林明春，康葉偉，王維斌，熊 敏，張 磊

（1.中國石油管道研究中心，河北 065000；2.中國石油管道公司沈陽調(diào)度中心，遼寧 110031）

大型儲(chǔ)罐是石化企業(yè)中極其重要的設(shè)施，其安全運(yùn)行有著重要的意義，所以需要對(duì)儲(chǔ)罐進(jìn)行定期檢測(cè)。儲(chǔ)罐檢測(cè)對(duì)象主要為罐底、罐壁、罐頂及相關(guān)附件［1－2］。在儲(chǔ)罐運(yùn)行過程中，由于受壓力變化、介質(zhì)腐蝕等不利因素的影響，罐底板腐蝕和泄漏是造成儲(chǔ)罐安全隱患的最主要原因。目前，儲(chǔ)罐罐底聲發(fā)射在線檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用越來越得到石化行業(yè)的認(rèn)可，然而，對(duì)不同類型的儲(chǔ)罐，應(yīng)用聲發(fā)射檢測(cè)時(shí)信號(hào)采集的方法卻基本相同［2－6］。對(duì)于拱頂罐［7］，由于儲(chǔ)罐內(nèi)外溫差的緣故，罐頂會(huì)形成液滴，液滴滴落到液面時(shí)會(huì)產(chǎn)生聲發(fā)射信號(hào)，通用的信號(hào)采集方法無法區(qū)分來自罐底缺陷和罐頂液滴的聲發(fā)射信號(hào)。筆者提出利用護(hù)衛(wèi)傳感器的方法，濾除來自罐頂液滴的聲發(fā)射噪聲信號(hào)，從而提高罐底缺陷聲發(fā)射信號(hào)的有效性。

1 儲(chǔ)罐罐底聲發(fā)射檢測(cè)常規(guī)方法

采用聲發(fā)射技術(shù)對(duì)儲(chǔ)罐底板進(jìn)行在線檢測(cè)主要是利用載荷變化時(shí)，腐蝕減薄區(qū)產(chǎn)生變形而引起的腐蝕層脫落與開裂，以及泄漏產(chǎn)生的湍流聲等聲發(fā)射信號(hào)。在工作狀態(tài)下，儲(chǔ)罐底板主要有以下兩種有效的聲發(fā)射源［8］：局部嚴(yán)重腐蝕區(qū)的受載變形產(chǎn)生有效聲源及泄漏點(diǎn)的液體流動(dòng)聲源。

通過按一定陣列固定布置在儲(chǔ)罐上的換能器接收來自罐底板“聲源”的信號(hào)，通過專門的軟硬件對(duì)這些信息進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與分析處理，以判斷罐底板的腐蝕情況以及是否存在泄漏，罐底聲發(fā)射在線檢測(cè)原理如圖1所示。在檢測(cè)前，儲(chǔ)罐液位上升到其安全液位的80%以上，并靜止24h以上；在距離罐底約1m 左右的位置，沿罐壁圓周均布一定數(shù)量的聲發(fā)射傳感器（具體傳感器數(shù)量根據(jù)儲(chǔ)罐的直徑?jīng)Q定），通過信號(hào)電纜把傳感器與聲發(fā)射檢測(cè)儀連接，從而實(shí)現(xiàn)罐底聲發(fā)射在線檢測(cè)［9］。

圖1 儲(chǔ)罐聲發(fā)射在線檢測(cè)原理圖

2 拱頂儲(chǔ)罐的特殊性及解決方案

外浮頂儲(chǔ)罐和內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐浮盤漂浮在儲(chǔ)罐內(nèi)含液體的液面上，基本不存在來自罐頂?shù)牡我涸肼曈绊懀梢园凑請(qǐng)D1所示原理進(jìn)行信號(hào)采集。但對(duì)于拱頂儲(chǔ)罐，由于儲(chǔ)罐內(nèi)外溫差的緣故，罐頂會(huì)形成液滴，液滴滴落到液面時(shí)會(huì)產(chǎn)生滴落噪聲，直接在油品中傳播，且該信號(hào)與罐底泄漏信號(hào)十分相似，因此如果不加以消除，就會(huì)對(duì)罐底聲發(fā)射源的性質(zhì)做出錯(cuò)誤判斷，并直接影響到罐底結(jié)構(gòu)完整性的評(píng)價(jià)結(jié)果［10］?？紤]到滴落噪聲與罐底腐蝕信號(hào)的聲源方向的不同，筆者提出增加一組傳感器的方法，通過在罐壁上布置兩組傳感器，其中一組接收來自罐頂液滴撞擊液面產(chǎn)生的聲發(fā)射信號(hào)，即護(hù)衛(wèi)傳感器，另一組接收來自罐底的聲發(fā)射信號(hào)。根據(jù)護(hù)衛(wèi)傳感器和檢測(cè)傳感器被觸發(fā)的先后順序，對(duì)聲發(fā)射波的來源方向進(jìn)行區(qū)分，進(jìn)而達(dá)到屏蔽來自罐頂液滴聲發(fā)射源的目的。

3 拱頂儲(chǔ)罐罐底聲發(fā)射檢測(cè)試驗(yàn)

3.1 護(hù)衛(wèi)傳感器數(shù)量的確定

護(hù)衛(wèi)傳感器的數(shù)量原則上與檢測(cè)傳感器的數(shù)量相同，如果聲發(fā)射儀的檢測(cè)通道數(shù)有限，也可適當(dāng)減少，但傳感器之間的間距≤10 m，否則將導(dǎo)致遺漏液滴聲發(fā)射信號(hào)的采集。護(hù)衛(wèi)傳感器布置點(diǎn)可位于主傳感器組正上方，也可以與主傳感器交錯(cuò)布置，但要求與主傳感器一樣沿罐壁均布，如圖2所示。

