文/盧軍科 徐繼剛

立式常壓儲(chǔ)罐是原油及化學(xué)危險(xiǎn)品貯存、分離、外輸、中轉(zhuǎn)的一個(gè)重要設(shè)備，它是使用最為普通、在役時(shí)間較長的設(shè)備之一。在使用過程中，常年在自然環(huán)境下工作，經(jīng)受內(nèi)含物的侵蝕，不可避免地會(huì)受到腐蝕。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，在用儲(chǔ)罐的罐底板腐蝕最為嚴(yán)重，是引起儲(chǔ)罐失效的主要原因。對(duì)儲(chǔ)罐罐底進(jìn)行相關(guān)的檢驗(yàn)可以了解儲(chǔ)罐的使用狀況，預(yù)防儲(chǔ)罐失效。目前儲(chǔ)罐罐底板無損檢測(cè)的技術(shù)主要有：超聲測(cè)厚技術(shù)、超聲導(dǎo)波技術(shù)、渦流檢測(cè)技術(shù)、漏磁檢測(cè)技術(shù)、聲發(fā)射技術(shù)等。

一、 超聲測(cè)厚檢測(cè)技術(shù)

超聲測(cè)厚檢測(cè)原理是探頭發(fā)射的超聲波脈沖到被測(cè)物體并在物體中傳播，到達(dá)材料分界面時(shí)被反射回探頭，通過精確測(cè)量超聲波在材料中的傳播時(shí)間來確定被測(cè)材料的厚度。超聲波檢測(cè)具有較高的靈敏度，對(duì)面性缺陷比較敏感，也能檢測(cè)到很深的內(nèi)部缺陷。楊理踐[1]進(jìn)行了多通道超聲波檢測(cè)、自動(dòng)行走小車、自動(dòng)行走小車定位、防爆能量傳輸、防爆信息傳輸、超聲檢測(cè)數(shù)據(jù)處理等方面的研究。該方法能有效地識(shí)別罐底鋼板的缺陷，并能根據(jù)缺陷回波信號(hào)判斷出缺陷的大小以及位置等信息?？等~偉[2]采用機(jī)器人超聲測(cè)厚掃描，實(shí)現(xiàn)不開罐的在線檢測(cè)，采用極值理論分析檢測(cè)數(shù)據(jù)提高了底板腐蝕評(píng)價(jià)的可靠性。焦敬品[3]研究了一種基于水浸入式超聲檢測(cè)的儲(chǔ)罐底板腐蝕評(píng)價(jià)方法，開發(fā)了水浸式超聲檢測(cè)試驗(yàn)系統(tǒng)。

二、 超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)

超聲導(dǎo)波檢測(cè)原理是當(dāng)超聲波被局限在板狀、管狀或棒狀材料的邊界內(nèi)時(shí)，聲波在介質(zhì)中的不連續(xù)交界面間產(chǎn)生多次往復(fù)反射，并進(jìn)一步產(chǎn)生復(fù)雜干涉和幾何彌散形成的一種波形，這樣就形成了新的超聲波類型——導(dǎo)波。在固體板中傳播的導(dǎo)波類型主要有Lamb波和SH板波（水平剪切波），結(jié)合壓電或電磁傳感器可以檢測(cè)回波信號(hào)，從而檢測(cè)材料的缺陷。吳紅翠[4]選擇恰當(dāng)?shù)募?lì)信號(hào)，對(duì)儲(chǔ)油罐底板無缺陷、通孔缺陷、裂縫缺陷、腐蝕坑缺陷進(jìn)行有限元仿真模擬，通過分析超聲導(dǎo)波回波信號(hào)的信噪比，可以準(zhǔn)確定位缺陷位置和幾何特征，為SH超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用提供了有力的理論支持。肖賢軍[5]使用多功能超聲檢測(cè)儀的導(dǎo)波對(duì)8mm厚度板中人工標(biāo)準(zhǔn)缺陷進(jìn)行了線性和旋轉(zhuǎn)角度掃查方式檢測(cè)，給出了缺陷圖像，反映了在一定頻厚積條件下激勵(lì)導(dǎo)波的傳播特性和對(duì)不同缺陷的檢測(cè)能力。李楊[6]建立了雙層彈性介質(zhì)SH波模型，對(duì)其進(jìn)行了頻散方程的推導(dǎo)。提出一種通過測(cè)定SH模態(tài)群速度來實(shí)現(xiàn)鋼板表面附著層厚度測(cè)量的方法。黃志強(qiáng)[7]基于Lamb波檢測(cè)技術(shù)，設(shè)計(jì)了一套能緊貼儲(chǔ)油罐壁自動(dòng)行走的儲(chǔ)罐底板自動(dòng)化檢測(cè)裝置，實(shí)現(xiàn)了對(duì)儲(chǔ)油罐底板缺陷檢測(cè)。

