使用聲發(fā)射的方法檢驗(yàn)貯罐底板

????? 1. 概述
　　1.1關(guān)鍵詞
　　平底貯罐、聲發(fā)射試驗(yàn)、泄露試驗(yàn)、腐蝕試驗(yàn)、頻率成分、信號(hào)分級(jí)、標(biāo)準(zhǔn)。
　　1.2工程結(jié)果及效益概述
　　全世界的石化工業(yè)，都把他們的原材料和產(chǎn)品存儲(chǔ)大型地上平底貯罐中，其容積高達(dá)10萬(wàn)立方米。這些貯罐通常由碳鋼構(gòu)建，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)必須進(jìn)行測(cè)試，尤其要檢驗(yàn)底板的內(nèi)外腐蝕破壞情況。按照法規(guī)要求，進(jìn)行正常的測(cè)試，然而不能與實(shí)際情況相聯(lián)系。測(cè)試程序分為：導(dǎo)空貯罐、清洗、有時(shí)進(jìn)行底板噴沙罐底宏觀檢查、有時(shí)進(jìn)行真空試驗(yàn)、其它的NDT方法和水壓載荷試驗(yàn). 其檢驗(yàn)成本由罐的體積和使用年限決定，大約為10萬(wàn)到15萬(wàn)歐元。
　　為了克服該試驗(yàn)的大量的不利因素，工業(yè)屆寧愿采用聲發(fā)射的方法替代常規(guī)的測(cè)試程序。使用聲發(fā)射檢測(cè)和判別活動(dòng)的泄露噪音和腐蝕區(qū)域的噪音，對(duì)于內(nèi)部的檢驗(yàn)是采用其它適合的NDT方法，對(duì)AE指定的位置進(jìn)行檢測(cè)。
　　該項(xiàng)工作的主要宗旨：
　　?合適有效的采集系統(tǒng)和功能強(qiáng)大的特殊軟件，用于在線檢驗(yàn)。
　　合作伙伴華倫公司（Vallen Systeme），聲發(fā)射設(shè)備生產(chǎn)廠商，產(chǎn)生高端的全數(shù)字的AE設(shè)備，主要應(yīng)用在大學(xué)、管道和壓力容器的結(jié)構(gòu)完整性的工業(yè)應(yīng)用，第一次將其商業(yè)AE系統(tǒng)應(yīng)用到罐底平板的現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)。
　　?建立一個(gè)特征數(shù)基，將試驗(yàn)室的結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用結(jié)合起來(lái)。
　　基于第一次經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)選擇的頻率模式識(shí)別系統(tǒng)，因?yàn)榕c試驗(yàn)室所采集的數(shù)據(jù)非常好的吻合（腐蝕、泄露數(shù)據(jù)）。而且使用頻率域的信號(hào)特征，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的特征數(shù)基進(jìn)行更好的修正。
　　?從有限的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定這些結(jié)果。
　　合作伙伴提供有限的貯罐，以適用的設(shè)備進(jìn)行試驗(yàn)，按照建立的判椐進(jìn)行評(píng)估，與以前采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。
　　項(xiàng)目的結(jié)果是：
　　?試驗(yàn)程序；
　　?系統(tǒng)化的數(shù)基；
　　?對(duì)于區(qū)分高可信與要求更多的試驗(yàn)而不能進(jìn)行的可靠的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則；
　　?全歐洲程序標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)
　　2. 協(xié)作組
　　組織介紹
　　該項(xiàng)目聯(lián)合了試驗(yàn)和開(kāi)發(fā)組織，特別是在聲發(fā)射領(lǐng)域生產(chǎn)先進(jìn)的高性能的AE設(shè)備，以及有影響的平底貯罐用戶。
