環(huán)境噪音對(duì)聲發(fā)射檢測(cè)的干擾及排查

王玉林 張延兵

（江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院南通分院 南通 226011）

環(huán)境噪音對(duì)聲發(fā)射檢測(cè)的干擾及排查

王玉林 張延兵

（江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院南通分院 南通 226011）

聲發(fā)射作為一種被動(dòng)檢測(cè)技術(shù)，已成為儲(chǔ)罐在線安全評(píng)估的重要手段之一。針對(duì)儲(chǔ)罐聲發(fā)射檢測(cè)中最常見的環(huán)境噪音問題，本文對(duì)一起儲(chǔ)罐聲發(fā)射檢測(cè)異常環(huán)境噪音干擾案例進(jìn)行詳細(xì)的研究，分析其產(chǎn)生機(jī)理及可能導(dǎo)致信號(hào)異常的影響因素，逐個(gè)排查，最終成功消除影響聲發(fā)射檢測(cè)的干擾源，從而保證了儲(chǔ)罐在線檢測(cè)的順利進(jìn)行和檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確可靠。

聲發(fā)射 環(huán)境噪音 排查

隨著我國(guó)化工行業(yè)的快速發(fā)展，由于生產(chǎn)原料及產(chǎn)品儲(chǔ)存的需要，建設(shè)了大量的生產(chǎn)型化工儲(chǔ)罐，而這些儲(chǔ)罐往往存放著大量有毒、有害、易燃、易爆危險(xiǎn)化學(xué)品，相較于傳統(tǒng)的油品儲(chǔ)罐其危險(xiǎn)性更大。如近期福建古雷PX項(xiàng)目發(fā)生爆燃，事故起因即由于33號(hào)騰龍芳烴裝置和周邊的常壓渣油儲(chǔ)罐發(fā)生漏油導(dǎo)致著火，造成巨大損失。

儲(chǔ)罐底板聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)可以對(duì)達(dá)到或接近檢驗(yàn)周期的儲(chǔ)罐進(jìn)行不停工、不倒罐條件下的快速在線檢測(cè)，對(duì)罐底板的腐蝕狀況和是否存在泄漏及泄漏的位置做出評(píng)價(jià)，通過分級(jí)幫助管理者列出儲(chǔ)罐的維修優(yōu)先順序,對(duì)狀態(tài)好的儲(chǔ)罐可繼續(xù)連續(xù)使用，而不必開罐檢修。因此，聲發(fā)射技術(shù)在保證儲(chǔ)罐安全運(yùn)行的前提下，不僅能節(jié)省相當(dāng)可觀的檢修費(fèi)用，更能大大地縮短檢修時(shí)間，使檢修對(duì)生產(chǎn)的影響降到最小程度。鑒于此原因，儲(chǔ)罐的聲發(fā)射在線檢驗(yàn)技術(shù)在大型化工儲(chǔ)罐檢驗(yàn)方面應(yīng)用越來越廣泛。

1 罐底板的聲發(fā)射檢測(cè)

日前受某公司委托，對(duì)其編號(hào)為135-T-102（見表1）的煤制油生產(chǎn)裝置中的加氫穩(wěn)定原料油儲(chǔ)罐進(jìn)行底板在線聲發(fā)射檢測(cè)，聲發(fā)射儀器參數(shù)設(shè)定見表2。

表1 儲(chǔ)罐參數(shù)

