研 究 报 告2012 NO.30Science and Technology Innovation Herald科技创新导报声发射技术在在役原油储罐检测中的应用①戚文阳 高尚磊 张伯莹 周士刚 孙键 刘元福（中海石油技术检测有限公司 天津 300452）摘 要：随着原油储罐使用时间的增长，储罐的安全及检测评价成为了使用及管理者所关心的问题，本文通过在役原油储罐的腐蚀机理，简述了在役原油储罐的主要腐蚀结构，然后介绍了声发射检测技术的物理基础、工作原理及系统组成，确保声发射检测技术的顺利进行，最后详细说明了声发射检测前的加压程序和储罐罐壁、罐底声发射源的评定方法。关键词：材料检测与分析技术 声发射 原油储罐 腐蚀 评价中图分类号：文献标识码：文章编号：A TQ053.2 1674-098X(2012)10(c)-0017-02在20世纪60年代声发射技术作为一种无损检测手段首先在美国原子能和宇航业中得以应用，并于70年代开始，迅速发展，80年代国外开始采用声发射技术对大型常压地面储罐进行在线检测研究和应用[2][1]声发射检测加载过程中，一般包括增加载荷和保持载荷的过程，加载采用直接充液提高液位水平的方式、直接充气增加气压的方式或者两者相结合的方式。在用储罐的加载压力时间图如1所示，最初10min为进行背景噪声监测，然后进行加压及声发射检测，首先把加压到实验压力的85%，然后保压10min，然后在加压到实验压力的95%，加压的速率在2min之内不应超过AE检测压力的10%，所以从实验压力的85%加压到实验压力的95%，这段时间应大于2min。在实验压力95%的阶段保压10min，然后加压到实验压力的100%进行保压，保压时间为30min。一般保压时间可能会存在误差，误差应为0～2min。若声发射检测区域缺陷不确定，可进行二次加压，第二次加压从实验压力的85%开始，以后阶段同第一次加压程序。在役原油储罐的声发射检测包括罐壁及罐底板的检测，罐体的声发射检测室通过安装在罐体上的声发射传感器矩阵来探测罐体母材和焊缝的表面及内部缺陷开裂及扩展产生的声发射源，并确定声发射源的部位及对声发射源进行评价。而储罐底板的声发射在线检测，是通过安装在罐壁下部的声发射传感器矩阵来探测罐底板由于腐蚀和泄露产生的声发射信号，并对检测结果划分综合等级进行评价，一般情况下，储罐底板的AE在线检测液位宜位于最高操作液位的85%到105%之间。特殊情况下，检测液位应至少高于传感器安装位置的1m以上。检测前，应稳定保持该液位静置2h以上，然后进行至少2h的AE检测，传感器宜布置在距底板高0.1～0.5m范围内的壁板上其他干扰源。[4]。Bhattacharya等[3]研究并记录了恒载荷拉伸时声发射事件计数随时间和信号幅度的变化关系，为声发射技术的发展奠定了基础.在工业生产中，声发射检测技术已用于原油储罐等设备的检验和评定缺陷的危险性等级。提早发现泄漏、腐蚀减薄等问题，便于提前安排检修计划。达到了既方便生产、又保证安全、同时节省费用的目的。。1 在役原油储罐腐蚀机理在役原油储罐在长期的使用过程中，由于介质，压力，温度等相关条件的影响下，在罐壁及储罐底板内外侧都会发生化学腐蚀或应力腐蚀等缺陷。1.1 罐壁腐蚀一般罐壁的腐蚀会发生在储罐的液面位置，也就是储罐内部气相与液相交界处，在这个部位，不但潮湿，而且还有氧气，很容易发生电化学腐蚀，从而对储罐的罐壁进行腐蚀。1.2 罐底板腐蚀罐底板腐蚀不但会发生在罐底板的外表面，还会发生在罐底板的内表面，罐底板外部腐蚀由于储罐基础内潮湿，泥土黏贴在储罐底部，这部分缺少氧气，形成电化学腐蚀的阳极，腐蚀较严重，未形成电化学腐蚀的阴极，腐蚀轻微。黏贴泥土的部分含氧较充足，而罐底板内部腐蚀是由于储罐中酸性水中含有大量的富氧离子，油中固体杂质沉积于罐底处，杂质与罐底存在电位差，这样就形成了腐蚀电池，产生了电化学腐蚀。。检测时应当关闭进出口阀门及2 声发射技术原理声发射检测技术（AET-AcousticEmissionTechnique）,简称AE，这种技术是指检测材料局部因能量的快速释放而发出瞬间弹性波。在应力作用下，材料变形与裂纹扩展，是结构失效的重要机制。声发射检测系统由声发射传感器、信号电缆、前置放大器、声发射检测仪组成，声发射传感器应固定在储罐上。传感器与罐壁之间应使用耦合剂，通过耦合剂的过渡作用，使传感器与检测面之间的声阻抗差减小，从而减少能量在此界面的反射损失。保证传感器所接触的储罐罐体表面清洁无杂质，使声发射信号能够被传感器接收，前置放大器将信号提高到一定程度，再经过电缆传输给声发射检测仪，最后进行信号处理、分析、记录、存储等操作。:6&21njo211&41njo96&21njo211&41njo96&21njo:6&21njo3 声发射检测的加压方式在进行声发射检测的过程中，必须对检测体进行加载，储罐的图1 试压加载图①作者简介：戚文阳（1986—）男，天津，本科，检测工程师。