三、遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)技術(shù)

遠(yuǎn)場(chǎng)渦流測(cè)技術(shù)是一種能穿透金屬管壁的低頻渦流檢測(cè)技術(shù)。遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)的理論基礎(chǔ)為渦流檢測(cè)，遵循電磁場(chǎng)擴(kuò)散方程。探頭通常為內(nèi)通過式，由激勵(lì)線圈和接收線圈構(gòu)成。當(dāng)激勵(lì)線圈通入低頻交流電時(shí)，檢測(cè)線圈能拾取發(fā)自激勵(lì)線圈的傳過管壁后又返回管內(nèi)的渦流信號(hào)，從而有效檢測(cè)金屬板的內(nèi)外壁缺陷和厚薄情況。遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)克服的渦流檢測(cè)的集膚效應(yīng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)油罐鋼板的缺陷檢測(cè)。譚小川[8]基于遠(yuǎn)場(chǎng)渦流技術(shù)，相控陣技術(shù)與磁飽和技術(shù)建立了遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)系統(tǒng)。種玉寶[9]應(yīng)用加拿大RussellNDE公司開發(fā)的Ferroscope308遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)系統(tǒng)，設(shè)置恰當(dāng)檢測(cè)條件，實(shí)現(xiàn)了對(duì)儲(chǔ)罐底板腐蝕檢測(cè)的快速檢測(cè)。

四、漏磁檢測(cè)技術(shù)

漏磁檢測(cè)方法是一項(xiàng)自動(dòng)化程度較高的磁學(xué)檢測(cè)技術(shù)，其原理為鐵磁材料被磁化后，其表面和近表面缺陷在材料表面形成漏磁場(chǎng)，通過檢測(cè)漏磁場(chǎng)來發(fā)現(xiàn)缺陷。漏磁檢測(cè)方法速度很快，檢測(cè)靈敏度高，不受儲(chǔ)罐底板表面粗糙度的影響，可以對(duì)檢測(cè)結(jié)果定量化，并且能夠檢測(cè)內(nèi)部缺陷，因此適合儲(chǔ)罐底板的檢測(cè)。孫貴舟[10]成功研制出一臺(tái)基于PC104的便攜式儲(chǔ)罐底板腐蝕漏磁檢測(cè)儀，解決了儀器使用過程中遇到的直線行走、轉(zhuǎn)向和安裝困難等關(guān)鍵問題，并在中國石化鎮(zhèn)海煉化進(jìn)行了應(yīng)用，取得了很好的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)效果。張重陽[11]利用了小波分析其獨(dú)特的時(shí)域和頻域特性，分析了基于小波變換的漏磁信號(hào)奇異點(diǎn)的定位方法和奇異性程度的計(jì)算方法，對(duì)漏磁信號(hào)進(jìn)行處理。劉志平[12]利用有限元軟件ANSYS研究了傳感器勵(lì)磁裝置的參數(shù)對(duì)鋼板局部磁化的影響，設(shè)計(jì)了漏磁信號(hào)的后續(xù)處理及數(shù)據(jù)采集電路，研制了相應(yīng)的漏磁檢測(cè)傳感器。郭羅軍[13]采用新研制的儲(chǔ)罐底板漏磁檢測(cè)儀，對(duì)7mm標(biāo)準(zhǔn)板上的不同大小的錐形、梯形、通孔三種缺陷進(jìn)行對(duì)比檢測(cè)。定性分析了探頭對(duì)不同缺陷敏感度的差異，確定了不同缺陷的有效檢測(cè)范圍。文海燕[14]采用24路霍爾傳感器陣列構(gòu)成的儲(chǔ)罐底板漏磁探頭進(jìn)行信號(hào)采集，運(yùn)用中值濾波和最小二乘法相結(jié)合的混合算法對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，通過軟件和算法實(shí)現(xiàn)了儲(chǔ)罐底板缺陷整體分布圖的直觀顯示，自動(dòng)生成可視化缺陷檢測(cè)報(bào)告。趙福臣[15]采用有限元方法對(duì)直流線圈勵(lì)磁漏磁檢測(cè)方法進(jìn)行研究，結(jié)果表明，直流漏磁檢測(cè)方法是一種有效的局部檢測(cè)方法，直流漏磁檢測(cè)模型可變的磁化能力，可以滿足不同厚度平板檢測(cè)的需要，大大提高了檢測(cè)范圍。

五、聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)