表2 聲發(fā)射儀器參數(shù)設(shè)定

圖1為聲發(fā)射1#通道幅值時(shí)間歷程圖，聲發(fā)射信號(hào)幅值呈現(xiàn)出明顯的平直線狀連續(xù)型特征，且其余各個(gè)采集通道均呈類似狀況。一般情況下，儲(chǔ)罐底板在長(zhǎng)時(shí)間的使用過程中會(huì)產(chǎn)生腐蝕或泄漏，此時(shí)會(huì)伴隨有聲發(fā)射信號(hào)產(chǎn)生（腐蝕過程中的電化學(xué)反應(yīng)、腐蝕層開裂及脫落、腐蝕氣泡的產(chǎn)生等;泄漏過程中介質(zhì)與泄漏孔及介質(zhì)之間摩擦產(chǎn)生的湍流噪聲等）[1]。腐蝕是一個(gè)近似均勻連續(xù)的過程，期間會(huì)有不同幅值的撞擊信號(hào)產(chǎn)生，這主要是由于腐蝕過程是由不同的階段組成，在腐蝕的孕育階段一般聲發(fā)射信號(hào)較弱，在腐蝕的終結(jié)階段，即發(fā)生腐蝕產(chǎn)物的剝落、氣泡的產(chǎn)生等情況時(shí)，聲發(fā)射信號(hào)較強(qiáng)，總體上講腐蝕過程中的聲發(fā)射撞擊信號(hào)仍然呈現(xiàn)離散狀態(tài)（見圖2）。而泄漏信號(hào)的活度和強(qiáng)度與泄漏孔的大小及泄漏速度有關(guān)，泄漏過程會(huì)產(chǎn)生大量聲發(fā)射信號(hào)（見圖3），其信號(hào)特征仍然呈現(xiàn)離散密集的聲發(fā)射信號(hào)。綜上分析，當(dāng)儲(chǔ)罐底板存在腐蝕或泄漏時(shí)，由于其產(chǎn)生機(jī)理的多樣性會(huì)使聲發(fā)射信號(hào)存在突發(fā)性和混合性的特征，不會(huì)呈現(xiàn)直線狀、等幅值的連續(xù)型信號(hào)。因此推斷此次聲發(fā)射檢測(cè)信號(hào)采集過程中可能受到外界噪音干擾。

圖1 1#通道幅值時(shí)間歷程圖

圖2 典型腐蝕信號(hào)圖

圖3 典型泄漏信號(hào)圖

2 背景噪音源的排查

依據(jù)JB/T 10764—2007常壓儲(chǔ)罐聲發(fā)射檢測(cè)方法(5.6)，背景噪音源包括高充壓速率（可測(cè)量的流動(dòng)噪聲）、物體和儲(chǔ)罐的機(jī)械撞擊（碰撞、摩擦、磨損）、電磁干擾（EMI）(馬達(dá)、焊機(jī)、起重機(jī))和射線干擾（RFI）(廣播設(shè)施、對(duì)講機(jī))、管道或軟管連接處的泄漏、壁板的泄漏、空中懸浮物、昆蟲、降雨雪、冰雹、大風(fēng)、加熱器、噴淋器、攪拌機(jī)、液位探測(cè)儀及其它儲(chǔ)罐內(nèi)部的構(gòu)件、儲(chǔ)罐的化學(xué)反應(yīng)、汽包的運(yùn)動(dòng)等[2]。在根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況及儲(chǔ)罐自身結(jié)構(gòu)等其它條件的綜合考慮下，確定了可能存在的幾種背景噪音源：1）設(shè)備本體原因；2）輸入電源干擾；3）儀器儀表電磁干擾；4）機(jī)械噪聲干擾。

2.1 設(shè)備本體原因

聲發(fā)射檢測(cè)過程中由于聲發(fā)射設(shè)備的主機(jī)、信號(hào)線、前置放大器中的電磁環(huán)境，在工作狀態(tài)下，會(huì)產(chǎn)生一些自激電磁信號(hào)，由于設(shè)備元器件的性能質(zhì)量、整體可靠性、穩(wěn)定性均不盡相同，因此設(shè)備的自激影響不盡相同，此時(shí)會(huì)影響設(shè)備的整體降噪處理，從而導(dǎo)致檢測(cè)信號(hào)的異常輸出[3]。為排查可能性，將此次出現(xiàn)異常信號(hào)的傳感器連同導(dǎo)線重新轉(zhuǎn)移至相鄰儲(chǔ)罐進(jìn)行二次采集，平直型的聲發(fā)射信號(hào)消失，恢復(fù)至離散式的特征，由此分析設(shè)備功能正常，需要從其他方面排除原因。