研究方向：无损检测技术科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald17Copyright©博看网 www.bookan.com.cn. All Rights Reserved.科技创新导报4 检测结果评价2012 NO.30Science and Technology Innovation Herald研 究 报 告4.2.1储罐罐底声源级别的划分储罐罐底声源级别划分为五档：I级:罐底不存在腐蚀、泄漏迹象;II级:罐底存在不确定的腐蚀迹象;III级:罐底存在可能的腐蚀迹象;IV级:罐底存在较大的腐蚀迹象;V级:罐底存在严重的腐蚀迹象。4.2.2储罐罐底声源活动度的划分储罐罐底声源活动度划分为五档：I级:无声发射活动;II级:轻微声发射活动;III级:有一定的声发射活动;IV级:较多的声发射活动;V级:严重的声发射活动。4.2.3储罐罐底声源综合评价根据罐底声源的级别和事件活动度，确定罐底的完整性评价等级，A级为储罐底板情况很好；B级为储罐地板情况一般；C级为储罐底板情况较差，需要在一年内制定检修计划；D级为储罐底板情况很差，须在半年内制定检修计划，并监控使用；如表4所示[6]：在役原油储罐检测结果的评价分为储罐罐壁结果评价及储罐罐底板结果评价。4.1 储罐罐壁评价声发射检测结果进行评价，首先要对源的活度等级及源的强度等级进行划分，然后再确定源的综合等级。4.1.1 源的活度划分如果源区的事件数随着升压或者保压呈快速增长时，则认为该部位的源具有强活性。如果源区的事件数随着升压或者保压呈连续增长时，则认为该部位的源具有活性。如果源区的事件数随着升压或者保压呈间断出现时，以一次加压为例，源的划分如下表：表1 一次加压循环源的活度等级划分升压非活性弱活性活性强活性4.1.2 源的强度划分源的强度Q可用能量、幅度或计数参数来标示。源的强度计算取源区前5个最大的能量、幅度或计数参数的平均值。现在以16MnR钢采用幅度参数划分源的强度的推荐值。如下表所示：无声发射源有声发射源无声发射源有声发射源保压无声发射源无声发射源有声发射源有声发射源表4储罐罐底源的综合评价声发射活动度声源级别IIIIIIIVVAAB--------AABC----BBCCD----BCDDCDD----IIIIIIIVV5 结语表2 16MnR钢采用幅度参数划分源的强度源的强度级别弱强度中强度高强度4.1.3 源的综合等级划分源的综合等级划分按表3进行表3 源的综合等级划分强活性高强度中强度弱强度FED活性EDC弱活性DCB非活性BAA幅度Q＜60dB60dB≤Q≤80dBQ＞80dB由于声发射检测技术的物理基础及原理特点，使此检测技术可以在对储罐进行加载的同时进行声发射检测，检测过程中不受检测位置的限制，并可以快速、有效的检测到活动性缺陷，确定缺陷位置，并对声发射源进行评价，从而提高检测效率，确保在役原油储罐的安全使用。本文中在役原油储罐的声发射检测及评估方法已经在2011年成功的运用在中海油原油储罐的检测中，并取得了很好的效果。参考文献[1]李丽飞,沈功田.低碳钢氢致开裂声发射信号分析与模式识别[J].无损检测,2009,31（10）：773.[2]RichardNordstrom.DirectTankBottomLeakMonitoringwithAcousticEmission[J].MaterialsEvaluation,1990,2(48):251.[3]BhattacharyaAK,ParidaN.Monitoringhydrogenembrittlementcrackingusingacousticemissiontechnique[J].JournalofMaterialsScience,1992(27):1421-1427.[4]JB/T10764-2007.常压金属储罐声发射检测及评价方法[S].2007.[5]GBT18182.金属压力容器声发射检测及结果评价方法[S].2000.[6]关卫和，沈纯厚.大型立式储罐在线声发射检测与安全性评估[J].压力容器，2005，22（1）：43-44.A级声发射源不需要复验，B、C级声发射源由检验人员决定是否需要复验，其他级别的声发射源应采用常规无损检测方法进行复验[5]。4.2 储罐罐底声源级别的划分对立式储罐而言，液位恒定时的检测数据应作为重点分析对象，增加或减少液位时的检测数据作为参考。在各液位检测定位图上定位点代表着声发射源的位置，其密集的程度与罐底板的腐蚀情况有关。18科技创新导报 Science and Technology Innovation HeraldCopyright©博看网 www.bookan.com.cn. All Rights Reserved.