　　澳大利亞TüV公司，工程的協(xié)調(diào)人，一個(gè)獨(dú)立的服務(wù)公司，涉及到所有領(lǐng)域的安全技術(shù)以及質(zhì)量管理和環(huán)境保護(hù)。在澳大利亞公認(rèn)的試驗(yàn)、試驗(yàn)室標(biāo)定認(rèn)證機(jī)構(gòu)。作為一個(gè)研究公司，澳大利亞TüV為工業(yè)目的，開(kāi)發(fā)和應(yīng)用了新的NDT技術(shù)。以該項(xiàng)目為主要目的技術(shù)物理研究所，有20多年的豐富經(jīng)驗(yàn)，每年進(jìn)行1400多次的不同容積的壓力設(shè)備的完整性測(cè)試，采用AE對(duì)地上貯罐進(jìn)行泄露檢測(cè)，在澳大利亞已經(jīng)成為第一公司。
　　CESI (former ENEL Ricerca, former CISE) 是一個(gè)主要在電站、電力傳輸網(wǎng)絡(luò)以及其它的領(lǐng)域從事研究、開(kāi)發(fā)和服務(wù)的集團(tuán)公司，給業(yè)主、ENEL、意大利國(guó)家電力事業(yè)提供支持。CESI在應(yīng)用AE領(lǐng)域和計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)方面具有很長(zhǎng)的經(jīng)歷。
　　華倫（Vallen Systeme） 是一個(gè)在歐洲開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)AE儀器的公司，其商業(yè)策略是花費(fèi)許多年尋找和彌補(bǔ)AE方法的新的應(yīng)用，為解決預(yù)期的應(yīng)用改善現(xiàn)存的產(chǎn)品。在該項(xiàng)目中起到很重要的作用，提供商業(yè)的和適合的特殊應(yīng)用的AE系統(tǒng)，也提供了頻率模式識(shí)別系統(tǒng)。
　　兩個(gè)輔助的工業(yè)合作伙伴Shell Global Solutions 和 DOW 公司是全球的石油化學(xué)工業(yè)領(lǐng)域巨人，因此這些公司使用著大量的地上貯罐和平底貯罐，用于不同種類的石油產(chǎn)品，他們有許多年的經(jīng)驗(yàn)要求進(jìn)行工業(yè)檢測(cè)。他們將提供在真實(shí)的結(jié)構(gòu)上進(jìn)行核對(duì)該方法的機(jī)會(huì)。
　　3. 該項(xiàng)目的科學(xué)和技術(shù)介紹
　　該項(xiàng)目的基本目的是開(kāi)發(fā)和改進(jìn)平底貯罐階段的聲發(fā)射檢測(cè)，在該階段用AE代替昂貴的和耗時(shí)的常規(guī)檢驗(yàn)。按照上次檢驗(yàn)規(guī)定的周期，進(jìn)行聲發(fā)射檢驗(yàn)，對(duì)罐的實(shí)際情況和上一次檢驗(yàn)結(jié)果沒(méi)有任何的影響。從下面改進(jìn)的試驗(yàn)中獲得利益，評(píng)價(jià)、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、跟蹤和結(jié)束試驗(yàn)。
　　試驗(yàn)室試驗(yàn)
　　該試驗(yàn)的基本任務(wù)是從不同的可能的源中（泄露和腐蝕過(guò)程）系統(tǒng)的采集瞬態(tài)過(guò)程數(shù)據(jù)。
　　?泄露試驗(yàn)
　　用一個(gè)可更換底的試驗(yàn)罐，在罐底上制造了各種人為泄露源，進(jìn)行泄露試驗(yàn)。在罐底板上鉆了幾個(gè)孔洞 ( = 1 - 3 mm)和溝槽 (寬0.3 mm、長(zhǎng) 9.8 mm)，并對(duì)該罐施加不同的壓力，最大為 200 kPa，使用不同的探頭采集聲發(fā)射數(shù)據(jù)（聽(tīng)音器、寬帶探頭、窄帶探頭），這些試驗(yàn)進(jìn)行了許多次，同時(shí)也進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)的試驗(yàn)，以便選擇泄露試驗(yàn)使用的最好的探頭。
