a n dd e v e l o p e d c o u n t r i e so na t m o s p h e r i cs t o r a g et a n ki n s p e c t i o nt e c h n o l o g ya sc o m p a r e d w i t ht h eo t h e rt e c h n o l o g i e so nt h e i n s p e c t i o no f p r e s s u r ev e s s e l s . I t i sw i d e l yb e l i e v e d t h a t t h e s t r e n g t hw o r s e n i n g a n dp e r f o r a t i o no f t h e t a n k i sm a i n l y c a u s e db yt h es e r i o u sc o r r o s i o na tt h eb o t t o ms u r f a c eo ft a n kf l o o r .T h ep r e s e n td e v e l o p m e n to fn o n d e s t r u c t i v e e x a m i n a t i o no n a t m o s p h e r i c s t o r a g e t a n kw a s a n a l y z e d s y s t e m a t i c a l l y i n t h i s p a p e r , i nw h i c h t h e p r i n c i p l e , t h e u s a g e o f i n s p e c t i o ne q u i p m e n t s a n dt h ea p p l i c a t i o no f t h ea c o u s t i ce m i s s i o nt e s t i n gt e c h n o l o g ya n dm a g n e t i c f l u xl e a k a g e t e s t i n g i na t m o s p h e r i cs t o r a g et a n k sw e r em a i n l yi n t r o d u c e d .T h ep r o b l e m se x i s t i n gi nt h e i n s p e c t i o ne q u i p m e n t s u s a g ew e r e d i s c u s s e d . Ap r a c t i c e f o r i n s p e c t i n g a n d e v a l u a t i n g a t m o s p h e r e s t o r a g e t a n k s u s i n g t h e s e t e s t i n gm e t h o d s w a sp r o p o s e d . :Atmosphericstoragetank;

Acousticemissiontesting;

M a g n e t i c f l u x l e a k a g e t e s t i n g ;

L e a k 在工业、 国防、 石油、 石化等行业中常压储罐广 泛用于储装各种油料, 而油料多为易燃易爆、 挥发性 及有毒等性质的介质, 因此储罐材料不可避免地出 现老化、 腐蚀等, 因此极易引起介质泄漏, 导致严重 的经济损失和环境与生态污染.各国不乏有因泄漏 而造成严重事故的事例[

1 -

2 ] .造成事故的腐蚀以罐 底板下表面腐蚀最多, 且最为严重[

3 ] .为了杜绝事 收稿日期:

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0 1 基金项目: 浙江省重大科技攻关基金资助项目(

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2 ) 作者简介: 刘富君(

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7 6 -) , 男, 博士, 高级工程师, 主要从事压 力容器及压力管道方面设计理论、 结构强度、 安全监控、 数值模拟等 方面的研究. 故发生, 必须对其进行检测.

1 声发射检测技术

1 .

1 原理 大多数材料变形和断裂时均伴有声发射现象, 用 仪器探测、 记录和分析声发射信号以及利用声发射信 号推断声发射源的技术称为声发射检测技术[

4 ] .

1 .

2 发展状况 现代声发射技术的开始以2 0世纪5 0年代初 K a i s e r在德国所做的研究工作为标志.美国科学家 D u n e g a n首次将声发射技术应用于压力容器检测, 据D r o u i l l a r d统计的声发射论文目录[

5 -

6 ] , 到1

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6 9

6 6 刘富君等: 常压储罐综合检测与评价技术

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0 9年第3 1卷第9期 年有关声发射的论文已超过50

0 0篇.时到今日, 美国P A C公司、 DW 公司、 德国 V a l l e nS y s t e m e公 司和中国广州声华公司先后开发了计算机化程度更 高、 体积和重量更小的第三代数字化多通道声发射 检测分析系统, 除能进行声发射参数实时测量和声 发射源定位外, 还可直接进行声发射波形的观察、 显示、 记录和频谱分析, 大大提高了声发射源的定位功 能和缺陷检出准确率. 我国于2 0世纪7 0年代逐渐开展声发射技术的 研究工作[

7 ] ,

2 0世纪8 0年代中期劳动部锅炉压力 容器检 测研究中心率先从美国PAC公司引进SPARTAN源定位声发射检测与信号处理分析系 统,

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0 2年国家质量监督检验检疫总局锅炉压力容 器检 测研究中心从德国VALLEN公司引进了ASM5型3 6通道声发射仪, 该仪器既可对声发射信 号进行基于波形的模式识别分析, 又能检测大型常 压储罐底板泄漏. 在声发射仪器的研制和生产方面, 沈阳电子研 究所于2 0世纪7 0年代末即研制出单通道声发射 仪,

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0 0年广州声华公司研制出基于大规模可编程 集成电路( F P G A) 技术的全波形全数字化多通道声 发射检测分析系统,

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0 2年国家质量监督检验检疫 总局锅炉压力容器检测研究中心研制出基于信号处 理集成电路技术的全数字化多通道声发射检测分析 系统[

8 ] . 声发射检测的主要目的之一是识别产生声发射 源的部位和性质, 而声发射信号处理是解决该问题 的唯一途径.在声发射信号处理和分析方面, 除普 遍采用的经典声发射信号参数和定位分析外, 我国 目前还开展了处于世界前沿的基于波形分析基础之 上的模态分析、 经典谱分析、 现代谱分析、 小波分析 和人工神经网络模式识别, 另外也对声发射信号参 数采用了模式识别、 灰色关联分析和模糊分析等先 进技术, 我国还自主开发了进行各种信号分析和模 式识别的软件包[

9 -

1 1 ] .这些信号处理技术, 可以在 不对声发射源部位进行常规无损检测复验的情况 下, 直接给出声发射源的性质及危险程度.