2.2 輸入電源干擾

聲發(fā)射設(shè)備在應(yīng)用過程需要連接交流電源，一般來講，交流電源的三相接口有接地功能，這樣可以有效避免對(duì)地電磁干擾，但往往有些罐區(qū)供電電源的接地狀況不良，導(dǎo)致采集過程出現(xiàn)電磁干擾較為嚴(yán)重，可采用另接一段接地線屏蔽對(duì)地電磁干擾。從上述更換儲(chǔ)罐檢測(cè)后信號(hào)恢復(fù)正常的現(xiàn)象，基本可以排除此種可能。

2.3 儀器儀表電磁干擾

為及時(shí)掌握儲(chǔ)罐內(nèi)部介質(zhì)的存儲(chǔ)量及工作溫度等情況，一般儲(chǔ)罐會(huì)裝設(shè)有雷達(dá)液位計(jì)、液位報(bào)警裝置、溫度計(jì)等設(shè)備，而這些設(shè)備都需要有供電電源支撐以實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)罐實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸，如果聲發(fā)射檢測(cè)設(shè)備的抗電磁干擾能力欠缺，也會(huì)對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)生不良的影響。以雷達(dá)液位計(jì)干擾為例，由于雷達(dá)液位計(jì)會(huì)周期性地發(fā)射雷達(dá)信號(hào)測(cè)試介質(zhì)液面的高度，此時(shí)信號(hào)同樣會(huì)被聲發(fā)射傳感器接收到（圖4幅值歷程圖即為等幅值的周期性信號(hào)），此時(shí)如果雷達(dá)液位計(jì)的信號(hào)強(qiáng)度超過腐蝕信號(hào)，則會(huì)呈現(xiàn)直線狀的聲發(fā)射信號(hào)。為排查此種可能，關(guān)閉與儲(chǔ)罐所有相連的動(dòng)力及控制電源，此時(shí)儀器各通道采集到的信號(hào)仍為直線狀，可見基本可以排除此種影響因素的可能。

圖4 雷達(dá)液位計(jì)干擾下的幅值歷程圖

2.4 機(jī)械噪聲干擾

一般來說，與罐體直接連接的機(jī)械結(jié)構(gòu)都有可能在檢測(cè)過程中造成影響，如盤管、氮?dú)獗Ｗo(hù)裝置、管道閥門、泵、浮盤、機(jī)械液位計(jì)、保溫層、標(biāo)牌等。如管道閥門長(zhǎng)期使用條件下發(fā)生內(nèi)漏，將會(huì)對(duì)檢測(cè)信號(hào)造成干擾；泵的使用也會(huì)對(duì)聲發(fā)射檢測(cè)信號(hào)產(chǎn)生嚴(yán)重影響等。所以在儲(chǔ)罐底板的檢測(cè)中，儲(chǔ)罐內(nèi)的液體需要盡最大努力地保持“安靜”，通常在罐體泵及閥門有效關(guān)閉2h后，才可以消除罐內(nèi)介質(zhì)的擾動(dòng)影響。

●2.4.1 管道閥門

為排除儲(chǔ)罐連接閥門內(nèi)漏的影響，先使用閥門內(nèi)漏聲發(fā)射檢測(cè)儀對(duì)儲(chǔ)罐周邊所有連接管路上的閥門逐個(gè)進(jìn)行在線泄漏檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果顯示所有閥門均無內(nèi)漏現(xiàn)象，閥門工作正常，說明檢測(cè)過程中的噪聲來自于其他因素。