　　對(duì)該項(xiàng)試驗(yàn)使用了不同的罐的基礎(chǔ)，以便指出對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。我們希望而且能夠證實(shí)了很重要的一點(diǎn)，不僅紊流在間隙中產(chǎn)生聲發(fā)射，而且附帶產(chǎn)生噪音，如流體從金屬傳遞到混凝土上、沙粒被沖擊反射到底板和其它的地方。檢測(cè)到的聲發(fā)射的能量范圍的上限，足夠反映這些現(xiàn)場(chǎng)的缺陷
　　腐蝕試驗(yàn)
　　制作一個(gè)試驗(yàn)池，將不同的板侵蝕到不同的腐蝕介質(zhì)中，從現(xiàn)場(chǎng)中選擇了兩塊真實(shí)的腐蝕板，一個(gè)是部分罐底板，另一個(gè)是去掉沙層結(jié)垢的板。 將它們侵蝕在放有不同濃度的鹽和或酸水中，后來(lái)將這些試塊除某些小區(qū)域外，全不加上涂層，以消除不同的表面狀況產(chǎn)生的信號(hào)的疊加（有或沒(méi)有結(jié)垢層的）。
　　采集從試驗(yàn)板產(chǎn)生的聲發(fā)射信號(hào)，在腐蝕處于平衡狀態(tài)下，需要很長(zhǎng)的時(shí)間，速度不會(huì)太快。在試驗(yàn)進(jìn)行到接近結(jié)束時(shí)，在試板的清潔的表面覆蓋了沙片進(jìn)行信號(hào)采集。
　　最終確定的探頭和前放為：華倫公司的VS-30探頭和與其一體化的增益為46dB AEP4H-ISTB的前放，25 kHz --44 kHz的帶通濾波器 。該探頭在實(shí)際結(jié)構(gòu)上顯示了最好的特性。
　　 數(shù)基結(jié)構(gòu)和評(píng)價(jià)
　　將試驗(yàn)室得到的最好的結(jié)果，必須加入結(jié)構(gòu)的數(shù)基中。
　　由于時(shí)間域的聲發(fā)射信號(hào)參數(shù)與源和探頭之間的距離有很大的關(guān)系，我們決定采用以頻域?yàn)榛A(chǔ)的模式識(shí)別技術(shù)。聲波在液體中的傳播幾乎是自由分散的，因此假設(shè)聲波所貯的液體中的傳播頻率組分的范圍不變?yōu)椋?0 kHz。聲波從聲源自己到液體介質(zhì)和從液體介質(zhì)到罐壁/探頭，在試驗(yàn)室里給定。因此沒(méi)有不要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)和試驗(yàn)室的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。
　　使用的模式識(shí)別技術(shù)"Visual Class"是華倫公司的合作伙伴開(kāi)發(fā)的，用于特殊的應(yīng)用。 經(jīng)過(guò)了許多的試驗(yàn)，我們使用了上面提到的探頭及前放，把探頭VS30 V與前放EP4H ISTB組合到一起。在象下面的步驟一樣，我們發(fā)現(xiàn)必須對(duì)分級(jí)程序分兩步進(jìn)行。
　　第一分級(jí)器"泄露或腐蝕" ，只要壓差等于或大于100kPa時(shí)，結(jié)果是非常清楚的。對(duì)于小壓差值，兩個(gè)不同的程序之間的差異變的微弱了，但是仍然可以進(jìn)行評(píng)估。
　　第二步分級(jí)器是：
　　?泄露
　　結(jié)構(gòu)區(qū)分經(jīng)向和環(huán)向的泄露（在焊縫上在點(diǎn)腐蝕和缺陷之間打開(kāi)一個(gè)特征）和
　　?腐蝕
