使用声发射的方法检验贮罐底板

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[导读]使用声发射的方法检验贮罐底板      1. 概述　　1.1关键词　　平底贮罐、声发射试验、泄露试验、腐蚀试验、频率成分、信号
使用声发射的方法检验贮罐底板

      1. 概述
　　1.1关键词
　　平底贮罐、声发射试验、泄露试验、腐蚀试验、频率成分、信号分级、标准。
　　1.2工程结果及效益概述
　　全世界的石化工业，都把他们的原材料和产品存储大型地上平底贮罐中，其容积高达10万立方米。这些贮罐通常由碳钢构建，在规定的时间内必须进行测试，尤其要检验底板的内外腐蚀破坏情况。按照法规要求，进行正常的测试，然而不能与实际情况相联系。测试程序分为：导空贮罐、清洗、有时进行底板喷沙罐底宏观检查、有时进行真空试验、其它的NDT方法和水压载荷试验. 其检验成本由罐的体积和使用年限决定，大约为10万到15万欧元。
　　为了克服该试验的大量的不利因素，工业届宁愿采用声发射的方法替代常规的测试程序。使用声发射检测和判别活动的泄露噪音和腐蚀区域的噪音，对于内部的检验是采用其它适合的NDT方法，对AE指定的位置进行检测。
　　该项工作的主要宗旨：
　　?合适有效的采集系统和功能强大的特殊软件，用于在线检验。
　　合作伙伴华伦公司（Vallen Systeme），声发射设备生产厂商，产生高端的全数字的AE设备，主要应用在大学、管道和压力容器的结构完整性的工业应用，第一次将其商业AE系统应用到罐底平板的现场检验。
　　?建立一个特征数基，将试验室的结果和现场应用结合起来。
　　基于第一次经验，根据选择的频率模式识别系统，因为与试验室所采集的数据非常好的吻合（腐蚀、泄露数据）。而且使用频率域的信号特征，根据现场的特征数基进行更好的修正。
　　?从有限的现场试验确定这些结果。
　　合作伙伴提供有限的贮罐，以适用的设备进行试验，按照建立的判椐进行评估，与以前采集的数据进行比较。
　　项目的结果是：
　　?试验程序；
　　?系统化的数基；
　　?对于区分高可信与要求更多的试验而不能进行的可靠的评价准则；
　　?全欧洲程序标准基础
　　2. 协作组
　　组织介绍
　　该项目联合了试验和开发组织，特别是在声发射领域生产先进的高性能的AE设备，以及有影响的平底贮罐用户。
　　澳大利亚TüV公司，工程的协调人，一个独立的服务公司，涉及到所有领域的安全技术以及质量管理和环境保护。在澳大利亚公认的试验、试验室标定认证机构。作为一个研究公司，澳大利亚TüV为工业目的，开发和应用了新的NDT技术。以该项目为主要目的技术物理研究所，有20多年的丰富经验，每年进行1400多次的不同容积的压力设备的完整性测试，采用AE对地上贮罐进行泄露检测，在澳大利亚已经成为第一公司。
　　CESI (former ENEL Ricerca, former CISE) 是一个主要在电站、电力传输网络以及其它的领域从事研究、开发和服务的集团公司，给业主、ENEL、意大利国家电力事业提供支持。CESI在应用AE领域和计算机处理数据评价方面具有很长的经历。
　　华伦（Vallen Systeme） 是一个在欧洲开发和生产AE仪器的公司，其商业策略是花费许多年寻找和弥补AE方法的新的应用，为解决预期的应用改善现存的产品。在该项目中起到很重要的作用，提供商业的和适合的特殊应用的AE系统，也提供了频率模式识别系统。
　　两个辅助的工业合作伙伴Shell Global Solutions 和 DOW 公司是全球的石油化学工业领域巨人，因此这些公司使用着大量的地上贮罐和平底贮罐，用于不同种类的石油产品，他们有许多年的经验要求进行工业检测。他们将提供在真实的结构上进行核对该方法的机会。