●2.4.2 氣動(dòng)閥

儲(chǔ)罐介質(zhì)進(jìn)出料管路控制閥門采用的是氣動(dòng)控制閥門（見圖5），在對(duì)儲(chǔ)罐進(jìn)行聲發(fā)射檢測(cè)過程中該氣動(dòng)閥的閥體出現(xiàn)了明顯壓縮空氣泄漏聲音，此時(shí)雖然管路處于關(guān)閉狀態(tài)，但閥體與壓縮空氣摩擦產(chǎn)生的振動(dòng)仍然通過閥體傳播到管路中，由于氣動(dòng)閥所處位置距離罐體較近（1m左右），信號(hào)衰減有限，仍有可能對(duì)檢測(cè)產(chǎn)生不良的影響。關(guān)閉控制氣動(dòng)閥的壓縮氣體，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，此時(shí)聲發(fā)射信號(hào)（見圖6）雖仍然呈現(xiàn)直線狀的特點(diǎn)，但其平均幅值已由86db降至70db左右，可見氣動(dòng)閥壓縮空氣泄漏產(chǎn)生的機(jī)械振動(dòng)為信號(hào)干擾的重要影響因素。

圖5 管道位置示意圖

圖6 1#通道幅值時(shí)間歷程圖

●2.4.3 蒸汽管道

根據(jù)上述排查結(jié)果，可以推斷該信號(hào)干擾為機(jī)械噪聲且干擾源很有可能就是位于儲(chǔ)罐的進(jìn)出管路聚集處（1#測(cè)點(diǎn)附近）。為進(jìn)一步復(fù)驗(yàn)，決定采用逐點(diǎn)探測(cè)的方法進(jìn)行排除。采用同一導(dǎo)線分別在1#測(cè)點(diǎn)、2#測(cè)點(diǎn)、3#測(cè)點(diǎn)處分布進(jìn)行數(shù)據(jù)采集（見圖7）。

圖7 通道幅值時(shí)間歷程圖

從圖7三次檢測(cè)結(jié)果中可以看出，隨著距離的增大信號(hào)幅值出現(xiàn)明顯的衰減特征，（1號(hào)測(cè)點(diǎn)：70dB左右，2號(hào)測(cè)點(diǎn)：65dB左右，3號(hào)測(cè)點(diǎn)：56dB左右）。采用同樣方式從1#測(cè)點(diǎn)處進(jìn)行反向數(shù)據(jù)采集，信號(hào)特征基本類似。由此可確定干擾源在1#測(cè)點(diǎn)附近，驗(yàn)證了數(shù)據(jù)采集前的推斷。

再次檢查儲(chǔ)罐的附屬管路，在1#測(cè)點(diǎn)處可能產(chǎn)生干擾的只剩蒸汽管道，用紅外測(cè)溫儀在管道保溫破損處測(cè)溫，溫度顯示78.6℃，且管道有明顯的振動(dòng)，說明該段管道正在運(yùn)行。關(guān)閉蒸汽進(jìn)氣管道主控閥門A（見圖5），此時(shí)干擾消失，聲發(fā)射信號(hào)呈現(xiàn)了明顯的離散特征（見圖8），由此消除了最后一個(gè)聲發(fā)射檢測(cè)的干擾源。原因分析：從圖5中可以看出，在前述檢測(cè)過程中，蒸汽管道進(jìn)氣管與儲(chǔ)罐內(nèi)置加熱盤管法蘭連接處已加設(shè)盲板，蒸汽由閥門B所處的回路返回出氣管路，罐內(nèi)加熱盤管處于關(guān)閉狀態(tài)，因此預(yù)測(cè)不會(huì)對(duì)聲發(fā)射數(shù)據(jù)采集產(chǎn)生干擾。事實(shí)上，雖然盲板后端加熱管道處于關(guān)閉狀態(tài)，但由于此處有管路的變向及閥門，蒸汽在此處產(chǎn)生了流向的突變，必然造成蒸汽與管路的彎頭、閥體等結(jié)構(gòu)件的沖擊、摩擦等，進(jìn)而產(chǎn)生強(qiáng)烈的聲發(fā)射信號(hào)，再加上蒸汽回路（閥門B、彎頭、三通處）距離儲(chǔ)罐只有0.3m左右，信號(hào)衰減極其有限，導(dǎo)致了大量的機(jī)械噪聲信號(hào)傳入儲(chǔ)罐本體，影響了正常的聲發(fā)射檢測(cè)。綜上分析，正是由于檢測(cè)過程中的錯(cuò)誤推斷，忽視了此干擾源的影響，使得檢測(cè)數(shù)據(jù)失真，檢測(cè)過程一波三折。

