使用聲發射的方法檢驗貯罐底板

????? 1. 概述
　　1.1關鍵詞
　　平底貯罐、聲發射試驗、泄露試驗、腐蝕試驗、頻率成分、信號分級、標準。
　　1.2工程結果及效益概述
　　全世界的石化工業，都把他們的原材料和產品存儲大型地上平底貯罐中，其容積高達10萬立方米。這些貯罐通常由碳鋼構建，在規定的時間內必須進行測試，尤其要檢驗底板的內外腐蝕破壞情況。按照法規要求，進行正常的測試，然而不能與實際情況相聯系。測試程序分為：導空貯罐、清洗、有時進行底板噴沙罐底宏觀檢查、有時進行真空試驗、其它的NDT方法和水壓載荷試驗. 其檢驗成本由罐的體積和使用年限決定，大約為10萬到15萬歐元。
　　為了克服該試驗的大量的不利因素，工業屆寧愿采用聲發射的方法替代常規的測試程序。使用聲發射檢測和判別活動的泄露噪音和腐蝕區域的噪音，對于內部的檢驗是采用其它適合的NDT方法，對AE指定的位置進行檢測。
　　該項工作的主要宗旨：
　　?合適有效的采集系統和功能強大的特殊軟件，用于在線檢驗。
　　合作伙伴華倫公司（Vallen Systeme），聲發射設備生產廠商，產生高端的全數字的AE設備，主要應用在大學、管道和壓力容器的結構完整性的工業應用，第一次將其商業AE系統應用到罐底平板的現場檢驗。
　　?建立一個特征數基，將試驗室的結果和現場應用結合起來。
　　基于第一次經驗，根據選擇的頻率模式識別系統，因為與試驗室所采集的數據非常好的吻合（腐蝕、泄露數據）。而且使用頻率域的信號特征，根據現場的特征數基進行更好的修正。
　　?從有限的現場試驗確定這些結果。
　　合作伙伴提供有限的貯罐，以適用的設備進行試驗，按照建立的判椐進行評估，與以前采集的數據進行比較。
　　項目的結果是：
　　?試驗程序；
　　?系統化的數基；
　　?對于區分高可信與要求更多的試驗而不能進行的可靠的評價準則；
　　?全歐洲程序標準基礎
　　2. 協作組
　　組織介紹
　　該項目聯合了試驗和開發組織，特別是在聲發射領域生產先進的高性能的AE設備，以及有影響的平底貯罐用戶。
　　澳大利亞TüV公司，工程的協調人，一個獨立的服務公司，涉及到所有領域的安全技術以及質量管理和環境保護。在澳大利亞公認的試驗、試驗室標定認證機構。作為一個研究公司，澳大利亞TüV為工業目的，開發和應用了新的NDT技術。以該項目為主要目的技術物理研究所，有20多年的豐富經驗，每年進行1400多次的不同容積的壓力設備的完整性測試，采用AE對地上貯罐進行泄露檢測，在澳大利亞已經成為第一公司。
　　CESI (former ENEL Ricerca, former CISE) 是一個主要在電站、電力傳輸網絡以及其它的領域從事研究、開發和服務的集團公司，給業主、ENEL、意大利國家電力事業提供支持。CESI在應用AE領域和計算機處理數據評價方面具有很長的經歷。
　　華倫（Vallen Systeme） 是一個在歐洲開發和生產AE儀器的公司，其商業策略是花費許多年尋找和彌補AE方法的新的應用，為解決預期的應用改善現存的產品。在該項目中起到很重要的作用，提供商業的和適合的特殊應用的AE系統，也提供了頻率模式識別系統。
　　兩個輔助的工業合作伙伴Shell Global Solutions 和 DOW 公司是全球的石油化學工業領域巨人，因此這些公司使用著大量的地上貯罐和平底貯罐，用于不同種類的石油產品，他們有許多年的經驗要求進行工業檢測。他們將提供在真實的結構上進行核對該方法的機會。
　　3. 該項目的科學和技術介紹
　　該項目的基本目的是開發和改進平底貯罐階段的聲發射檢測，在該階段用AE代替昂貴的和耗時的常規檢驗。按照上次檢驗規定的周期，進行聲發射檢驗，對罐的實際情況和上一次檢驗結果沒有任何的影響。從下面改進的試驗中獲得利益，評價、現場試驗、跟蹤和結束試驗。
