大型在役油罐檢測(cè)技術(shù)方法研究

徐雙友 趙獻(xiàn)民(中石化管道儲(chǔ)運(yùn)公司襄陽輸油處湖北省襄陽市441002)

一、國(guó)內(nèi)外儲(chǔ)罐檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)

金屬儲(chǔ)罐由于長(zhǎng)年在自然環(huán)境和液位變化條件下運(yùn)行，不可避免地受到各種損傷。特別是環(huán)境中的化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕所引發(fā)的腐蝕穿孔、裂紋擴(kuò)展以及破裂等，使介質(zhì)泄漏，引起嚴(yán)重災(zāi)害和環(huán)境污染，造成人員和財(cái)產(chǎn)的巨大損失。因此，儲(chǔ)罐檢測(cè)、修復(fù)和安全評(píng)定一直受到國(guó)內(nèi)外有關(guān)企業(yè)和工程技術(shù)人員的重視。

二、研究檢測(cè)技術(shù)的目的、意義以及市場(chǎng)前景

常壓儲(chǔ)罐因腐蝕導(dǎo)致底板減薄和穿孔泄漏的事故時(shí)有發(fā)生。根據(jù)調(diào)查，由于腐蝕而引起的儲(chǔ)罐失效占全部?jī)?chǔ)罐失效的60%以上，因此采取有效的儲(chǔ)罐底板腐蝕檢測(cè)方法，對(duì)安全生產(chǎn)、節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境都具有重大意義。大型常壓儲(chǔ)罐通常根據(jù)固定的周期進(jìn)行停產(chǎn)開罐檢驗(yàn)，檢驗(yàn)多采用常規(guī)的無損檢測(cè)方法，但這些方法需要經(jīng)過清空原料、開罐、清洗、去除表面防腐層、檢驗(yàn)和重新防腐等一系列過程。檢驗(yàn)成本高、周期長(zhǎng)，有時(shí)效果還不太好。還有的情況是，當(dāng)花費(fèi)了大量人力、物力和財(cái)力，經(jīng)常規(guī)無損檢測(cè)方法檢測(cè)后卻認(rèn)為不需要任何維修。所以，希望有一種新的檢測(cè)技術(shù)，在不需要開罐的情況下對(duì)儲(chǔ)罐的安全狀況進(jìn)行評(píng)估。鑒于此，將聲發(fā)射在線檢測(cè)和評(píng)價(jià)技術(shù)引入到常壓儲(chǔ)罐的不停產(chǎn)、不清罐檢測(cè)成為應(yīng)用的熱點(diǎn)。根據(jù)聲發(fā)射檢測(cè)和質(zhì)量分級(jí)的結(jié)果，為常壓儲(chǔ)罐開罐檢驗(yàn)的周期和最佳時(shí)機(jī)的選擇提供科學(xué)依據(jù)。本項(xiàng)目針對(duì)大型儲(chǔ)罐群，基于完整性管理理念，依托聲發(fā)射在線檢測(cè)技術(shù)和漏磁檢測(cè)技術(shù)開展罐群評(píng)估，提高了設(shè)備管理水平，降低了生產(chǎn)運(yùn)行成本，保證了設(shè)備安全，市場(chǎng)應(yīng)用前景廣闊。

三、研究方案

課題研究的總體技術(shù)路線如圖2-1所示。

四、具體的研究方法包括：

1.綜合運(yùn)用金屬腐蝕理論、現(xiàn)代信號(hào)分析技術(shù)和聲信號(hào)傳播理論，對(duì)不同油品介質(zhì)腐蝕過程進(jìn)行聲發(fā)射監(jiān)測(cè)，研究腐蝕過程聲發(fā)射信號(hào)特性，提取儲(chǔ)罐底板腐蝕過程聲信號(hào)，建立腐蝕速率與聲發(fā)射特征參量間關(guān)系的量化評(píng)價(jià)模型；

2.運(yùn)用統(tǒng)計(jì)分析理論，根據(jù)已有的大型儲(chǔ)罐聲發(fā)射在線檢測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)影響儲(chǔ)罐底板腐蝕的各種因素進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，確定主要影響因素；

3.采用Bayes網(wǎng)絡(luò)智能決策理論，建立基于聲射在線檢測(cè)信息和儲(chǔ)罐底板主要影響因素的Bayes網(wǎng)絡(luò)智能評(píng)價(jià)模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)大型儲(chǔ)罐底板腐蝕損傷狀況的智能評(píng)價(jià)；

4.應(yīng)用聲發(fā)射在線檢測(cè)技術(shù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)大型儲(chǔ)罐進(jìn)行檢測(cè)，利用儲(chǔ)罐底板漏磁檢測(cè)儀進(jìn)行開罐檢驗(yàn)，獲取部分樣本儲(chǔ)罐底板腐蝕損傷狀況的直觀數(shù)據(jù)；

5.根據(jù)前期項(xiàng)目積累的儲(chǔ)罐聲發(fā)射在線檢測(cè)與漏磁開罐掃描檢測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立聲發(fā)射信號(hào)活動(dòng)度和風(fēng)險(xiǎn)腐蝕速率的關(guān)系曲線。同時(shí)構(gòu)建聲發(fā)射在線檢測(cè)數(shù)據(jù)和板厚漏磁掃描數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)，以用于罐底部腐蝕損傷狀態(tài)的評(píng)估。