　　腐蝕分級(jí)的最重要的信息是：是否監(jiān)視程序在有無(wú)存在結(jié)垢層的板上進(jìn)行。我們假設(shè)老的腐蝕已經(jīng)有結(jié)垢層了，而且已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了，那么是可以區(qū)別有與無(wú)結(jié)垢層的這兩類信號(hào)的。結(jié)垢層的存在表示壁厚的損失。在這一點(diǎn)上，我們要強(qiáng)調(diào)我們不能再按照源的機(jī)理調(diào)查了。可能AE信號(hào)產(chǎn)生主要是與活性腐蝕的初期作用有關(guān)。盡管如此，我們展示了用AE 檢測(cè)活性腐蝕的可能性。我們檢測(cè)起初的腐蝕或二次效應(yīng)是沒(méi)有區(qū)別的，或許信號(hào)來(lái)自結(jié)垢層或腐蝕區(qū)域自己，但是連接起初的腐蝕。
　　所有的數(shù)據(jù)（試驗(yàn)室的或現(xiàn)場(chǎng)的）都被插入到結(jié)構(gòu)數(shù)基中，并且被下列級(jí)分開(kāi)：
　　?泄露
　　　　?環(huán)向泄露
　　　　?經(jīng)向泄露
　　?腐蝕
　　　　?新腐蝕
　　　　?舊腐蝕
　　?噪音
　　選擇適合的AE設(shè)備和編制試驗(yàn)導(dǎo)則
　　下一步為將試驗(yàn)室的試驗(yàn)方法轉(zhuǎn)入現(xiàn)場(chǎng)，確認(rèn)該套試驗(yàn)結(jié)果與商用的華倫AMSY4型聲發(fā)射儀器適用以及所編制的試驗(yàn)導(dǎo)則。用適合的AE設(shè)備同時(shí)對(duì)試驗(yàn)室和第一次現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行試驗(yàn)，集中的最必要的行動(dòng)是改進(jìn)和/或增加軟件的參數(shù)。
　　在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，建立的第一個(gè)試驗(yàn)導(dǎo)則被改變了許多次，直到最終結(jié)果"試驗(yàn)說(shuō)明2000/08-平底貯罐的聲發(fā)射試驗(yàn)（AET）"。該說(shuō)明將作為歐洲執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)，該標(biāo)準(zhǔn)將在后面解釋。
　　確認(rèn)試驗(yàn)
　　該任務(wù)的主要目的是采集真實(shí)的結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并把這些數(shù)據(jù)插入到永久改進(jìn)的結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)中。
　　選擇的貯罐應(yīng)該遵循下列要求的情況：
　　?沒(méi)有特殊的缺陷和狀況良好
　　?不需要任何處理的有小缺陷
　　?有中等體積的缺陷，但在一定的時(shí)間段，對(duì)這些缺陷進(jìn)行重新檢測(cè)
　　?有大缺陷，必須盡快的處理
　　?發(fā)生泄露，需要立刻倒空貯罐。
　　這些試驗(yàn)開(kāi)始的時(shí)候，在現(xiàn)場(chǎng)僅僅采集數(shù)據(jù)，將這些原始的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來(lái)，以便以后分析。在進(jìn)行了一定的試驗(yàn)后，選擇和改進(jìn)合適的AE系統(tǒng)，建立評(píng)價(jià)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，進(jìn)行檢測(cè)和在將來(lái)的商業(yè)檢測(cè)中分析相似的數(shù)據(jù)。
　　從1998年春天到2000年夏天，分別在荷蘭、德國(guó)和奧地利進(jìn)行了26臺(tái)檢驗(yàn)， 貯罐的直徑從10米到59米。給出了一個(gè)有熱保溫層的貯罐的照片。
　　除了泄露的等級(jí)外，檢測(cè)結(jié)果囊括了所有范圍的情況，盡管一些貯罐的業(yè)主提供了他們的最壞的貯罐。最后9臺(tái)罐被業(yè)主報(bào)告和進(jìn)行了不同的分類?！　?br>　　診斷數(shù)基