　　試驗室試驗
　　該試驗的基本任務是從不同的可能的源中（泄露和腐蝕過程）系統的采集瞬態過程數據。
　　?泄露試驗
　　用一個可更換底的試驗罐，在罐底上制造了各種人為泄露源，進行泄露試驗。在罐底板上鉆了幾個孔洞 ( = 1 - 3 mm)和溝槽 (寬0.3 mm、長 9.8 mm)，并對該罐施加不同的壓力，最大為 200 kPa，使用不同的探頭采集聲發射數據（聽音器、寬帶探頭、窄帶探頭），這些試驗進行了許多次，同時也進行了現場的試驗，以便選擇泄露試驗使用的最好的探頭。
　　對該項試驗使用了不同的罐的基礎，以便指出對試驗結果的影響。我們希望而且能夠證實了很重要的一點，不僅紊流在間隙中產生聲發射，而且附帶產生噪音，如流體從金屬傳遞到混凝土上、沙粒被沖擊反射到底板和其它的地方。檢測到的聲發射的能量范圍的上限，足夠反映這些現場的缺陷
　　腐蝕試驗
　　制作一個試驗池，將不同的板侵蝕到不同的腐蝕介質中，從現場中選擇了兩塊真實的腐蝕板，一個是部分罐底板，另一個是去掉沙層結垢的板。 將它們侵蝕在放有不同濃度的鹽和或酸水中，后來將這些試塊除某些小區域外，全不加上涂層，以消除不同的表面狀況產生的信號的疊加（有或沒有結垢層的）。
　　采集從試驗板產生的聲發射信號，在腐蝕處于平衡狀態下，需要很長的時間，速度不會太快。在試驗進行到接近結束時，在試板的清潔的表面覆蓋了沙片進行信號采集。
　　最終確定的探頭和前放為：華倫公司的VS-30探頭和與其一體化的增益為46dB AEP4H-ISTB的前放，25 kHz --44 kHz的帶通濾波器 。該探頭在實際結構上顯示了最好的特性。
　　 數基結構和評價
　　將試驗室得到的最好的結果，必須加入結構的數基中。
　　由于時間域的聲發射信號參數與源和探頭之間的距離有很大的關系，我們決定采用以頻域為基礎的模式識別技術。聲波在液體中的傳播幾乎是自由分散的，因此假設聲波所貯的液體中的傳播頻率組分的范圍不變為：30 kHz。聲波從聲源自己到液體介質和從液體介質到罐壁/探頭，在試驗室里給定。因此沒有不要對現場和試驗室的數據進行比較。
　　使用的模式識別技術"Visual Class"是華倫公司的合作伙伴開發的，用于特殊的應用。 經過了許多的試驗，我們使用了上面提到的探頭及前放，把探頭VS30 V與前放EP4H ISTB組合到一起。在象下面的步驟一樣，我們發現必須對分級程序分兩步進行。
　　第一分級器"泄露或腐蝕" ，只要壓差等于或大于100kPa時，結果是非常清楚的。對于小壓差值，兩個不同的程序之間的差異變的微弱了，但是仍然可以進行評估。
　　第二步分級器是：
　　?泄露
　　結構區分經向和環向的泄露（在焊縫上在點腐蝕和缺陷之間打開一個特征）和
　　?腐蝕
　　腐蝕分級的最重要的信息是：是否監視程序在有無存在結垢層的板上進行。我們假設老的腐蝕已經有結垢層了，而且已經發現了，那么是可以區別有與無結垢層的這兩類信號的。結垢層的存在表示壁厚的損失。在這一點上，我們要強調我們不能再按照源的機理調查了。可能AE信號產生主要是與活性腐蝕的初期作用有關。盡管如此，我們展示了用AE 檢測活性腐蝕的可能性。我們檢測起初的腐蝕或二次效應是沒有區別的，或許信號來自結垢層或腐蝕區域自己，但是連接起初的腐蝕。
　　所有的數據（試驗室的或現場的）都被插入到結構數基中，并且被下列級分開：
　　?泄露
　　　　?環向泄露
　　　　?經向泄露
　　?腐蝕
　　　　?新腐蝕
　　　　?舊腐蝕
　　?噪音
　　選擇適合的AE設備和編制試驗導則