圖8 通道幅值時(shí)間歷程圖

3 結(jié)束語

聲發(fā)射檢測(cè)作為一種被動(dòng)檢測(cè)技術(shù)，對(duì)噪聲十分敏感，其對(duì)周圍環(huán)境的要求較為苛刻，設(shè)備采集到的信號(hào)除有效的聲發(fā)射信號(hào)外，還有可能來自其他各種復(fù)雜的聲源，包括臨近的工作中的泵而使管路振動(dòng)、閥門泄露、產(chǎn)品滴入罐中、設(shè)備泄露空氣或氮?dú)?、附件摩擦、臨近調(diào)節(jié)閥的操作、臨近罐的操作等。由于技術(shù)原因，目前對(duì)各種有效聲源進(jìn)行識(shí)別只能依賴于檢測(cè)人員的檢測(cè)技術(shù)水平和現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)，因此對(duì)檢測(cè)人員的技術(shù)能力要求較高。為保證檢測(cè)過程的順利進(jìn)行，就需要在檢測(cè)前做好各項(xiàng)準(zhǔn)備工作，始終保持儲(chǔ)罐處于“安靜”狀態(tài)，如：切斷與儲(chǔ)罐相連的所有動(dòng)力及控制電源，關(guān)閉儲(chǔ)罐所有的附屬管路及動(dòng)設(shè)備，選擇合適天氣、盡量屏蔽儲(chǔ)罐附近其他動(dòng)設(shè)備的機(jī)械振動(dòng)干擾等。對(duì)于檢測(cè)過程中發(fā)現(xiàn)的信號(hào)干擾，應(yīng)認(rèn)真分析并進(jìn)行干擾源的排查，不斷提高檢測(cè)技術(shù)水平及信號(hào)處理能力，從而保證儲(chǔ)罐在線檢測(cè)的順利進(jìn)行和檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確可靠。

[1] 徐健，吳欣強(qiáng)，韓恩厚，等.聲發(fā)射技術(shù)在金屬電化學(xué)腐蝕與應(yīng)力腐蝕研究中的應(yīng)用[J].腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù)，2009，21(5)：472-476.

[2] JB/T 10764—2007 無損檢測(cè) 常壓金屬儲(chǔ)罐聲發(fā)射檢測(cè)及評(píng)價(jià)方法[S].

[3] 黃瑾.儲(chǔ)罐的聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用研究[D].西安：西安石油大學(xué)，2012.

Ambient Noise Interference and Its Checking for Acoustic Emission Testing

Wang Yulin Zhang Yanbing
(Special Equipment Safety Supervision Inspection Institute of Jiangsu Province, Branch of Nantong Nantong 226011)

As a kind of passive testing technology, acoustic emission has been one of the important method of online security assessment on tanks. Ambient noise is the most common problem of the acoustic emission testing, this article researches the abnormal ambient noise happened during an acoustic emission testing in detail, analyzes the mechanism and influencing factors may result in abnormal signal, checks the interference one by one and successfully removes the factors interference of acoustic emission testing, and ensures the smooth progress of the tank on-line detection and the reliability of the result.

Acoustic emission Ambient noise Checking

X924.2

B

1673－257X(2015)10-0049-04

10.3969/j.issn.1673-257X.2015.10.012

王玉林（1986～)，男，本科，工程師，檢驗(yàn)員，主要從事特種設(shè)備檢驗(yàn)工作。

2015-05-18 ）