专利名称：受限空间中储罐底部的声发射检测装置和方法
技术领域：
本发明属于无损检测技术领域，具体涉及一种储罐在受限空间中的罐底声发射检测的安全防护方法和器具。
背景技术：
在全球石油战略资源的争相储备中，储油罐得到大量使用。随着使用年限的增加，油罐渗漏问题日益突出。油罐渗漏不仅使油料流失造成能源浪费，还会带来火灾、爆炸、污染等危险的发生。根据资料表明，储罐检测时发现储罐的罐底板腐蚀是最为严重的。因此储罐腐蚀检测、维修的重点一般放在底板上。我国传统罐底缺陷检 测采用的是定期离线无损检测。检测过程包括停工、倒空、清洗、除锈(甚至拆保温)以及检测等工序，主要采用超声、磁粉和真空检测等技术，存在费用高、检测时间长等不足。许多油库在役的储油罐大多建于上世纪六、七十年代，为提高生存能力大多数建造在可密闭的罐室内，由于供应保障任务的需求，大多数油罐长期处于储油运行状态，在役时间长，很多已接近或超过设计使用寿命，相当数量的储油罐都存在不同程度的腐蚀变形等隐患，特别是罐底板的腐蚀缺陷问题最为突出。而且由于通常不具备定期开罐检测的基本条件而难以发现，罐底板穿孔渗漏时刻威胁着油库的储油安全和环境安全。因而在线检测技术日益凸显其优势。与离线检测相比，在线检测不需要停工、倒空、清洗和除锈等工序，而且具有检测时间短、费用低的优势。目前，国际上储罐底板在线检测的方法主要有机器人、超声导波、罐外探漏和声发射技术。机器人检测技术对检测设备的安全性、可控制性、密封性等要求较高，需要多种高新技术和高水平工业基础的支撑。目前世界各国有关油罐检测方法的技术规范还没有关于采用机器人进罐检测的条款，国内尚未见到使用机器人进行储罐在线检测的报道。而目前，国际上应用超声导波进行罐底检测的技术多处于研究探索阶段，它对检测表面要求较高，不能有保护层，无法实现罐底的全面检测，且检测结果无法区分外部缺陷和内部缺陷。对于大型储罐，由于底板焊缝对导波的严重衰减作用，因而只适合小型储罐底板或者大型储罐底板边缘板检测。油罐探漏技术主要有示踪剂法、电阻探漏法、超声波检漏法、质量平衡检漏法、地基土样分析法等等罐外探漏技术用于罐室储罐检测的主要问题是罐室构造复杂，空间受限，钻孔技术复杂，且国内无同类技术研究基础，也无相应法规和标准。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种受限空间中储罐底部的声发射检测装置和方法，本发明在不影响储罐的正常运行情况下，对储罐进行无损检测，具有安全性高，经济性好，检测结果可靠。实现上述目的的技术方案如下
受限空间中储罐底部的声发射检测装置，包括均匀布置在储罐壁同一水平圆周上的多个声发射传感器，每个传感器负责检测储罐上的一块区域，这些声发射传感器将储罐的机械振动转换为电信号；以及
各个声发射传感器均连接一个防爆电缆装置，防爆电缆装置将声发射传感器输出的电信号进行传输；以及
与各个防爆电缆装置电连接的声发射主机，该声发射主机发射的弹性波通过防爆电缆装置传播到达储罐的表面，引起供声发射传感器探测储罐罐底的机械振动；以及
与声发射主机电连接的计算机，接收来自于声发射主机处理的各声发射传感器的信号，判断各个声发射传感器检测该区域内的储罐底部的情况；以及
铅芯，在储罐上折断，发出折断信号作为可重复发出弹性波的模拟源，进行声发射主机校准、防爆电缆装置通道灵敏度校准、衰减测量和定位校准。