　　3. 该项目的科学和技术介绍
　　该项目的基本目的是开发和改进平底贮罐阶段的声发射检测，在该阶段用AE代替昂贵的和耗时的常规检验。按照上次检验规定的周期，进行声发射检验，对罐的实际情况和上一次检验结果没有任何的影响。从下面改进的试验中获得利益，评价、现场试验、跟踪和结束试验。
　　试验室试验
　　该试验的基本任务是从不同的可能的源中（泄露和腐蚀过程）系统的采集瞬态过程数据。
　　?泄露试验
　　用一个可更换底的试验罐，在罐底上制造了各种人为泄露源，进行泄露试验。在罐底板上钻了几个孔洞 ( = 1 - 3 mm)和沟槽 (宽0.3 mm、长 9.8 mm)，并对该罐施加不同的压力，最大为 200 kPa，使用不同的探头采集声发射数据（听音器、宽带探头、窄带探头），这些试验进行了许多次，同时也进行了现场的试验，以便选择泄露试验使用的最好的探头。
　　对该项试验使用了不同的罐的基础，以便指出对试验结果的影响。我们希望而且能够证实了很重要的一点，不仅紊流在间隙中产生声发射，而且附带产生噪音，如流体从金属传递到混凝土上、沙粒被冲击反射到底板和其它的地方。检测到的声发射的能量范围的上限，足够反映这些现场的缺陷
　　腐蚀试验
　　制作一个试验池，将不同的板侵蚀到不同的腐蚀介质中，从现场中选择了两块真实的腐蚀板，一个是部分罐底板，另一个是去掉沙层结垢的板。 将它们侵蚀在放有不同浓度的盐和或酸水中，后来将这些试块除某些小区域外，全不加上涂层，以消除不同的表面状况产生的信号的叠加（有或没有结垢层的）。
　　采集从试验板产生的声发射信号，在腐蚀处于平衡状态下，需要很长的时间，速度不会太快。在试验进行到接近结束时，在试板的清洁的表面覆盖了沙片进行信号采集。
　　最终确定的探头和前放为：华伦公司的VS-30探头和与其一体化的增益为46dB AEP4H-ISTB的前放，25 kHz --44 kHz的带通滤波器 。该探头在实际结构上显示了最好的特性。
　　 数基结构和评价
　　将试验室得到的最好的结果，必须加入结构的数基中。
　　由于时间域的声发射信号参数与源和探头之间的距离有很大的关系，我们决定采用以频域为基础的模式识别技术。声波在液体中的传播几乎是自由分散的，因此假设声波所贮的液体中的传播频率组分的范围不变为：30 kHz。声波从声源自己到液体介质和从液体介质到罐壁/探头，在试验室里给定。因此没有不要对现场和试验室的数据进行比较。
　　使用的模式识别技术"Visual Class"是华伦公司的合作伙伴开发的，用于特殊的应用。 经过了许多的试验，我们使用了上面提到的探头及前放，把探头VS30 V与前放EP4H ISTB组合到一起。在象下面的步骤一样，我们发现必须对分级程序分两步进行。
　　第一分级器"泄露或腐蚀" ，只要压差等于或大于100kPa时，结果是非常清楚的。对于小压差值，两个不同的程序之间的差异变的微弱了，但是仍然可以进行评估。
　　第二步分级器是：
　　?泄露
　　结构区分经向和环向的泄露（在焊缝上在点腐蚀和缺陷之间打开一个特征）和
　　?腐蚀
　　腐蚀分级的最重要的信息是：是否监视程序在有无存在结垢层的板上进行。我们假设老的腐蚀已经有结垢层了，而且已经发现了，那么是可以区别有与无结垢层的这两类信号的。结垢层的存在表示壁厚的损失。在这一点上，我们要强调我们不能再按照源的机理调查了。可能AE信号产生主要是与活性腐蚀的初期作用有关。尽管如此，我们展示了用AE 检测活性腐蚀的可能性。我们检测起初的腐蚀或二次效应是没有区别的，或许信号来自结垢层或腐蚀区域自己，但是连接起初的腐蚀。
　　所有的数据（试验室的或现场的）都被插入到结构数基中，并且被下列级分开：
　　?泄露
　　　　?环向泄露
　　　　?经向泄露
　　?腐蚀
　　　　?新腐蚀
　　　　?旧腐蚀