6.根據(jù)項(xiàng)目進(jìn)行期間獲得的部分樣本儲(chǔ)罐聲發(fā)射在線檢測(cè)與漏磁開罐掃描檢測(cè)數(shù)據(jù)，修正腐蝕速率的聲發(fā)射評(píng)價(jià)曲線，驗(yàn)證儲(chǔ)罐底板腐蝕損傷狀況的Bayes網(wǎng)絡(luò)智能評(píng)價(jià)模型，實(shí)現(xiàn)基于聲發(fā)射在線檢測(cè)技術(shù)的大型儲(chǔ)罐底板腐蝕損傷評(píng)價(jià)和壽命預(yù)測(cè)。

7.C#程序設(shè)計(jì)語言，編制大型儲(chǔ)罐腐蝕損傷智能評(píng)價(jià)及預(yù)測(cè)分析系統(tǒng)，同時(shí)集成大型儲(chǔ)罐的日常管理、信息統(tǒng)計(jì)、報(bào)表輸出、安全管理、檢測(cè)報(bào)告管理等功能，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)罐的綜合信息管理。

8.厚板磁化結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究。大型儲(chǔ)罐邊緣板比較厚，一般12.5-23mm。為了使儲(chǔ)罐底板能夠被磁化到近80%磁感應(yīng)強(qiáng)度，減輕儀器重量和磁鐵與底板之間引力，需要優(yōu)化設(shè)計(jì)檢測(cè)儀的磁化結(jié)構(gòu)。

9.弱磁場(chǎng)聚磁技術(shù)研究。由于大型儲(chǔ)罐底板較厚，缺陷處的漏磁信號(hào)很弱，采用普通的磁傳感器很難獲得缺陷漏磁信號(hào)。通過設(shè)計(jì)傳感器聚磁裝置來提高其檢測(cè)靈敏度，聚磁片采用高導(dǎo)磁材料制作，將底板表面上的微弱磁場(chǎng)聚集，增加檢測(cè)的靈敏度。本課題將設(shè)計(jì)并選擇合理的聚磁結(jié)構(gòu)，研究添加聚磁結(jié)構(gòu)后漏磁場(chǎng)隨缺陷參數(shù)的變化。

10.缺陷漏磁場(chǎng)空間分布研究。儲(chǔ)罐底板漏磁檢測(cè)技術(shù)對(duì)缺陷的量化建立在對(duì)缺陷漏磁場(chǎng)的空間分布研究基礎(chǔ)上，只有對(duì)不同種類、不同大小缺陷的漏磁場(chǎng)空間分布進(jìn)行大量研究，才能提取出量化的漏磁信號(hào)特征。需要采用有限元分析大量缺陷漏磁場(chǎng)的三維空間分布。

11.相關(guān)參數(shù)對(duì)缺陷漏磁場(chǎng)的影響分析。將有限元分析仿真數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析結(jié)合，根據(jù)缺陷漏磁仿真信號(hào)大量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的信號(hào)分析處理，研究缺陷外形特征相關(guān)參數(shù)對(duì)腐蝕缺陷漏磁場(chǎng)分布的影響。通過研究分析提取漏磁信號(hào)相應(yīng)的特征量，并研究缺陷外形特征參數(shù)與漏磁信號(hào)特征量的關(guān)系。根據(jù)特征量來定性分析識(shí)別判斷缺陷的存在，為缺陷輪廓的三維重構(gòu)提供理論依據(jù)。

12.缺陷多通道漏磁信號(hào)反演與重構(gòu)方法研究。采用多尺度分析方法對(duì)缺陷漏磁信號(hào)進(jìn)行分析，選擇缺陷漏磁場(chǎng)的垂直分量作為研究對(duì)象，對(duì)缺陷信號(hào)分別進(jìn)行時(shí)域、頻域和頻譜分析，并選取用于信號(hào)量化分析的特征量。根據(jù)缺陷樣本，建立用于識(shí)別缺陷類型的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)每路傳感器的預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)融合得到缺陷類型的最終預(yù)測(cè)結(jié)果。將缺陷類型的預(yù)測(cè)結(jié)果與缺陷樣本相結(jié)合建立用于量化缺陷的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，完成從缺陷漏磁信號(hào)到缺陷幾何尺寸的映射。對(duì)缺陷重構(gòu)方法進(jìn)行深入研究，根據(jù)量化結(jié)果，建立相應(yīng)的“缺陷矩陣”完成缺陷的定位及三維輪廓的重構(gòu)，實(shí)現(xiàn)腐蝕缺陷的可視化。

13.厚板漏磁掃描檢測(cè)儀樣機(jī)研制，根據(jù)理論分析的結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際檢測(cè)的要求，研制適應(yīng)厚板檢測(cè)的大型儲(chǔ)罐底板漏磁掃描檢測(cè)儀樣機(jī)。主要包括：弱磁信號(hào)調(diào)理模塊；高精度定位模塊設(shè)計(jì)；儀器結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)；數(shù)據(jù)采集和處理分析軟件設(shè)計(jì)。