所述防爆电缆装置包括防爆电缆，该防爆电缆由第一隔爆盒、第二隔爆盒、电缆线组成，其中第一隔爆盒体内设有安全栅电路，第二隔爆盒内设有前置放大器，安全栅电路和前置放大器电连接，前置放大器的输出端连接电缆线。第一隔爆盒和第二隔爆盒之间设置有手提线。所述防爆电缆装置还包括一个卷盘，该卷盘由手提杆、支架、卷轮和隔爆盒筐组成，手提杆的一端与支架的连接，卷轮可转动地支撑在支架上，卷轮的轴向端面上设有有摇把、电缆线引出端和压条。所述声发射传感器通过磁性卡座固定在储罐壁面上。受限空间中储罐底部的声发射检测方法，包括以下步骤
步骤1，将铅芯断铅，铅芯折断时发出的信号作为可重复发出弹性波的模拟源，通过声发射传感器检测到该模拟源信号并传输至声发射主机，以进行声发射主机校准、防爆电缆装置通道灵敏度校准、衰减测量和定位校准；
步骤2，发射主机发射弹性波通过防爆电缆装置传播到达储罐的表面，引起供声发射传感器探测储罐罐底的机械振动，各个声发射传感器将接收到的来自储罐底的机械振动转换为电信号后，通过防爆电缆装置放大处理后回传至声发射主机，声发射主机将处理的各声发射传感器的信号后传送至计算机，由计算机判断各个声发射传感器检测该区域内的储罐底部的腐蚀情况。所述铅芯断铅是将铅芯和储罐罐壁表面成25°至35°的夹角折断铅芯，每一点断铅五次，其响应幅度值取三次以上响应平均值。步骤I中，声发射主机校准是在检测前检查每个通道是否正常；防爆电缆装置通道灵敏度校准是在检测开始之前和结束之后，对每一个防爆电缆装置通道进行模拟源声发射幅度值校准，模拟源距声发射传感器IOOmm内，每个防爆电缆装置通道响应的幅度值与所有通道的平均幅度值相差要求不大于4dB。步骤I中，衰减测量是从某一声发射传感器位置沿罐壁等高画一条直线，在这条线上分别距传感器 0. 5m、I. 0m、2. 0m、3. 0m、4. 0m、6. 0m、9. 0m、12. Om、15. Om 处断铅进行储罐
衰减特性测定。步骤I中，定位校准是在被声发射传感器检测区域阵列的任何部位，声发射模拟源产生的信号至少能被该时差定位阵列收到，并得到唯一定位结果，区域定位时至少能被该区域传感器接收到。采用了上述方案，本发明对储罐采用声发射在线检测技术，通过按一定阵列布置少量固定不动的传感器，接收罐壁“声源”的信号，通过系统主机进行数据采集与处理分析，就可获得被检对象中声源在检测过程中的活动信息，以判断储罐的腐蚀情况以及罐底是否存在泄漏，从而对罐底板的整体完整性和安全性做出评估。本发明对储罐进行无损检测，具有安全性高，经济性好的优点。另外，在检测前，采用铅芯断铅的方式，进行声发射主机校准、防爆电缆装置通道灵敏度校准、衰减测量和定位校准，确保了检测结果可靠性。
图I为本发明的受限空间中储罐底部的声发射检测装置的结构示意 图2为防爆电缆的结构示意 图3为卷盘的结构示意 图4为图3的侧视图；
附图中，I为储罐，2为罐室，3为防爆电缆装置，3a为第二隔爆盒，3b为第一隔爆盒，3c为电缆线，3d为手提线，3e为信号线,4为卷盘,4a为手提杆,4b为支架，4c为卷轮，4e为隔爆盒筐，4f为摇把，4g为电缆线引出端，4i为压条，4j为塑料护套，5为发射传感器，6为声发射主机，7为计算机。