　　除了普通的數(shù)據(jù)分析外（邏輯濾波和應(yīng)用定位計(jì)算），使用模式識(shí)別系統(tǒng)對(duì)所有的數(shù)據(jù)（試驗(yàn)室和現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)）進(jìn)行分析。試驗(yàn)室的數(shù)據(jù)用于培訓(xùn)分類器，現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)被用于更新數(shù)基和更新通過(guò)建立的分類器分析的過(guò)程。采用邏輯方式，對(duì)于分析和數(shù)據(jù)處理按流程進(jìn)行。
　　該流程給出了選擇對(duì)于罐底所有情況的第一個(gè)評(píng)估，然后對(duì)所有有意義的AE定位分類，在最后看在cluster中的每一個(gè)事件被賦值到一個(gè)源的機(jī)理。 由于采用分析的統(tǒng)計(jì)方法，最后一點(diǎn)是非常重要的，因?yàn)閷?duì)于所有的定位源的分類中，泄露類或許只有5%，但是如果大約80-90%泄露類源集中在一個(gè)cluster，那么貯罐的總狀況將是IV 級(jí)(泄露的)。除非該貯罐的AE活性是非常低的，在這種情況下，我們根據(jù)泄露信號(hào)太少的狀況，確定該貯罐罐底無(wú)活性泄露或腐蝕。
　　由于這個(gè)事實(shí)，我們不能使用時(shí)間域分析系統(tǒng)，也不能容易的把濾波判椐編入準(zhǔn)備的軟件中。要建立完整的評(píng)價(jià)程序，應(yīng)用每一個(gè)試驗(yàn)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)，并將這些結(jié)果固化在設(shè)備制造商的系統(tǒng)的硬件中。
　　AE試驗(yàn)方法的實(shí)施
　　從兩方面實(shí)施AE試驗(yàn)方法，一方面從業(yè)主方面進(jìn)行，另一方面是將該試驗(yàn)引入歐洲標(biāo)準(zhǔn)。
　　業(yè)主：
　　業(yè)主得到兩個(gè)說(shuō)明書(shū)：
　　?基本資料2000/08 “AE方法的性能和確認(rèn)”
　　?貯罐用戶的要求2000/08
　　關(guān)于平底貯罐的AET性能和技術(shù)的第一個(gè)介紹，使用分類系統(tǒng)和不同類別的代表，第二點(diǎn)有業(yè)主配合完成試驗(yàn)。計(jì)劃每年修訂一次該說(shuō)明書(shū)。
　　歐洲標(biāo)準(zhǔn)
　　對(duì)于平底貯罐的聲發(fā)射檢驗(yàn)，該項(xiàng)目發(fā)送一個(gè)新的工作題目到CEN/TC 138/WG 7 ，該標(biāo)準(zhǔn)的藍(lán)本為試驗(yàn)說(shuō)明"平底貯罐聲發(fā)射測(cè)試"2000/08。在羅馬10月份的CEN/TC138年會(huì)上，TC決定接受該工作題目，并對(duì)其不加干涉。
　　4. 結(jié)果與結(jié)論
　　提供項(xiàng)目的結(jié)果作為決定。
　　下面的交付內(nèi)容是有效的：
　　?作為業(yè)主和試驗(yàn)程序的準(zhǔn)則，通過(guò)相關(guān)的管理機(jī)構(gòu)建立可接受的試驗(yàn)方法的基礎(chǔ)；
　　?對(duì)于測(cè)試機(jī)構(gòu)的適合的軟件和評(píng)價(jià)判椐；
　　?管理機(jī)構(gòu)有效的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)以及他們的接受程序。
　　?為申請(qǐng)CEN標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)備資料。
　　由于有合法程序的事實(shí)，大量的受控環(huán)境下的試驗(yàn)必須擴(kuò)大，協(xié)會(huì)決定請(qǐng)EC支持該示范工程，把該方法介紹給工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，由管理機(jī)構(gòu)們接受。