1 .

3 立式储罐的声发射检测 声发射检测技术对立式储罐作检测时, 需有效 的活动声源, 腐蚀虽是储罐最主要的破坏形式, 但能 否产生活动的有效声源是急待了解的问题. 储罐底板与压力容器的声发射检测方法有所区 别.主要体现在: 声源产生的机理及定位不同;

信号 的采集频率和检测的过程有所不同. 压力容器声发射检测时对声源的定位和级别评 定要求通常更严格, 且对声源的复验也方便, 而罐底 板声发射检测时的定位虽有重要的参考价值, 但精 度不高, 对声源的复验也困难.储罐底板声发射检 测的主要目的确定该罐底板是 好 还是 坏 , 以决 定是否可以连续使用( 而不开罐) 以及建议可连续运 行的年限. 储罐底板的声发射在线检测是在不倒罐的条件 下, 一般在距罐底2

0 0 ~

5 0 0mm的筒体外壁沿圆周 方向等距离布置一定数目频率为3 0~6 0k H z的传 感器( 图1 ) , 在一定的载荷( 一般要求8

0 %以上的液 位) 作用下, 进行声发射检测, 检测时间一般为2h 左右.通过圆周上的任意三个传感器的声源定位, 以声发射信号的特征参数和波形来判断罐底板腐蚀 的严重程度和泄漏并确定其位置, 最终对储罐的安 全性等级做出评价, 以决定其是否可用, 可用时间或 是立即报废[

1 2 ] . 图1 储罐罐底声发射检测传感器布置图 从笔者所检测的几十台立式储罐来看, 在罐底 板声源定位精度及级别方面仍存在一定的问题.从 技术的角度来说, 罐底板声发射检测的定位精度若 在1

0 ~

2 0 %内应该是比较理想的[

1 3 -

1 4 ] .但是定位 精度除与检测条件有关外, 还直接与背景噪声、 介质 等因素有关.通常储罐底板定位及分析难度远大于 压力容器.例如一台

1 00

0 0 m

3 的储罐, 直径约

2 8 . 5m, 实际的腐蚀或泄漏位置应该在仪器显示位 置的约3 ~ 6m 范围内, 显然储罐业主对这一定位 精度难以接受.一般情况下经声发射检测后评价为 好 罐( 如A、 B级) , 正确率可达9

5 %以上.但是 有时好坏混杂, 容易造成过度检验或因漏检而造成 重大事故.因此, 声发射检测罐底板的首要作用就 是解决有无严重腐蚀和泄漏的问题.

2 储罐底板的漏磁检测技术

2 .

1 原理及发展状况 漏磁检测是通过检测被磁化了的工件表面所形

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6 刘富君等: 常压储罐综合检测与评价技术

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0 9年第3 1卷第9期 成的漏磁通来检测表面缺陷的. 这方面, 国内外的研究工作主要有: ① 缺陷漏 磁场理论模型及其数值表征.② 漏磁场信号与缺 陷特征的对应关系.③ 漏磁检测仪器的研制[

1 5 ] .

1 9

3 3年Z u s c h l u g首先提出应用磁敏传感器测 量漏磁通的想法, 但直到1

9 4 7年由 H a s t i n g s设计 了一套完整的漏磁检测系统后, 漏磁检测才得到普 遍承认[

1 6 ] .从2 0世纪5 0年代, 西德的 F i r s t e r研 究所研制出一系列漏磁检测装置, 用于焊缝、 钢管和 棒材的检测.1

9 6 5年美国的 T u b o s c o p e公司先后 又研制出了 Am a l o g和S o n o s c o p e两种漏磁检测装 置, 主要用于石油无缝钢管的检测.英国 S i l v e r W i n g公司也相继推出了多种储罐和管道漏磁扫查 系统, 如FLOORMA P

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0 0储罐底板检验系统, 通 过便携式计算机将所有检测到的数据以图形方式直 观地显示出来, 它能检测出深度为2

0 %以上罐底板 厚度的腐蚀缺陷[

1 7 -

1 8 ] . 自2 0世纪9 0年代以来, 我国也加快了对储罐 罐底的检测研究工作.清华大学[

1 9 ] 、 华中科技大 学[

2 0 ] 、 沈阳工业大学[

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