聲發(fā)射檢測(cè)方法是一種動(dòng)態(tài)的檢測(cè)方法，底板上缺陷的形成造成能量釋放會(huì)產(chǎn)生聲音信號(hào)，附著于構(gòu)件上的換能器會(huì)接收該聲音信號(hào)，通過對(duì)比數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)來對(duì)該聲音信號(hào)進(jìn)行處理和分析，即可對(duì)缺陷的存在進(jìn)行判斷。邱楓[16]提出在儲(chǔ)罐內(nèi)部介質(zhì)中放入傳感器，與布置在罐外壁上罐底附近的傳感器共同對(duì)儲(chǔ)罐底板腐蝕缺陷聲發(fā)射源進(jìn)行識(shí)別的方法；分別進(jìn)行了模擬儲(chǔ)罐底板聲源識(shí)別定位，模擬儲(chǔ)罐聲發(fā)射衰減特性與儲(chǔ)罐底板腐蝕聲發(fā)射源識(shí)別試驗(yàn)。結(jié)果表明，該方法可提高聲發(fā)射對(duì)儲(chǔ)罐底板聲源識(shí)別定位的可靠性。邢菲菲[17]設(shè)計(jì)了一套儲(chǔ)罐罐底腐蝕實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，采用腐蝕電化學(xué)方法激發(fā)可控制的點(diǎn)蝕信號(hào)。在相同的平臺(tái)上人為制造裂紋擴(kuò)展以及罐內(nèi)油品擾動(dòng)的聲發(fā)射信號(hào)作為后續(xù)實(shí)驗(yàn)的對(duì)比信號(hào)。通過小波包和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)信號(hào)進(jìn)行特征提取和模式識(shí)別，通過大量現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的驗(yàn)證，確定了更合理的對(duì)儲(chǔ)罐罐底聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)開展進(jìn)一步研究的思路。沈書乾[18]通過現(xiàn)場(chǎng)儲(chǔ)罐聲發(fā)射檢測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)例的聚類分析，結(jié)果表明K均值聚類能有效地區(qū)別不同聲源和傳播途徑的聲發(fā)射信號(hào)，具有很好地去噪效果。張明宇[19]采用自回歸模型為特征提取方法，結(jié)合聲發(fā)射實(shí)驗(yàn)平臺(tái)采到的鋼板裂紋的開裂、腐蝕形成的鋼板薄弱區(qū)的受載變形、腐蝕生成的氧化物的剝離產(chǎn)生的聲發(fā)射信號(hào)，采用信號(hào)分段、每段分別提取AR特征值的方法，克服了傳統(tǒng)AR模型參數(shù)提取方法應(yīng)用在長時(shí)序列方面的缺陷。將自回歸模型與隱馬爾科夫模型相結(jié)合，可以有效的識(shí)別出腐蝕聲發(fā)射信號(hào)、裂紋聲發(fā)射信號(hào)、氧化物剝離聲發(fā)射信號(hào)。林明春[20]采用護(hù)衛(wèi)傳感器對(duì)拱頂儲(chǔ)罐底板的腐蝕聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行采集。該方法能有效濾除拱頂儲(chǔ)罐罐頂?shù)我寒a(chǎn)生的干擾噪聲，為后續(xù)的數(shù)據(jù)分析與處理提供了可靠的原始數(shù)據(jù)。付銅玲[21]基于PC104架構(gòu)，研制了一種儲(chǔ)罐罐底腐蝕聲發(fā)射信號(hào)采集系統(tǒng)。系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確地采集和存儲(chǔ)聲發(fā)射信號(hào)，誤差最大為1%。杜剛[22]提出了基于平均頻譜的儲(chǔ)油罐罐底腐蝕聲發(fā)射特征分析方法，可以有效識(shí)別不同腐蝕類型。王偉魁[23]提出了一種基于相關(guān)分析的聲發(fā)射罐底檢測(cè)降噪方法以消除“虛定位”事件。該方法能夠有效消除”虛定位”事件，使得罐底評(píng)估的結(jié)果與開罐實(shí)測(cè)的結(jié)果更加相符。

近年來，國內(nèi)在儲(chǔ)罐罐底腐蝕檢測(cè)技術(shù)研究方面取得了很大的進(jìn)展，主要呈現(xiàn)出下下特點(diǎn)：1.機(jī)器人技術(shù)的運(yùn)用克服了傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)不能在線檢測(cè)的缺點(diǎn)。2.采用遠(yuǎn)場(chǎng)渦流結(jié)合相控陣和磁飽和技術(shù)克服傳統(tǒng)渦流檢測(cè)的了趨膚效應(yīng)、磁場(chǎng)強(qiáng)度不夠、探針掃面范圍小的局限性。3.通過護(hù)衛(wèi)傳感器、新的信號(hào)處理方法，聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)越來越得到廣泛的應(yīng)用。4.檢測(cè)結(jié)果的可視化程度越來越高。

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