圖2 護(hù)衛(wèi)傳感器布置高度設(shè)置

3.2 護(hù)衛(wèi)傳感器布置高度的確定

在罐底腐蝕聲發(fā)射檢測(cè)試驗(yàn)中主要是采集來自罐底的腐蝕聲發(fā)射信號(hào)，所以要求主傳感器位置距離罐底盡可能地近一些；但考慮到罐底可能會(huì)有淤積層，所以推薦主傳感器距離罐底1m 左右。

當(dāng)護(hù)衛(wèi)傳感器組產(chǎn)生定位事件時(shí)，可令主傳感器組中的所有傳感器在一段時(shí)間內(nèi)閉鎖，主傳感器在閉鎖時(shí)間內(nèi)不進(jìn)行任何定位計(jì)算，以忽略滴落噪聲產(chǎn)生的定位。其中，主傳感器的閉鎖時(shí)間Δt可根據(jù)兩傳感器組之間的距離d以及聲發(fā)射波在特定介質(zhì)中的傳播速度v來確定，即Δt＝d／v。為了保證主傳感器盡可能多地接收到來自罐底的有效聲發(fā)射信號(hào)，要求主傳感器的閉鎖時(shí)間越短越好（但不能小于系統(tǒng)規(guī)定的最小閉鎖時(shí)間Δt），這就要求兩組傳感器之間的距離越短越好。

如圖2所示，假定罐頂油品滴落點(diǎn)位于靠近罐壁位置，5號(hào)傳感器的正上方（其它位置的滴落在計(jì)算方法上與之類似）。罐頂?shù)温湓肼曂ㄟ^油品傳播，首先觸發(fā)護(hù)衛(wèi)傳感器（4，5和6號(hào)傳感器），并會(huì)產(chǎn)生一個(gè)定位事件。分別經(jīng)過時(shí)間Δt1，Δt2和Δt3后，再觸發(fā)主傳感器（1，2和3號(hào)傳感器）。根據(jù)幾何關(guān)系，聲源傳播至護(hù)衛(wèi)傳感器和主傳感器的最大路徑之差為2號(hào)和5號(hào)傳感器之間的直線距離，故：

因此，在護(hù)衛(wèi)傳感器被觸發(fā)后，令主傳感器在之后的Δtmax內(nèi)閉鎖，即可忽略由罐頂?shù)温湓肼曇鸬亩ㄎ弧?/p>

雖然主傳感器組在閉鎖時(shí)間內(nèi)不進(jìn)行定位計(jì)算，但建議對(duì)所有超過閾值的聲發(fā)射撞擊都進(jìn)行記錄和保存，以利于數(shù)據(jù)的事后分析處理。

4 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

對(duì)中國石油管道公司某輸油站上的1萬立方拱頂柴油罐進(jìn)行了在線檢測(cè)試驗(yàn)?，F(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)如圖3所示，主傳感器和護(hù)衛(wèi)傳感器各采用9個(gè)，呈交叉錯(cuò)位布置。主傳感器組距離罐底0.75m，護(hù)衛(wèi)傳感器距離罐底2.07m，閉鎖時(shí)間為3ms。

圖3 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)情況

4.1 護(hù)衛(wèi)傳感器的有效性驗(yàn)證

各通道閾值設(shè)定為50dB，在5 號(hào)主傳感器的正上方高于護(hù)衛(wèi)傳感器位置處用木槌敲擊罐壁，在開通護(hù)衛(wèi)傳感器功能的情況下，罐底定位結(jié)果如圖4所示，定位事件數(shù)為41個(gè)；當(dāng)關(guān)閉護(hù)衛(wèi)傳感器功能時(shí)，在相同的情況下，定位結(jié)果如圖5所示，定位事件數(shù)為178個(gè)。

4.2 帶護(hù)衛(wèi)傳感器的罐底聲發(fā)射檢測(cè)試驗(yàn)

各通道閾值設(shè)定為40dB，關(guān)閉儲(chǔ)罐的所有進(jìn)出油口及各電子采集設(shè)備，從試驗(yàn)當(dāng)天18：32開始采集，直到次日11：57停止，共采集了17.3h。在開通護(hù)衛(wèi)傳感器功能的情況下，罐底定位結(jié)果如圖6所示，定位事件數(shù)為2 414個(gè)；通過軟件設(shè)置，對(duì)同一組數(shù)據(jù)關(guān)閉護(hù)衛(wèi)傳感器功能時(shí)，定位結(jié)果如圖7所示，定位事件數(shù)為4 645個(gè)。試驗(yàn)證明，護(hù)衛(wèi)傳感器能有效地濾除來自罐頂液滴產(chǎn)生的干擾信號(hào)。

5 結(jié)論

對(duì)于拱頂儲(chǔ)油罐，在進(jìn)行罐底聲發(fā)射在線檢測(cè)時(shí)，罐頂液滴會(huì)造成很大的干擾信號(hào)。提出的利用護(hù)衛(wèi)傳感器濾除液滴干擾的方法，通過對(duì)中石油管道公司某輸油站1萬立方拱頂柴油罐進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果表明能有效地濾除罐頂液滴產(chǎn)生的干擾噪聲，為進(jìn)一步對(duì)聲發(fā)射信號(hào)分析帶來了極大的便利。

［1］ API 653—2001 Tank Inspection，Repair，Alteration and Reconstruction［S］.

［2］ API 575—2005 Guideline and Methods for Inspection of Existing Atmospheric and Low－Pressure Storage Tanks［S］.

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