　　下一步為將試驗室的試驗方法轉入現場，確認該套試驗結果與商用的華倫AMSY4型聲發射儀器適用以及所編制的試驗導則。用適合的AE設備同時對試驗室和第一次現場進行試驗，集中的最必要的行動是改進和/或增加軟件的參數。
　　在現場試驗開始時，建立的第一個試驗導則被改變了許多次，直到最終結果"試驗說明2000/08-平底貯罐的聲發射試驗（AET）"。該說明將作為歐洲執行標準的基礎，該標準將在后面解釋。
　　確認試驗
　　該任務的主要目的是采集真實的結構的試驗數據，并把這些數據插入到永久改進的結構的數據基礎中。
　　選擇的貯罐應該遵循下列要求的情況：
　　?沒有特殊的缺陷和狀況良好
　　?不需要任何處理的有小缺陷
　　?有中等體積的缺陷，但在一定的時間段，對這些缺陷進行重新檢測
　　?有大缺陷，必須盡快的處理
　　?發生泄露，需要立刻倒空貯罐。
　　這些試驗開始的時候，在現場僅僅采集數據，將這些原始的數據存儲起來，以便以后分析。在進行了一定的試驗后，選擇和改進合適的AE系統，建立評價的數據基礎，進行檢測和在將來的商業檢測中分析相似的數據。
　　從1998年春天到2000年夏天，分別在荷蘭、德國和奧地利進行了26臺檢驗， 貯罐的直徑從10米到59米。給出了一個有熱保溫層的貯罐的照片。
　　除了泄露的等級外，檢測結果囊括了所有范圍的情況，盡管一些貯罐的業主提供了他們的最壞的貯罐。最后9臺罐被業主報告和進行了不同的分類。　　
　　診斷數基
　　除了普通的數據分析外（邏輯濾波和應用定位計算），使用模式識別系統對所有的數據（試驗室和現場的數據）進行分析。試驗室的數據用于培訓分類器，現場的數據被用于更新數基和更新通過建立的分類器分析的過程。采用邏輯方式，對于分析和數據處理按流程進行。
　　該流程給出了選擇對于罐底所有情況的第一個評估，然后對所有有意義的AE定位分類，在最后看在cluster中的每一個事件被賦值到一個源的機理。 由于采用分析的統計方法，最后一點是非常重要的，因為對于所有的定位源的分類中，泄露類或許只有5%，但是如果大約80-90%泄露類源集中在一個cluster，那么貯罐的總狀況將是IV 級(泄露的)。除非該貯罐的AE活性是非常低的，在這種情況下，我們根據泄露信號太少的狀況，確定該貯罐罐底無活性泄露或腐蝕。
　　由于這個事實，我們不能使用時間域分析系統，也不能容易的把濾波判椐編入準備的軟件中。要建立完整的評價程序，應用每一個試驗結構的數據，并將這些結果固化在設備制造商的系統的硬件中。
　　AE試驗方法的實施
　　從兩方面實施AE試驗方法，一方面從業主方面進行，另一方面是將該試驗引入歐洲標準。
　　業主：
　　業主得到兩個說明書：
　　?基本資料2000/08 “AE方法的性能和確認”
　　?貯罐用戶的要求2000/08
　　關于平底貯罐的AET性能和技術的第一個介紹，使用分類系統和不同類別的代表，第二點有業主配合完成試驗。計劃每年修訂一次該說明書。
　　歐洲標準
　　對于平底貯罐的聲發射檢驗，該項目發送一個新的工作題目到CEN/TC 138/WG 7 ，該標準的藍本為試驗說明"平底貯罐聲發射測試"2000/08。在羅馬10月份的CEN/TC138年會上，TC決定接受該工作題目，并對其不加干涉。
　　4. 結果與結論
　　提供項目的結果作為決定。
　　下面的交付內容是有效的：
　　?作為業主和試驗程序的準則，通過相關的管理機構建立可接受的試驗方法的基礎；
　　?對于測試機構的適合的軟件和評價判椐；
　　?管理機構有效的數據基礎以及他們的接受程序。
　　?為申請CEN標準準備資料。
　　由于有合法程序的事實，大量的受控環境下的試驗必須擴大，協會決定請EC支持該示范工程，把該方法介紹給工業標準，由管理機構們接受。