　　?噪音
　　选择适合的AE设备和编制试验导则
　　下一步为将试验室的试验方法转入现场，确认该套试验结果与商用的华伦AMSY4型声发射仪器适用以及所编制的试验导则。用适合的AE设备同时对试验室和第一次现场进行试验，集中的最必要的行动是改进和/或增加软件的参数。
　　在现场试验开始时，建立的第一个试验导则被改变了许多次，直到最终结果"试验说明2000/08-平底贮罐的声发射试验（AET）"。该说明将作为欧洲执行标准的基础，该标准将在后面解释。
　　确认试验
　　该任务的主要目的是采集真实的结构的试验数据，并把这些数据插入到永久改进的结构的数据基础中。
　　选择的贮罐应该遵循下列要求的情况：
　　?没有特殊的缺陷和状况良好
　　?不需要任何处理的有小缺陷
　　?有中等体积的缺陷，但在一定的时间段，对这些缺陷进行重新检测
　　?有大缺陷，必须尽快的处理
　　?发生泄露，需要立刻倒空贮罐。
　　这些试验开始的时候，在现场仅仅采集数据，将这些原始的数据存储起来，以便以后分析。在进行了一定的试验后，选择和改进合适的AE系统，建立评价的数据基础，进行检测和在将来的商业检测中分析相似的数据。
　　从1998年春天到2000年夏天，分别在荷兰、德国和奥地利进行了26台检验， 贮罐的直径从10米到59米。给出了一个有热保温层的贮罐的照片。
　　除了泄露的等级外，检测结果囊括了所有范围的情况，尽管一些贮罐的业主提供了他们的最坏的贮罐。最后9台罐被业主报告和进行了不同的分类。　　
　　诊断数基
　　除了普通的数据分析外（逻辑滤波和应用定位计算），使用模式识别系统对所有的数据（试验室和现场的数据）进行分析。试验室的数据用于培训分类器，现场的数据被用于更新数基和更新通过建立的分类器分析的过程。采用逻辑方式，对于分析和数据处理按流程进行。
　　该流程给出了选择对于罐底所有情况的第一个评估，然后对所有有意义的AE定位分类，在最后看在cluster中的每一个事件被赋值到一个源的机理。 由于采用分析的统计方法，最后一点是非常重要的，因为对于所有的定位源的分类中，泄露类或许只有5%，但是如果大约80-90%泄露类源集中在一个cluster，那么贮罐的总状况将是IV 级(泄露的)。除非该贮罐的AE活性是非常低的，在这种情况下，我们根据泄露信号太少的状况，确定该贮罐罐底无活性泄露或腐蚀。
　　由于这个事实，我们不能使用时间域分析系统，也不能容易的把滤波判椐编入准备的软件中。要建立完整的评价程序，应用每一个试验结构的数据，并将这些结果固化在设备制造商的系统的硬件中。
　　AE试验方法的实施
　　从两方面实施AE试验方法，一方面从业主方面进行，另一方面是将该试验引入欧洲标准。
　　业主：
　　业主得到两个说明书：
　　?基本资料2000/08 “AE方法的性能和确认”
　　?贮罐用户的要求2000/08
　　关于平底贮罐的AET性能和技术的第一个介绍，使用分类系统和不同类别的代表，第二点有业主配合完成试验。计划每年修订一次该说明书。
　　欧洲标准
　　对于平底贮罐的声发射检验，该项目发送一个新的工作题目到CEN/TC 138/WG 7 ，该标准的蓝本为试验说明"平底贮罐声发射测试"2000/08。在罗马10月份的CEN/TC138年会上，TC决定接受该工作题目，并对其不加干涉。
　　4. 结果与结论
　　提供项目的结果作为决定。
　　下面的交付内容是有效的：
　　?作为业主和试验程序的准则，通过相关的管理机构建立可接受的试验方法的基础；
　　?对于测试机构的适合的软件和评价判椐；
　　?管理机构有效的数据基础以及他们的接受程序。
　　?为申请CEN标准准备资料。
　　由于有合法程序的事实，大量的受控环境下的试验必须扩大，协会决定请EC支持该示范工程，把该方法介绍给工业标准，由管理机构们接受。