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使用声发射的方法检验储罐底板

编辑:山东中明储罐有限公司   时间:2014/05/16   字号:
摘要:使用声发射的方法检验储罐底板
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。

 

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