具体实施例方式参照图I至图4，本发明的受限空间中储罐底部的声发射检测装置，从图I中可以看出，储罐I安装在罐室2中，罐室中安装储罐I后所剩的空间狭小。本发明中，储罐底部的声发射检测装置包括多个发射传感器5、防爆电缆装置3、声发射主机6、计算机7以及铅芯，下面对各部分进行详细说明
多个声发射传感器5均匀布置在储罐壁I的同一水平圆周上，每个传感器负责检测储罐上的一块区域，这些声发射传感器将储罐的机械振动转换为电信号；所述声发射传感器通过磁性卡座固定在储罐壁面上。各个声发射传感器5均连接一个防爆电缆装置3，防爆电缆装置将声发射传感器输出的电信号进行传输。所述防爆电缆装置包括防爆电缆，防爆电缆防爆形式为隔爆本安复合型结构。该防爆电缆由第一隔爆盒3b、第二隔爆盒3a电缆线组成，第一隔爆盒和第二隔爆盒结构相同，并都由铸铝材质的壳体和盖组成。其中第一隔爆盒3b内设有前置放大器(图中未示出)，前置放大器的输出端连接电缆线3c，第二隔爆盒体内设有安全栅电路(图中未示出)，安全栅电路的输入端连接信号线3e，信号线3e的另一端用于连接声发射传感器5，信号线3e采用的是M5接头的高温屏蔽线，且其长度为50 70cm。安全栅电路和前置放大器电连接。为便于提取和作业，在第一隔爆盒3b和第二隔爆盒3a之间设置有手提线 3d，手提线3d的两端采用螺栓联接，确保牢靠，并采用鲜艳色彩与联接电缆线相区别开。防爆电缆装置还包括一个卷盘4，电缆线3c为80 IOOm时，卷盘4直径宜为25 27cm ；电缆线3c为100 120m时，卷盘4直径宜为27 30cm。卷盘4由手提杆4a、支架4b、卷轮4c和隔爆盒筐4e组成。手提杆4a的一端与支架4b的连接，手提杆4a长度15 — 25 cm，其上设有手形轮廓方便提取。卷轮4c可转动地支撑在支架4b上，卷轮4c的轴向端面上设有摇把4f、电缆线引出端4g和压条4i。电缆线引出端4g处引出电缆线的BNC接口端，长度宜为80 100cm。两根压条4i固定于端面上，用于将引出的电缆线固定，两端套上塑料护套4j，防止电缆线被压条损伤。隔爆盒筐4e焊接于支架4b上，为矩形方框，用于盛放两个
隔爆盒。各个防爆电缆装置共同电连接至一个声发射主机6，该声发射主机6发射的弹性波通过防爆电缆装置传播到达储罐的表面，引起供声发射传感器探测储罐罐底的机械振动。声发射主机6通过防爆电缆装置3延伸至爆炸危险区域以外工作，声发射检测开始前，应做好以下准备
I)采用双人双设备方式检查储罐采光孔、罐室及其出入口、罐室排水沟底部、人孔、进油管及排污管和闸阀井处油气浓度，以确认环境安全状态，并报警超标状态。在升压、保压检测过程中，因人员须在罐室2中进行开关阀门作业，应采用双人双设备方式监测阀门处的油气浓度。一旦超限，人员立即撤离至罐室外，采取通风、停止作业的方式降低罐室内的油气浓度。夏、秋季时，室外空气比罐室内空气热，容易形成对流，罐室内易形成冷凝水，且在升压、降压过程中从呼吸阀流出的油气易通过采光孔回流至罐室，造成罐室油气浓度增大。因此在检测时应减小采光孔和罐室门的开度，减少冷凝水和回流油气。2)、人员安全操作人员应按照油库入罐安全作业要求着装，不着化纤衣服和钉子鞋，严禁携带手机、相机等非防爆电子产品。每次进入罐室2作业前，应在罐室口手握人体导静电杆，消除人体静电。有人员在罐室内作业时，采光孔处都应有人负责与其联络，确保意外情况发生时能及时采取措施。3)、硬件安装拆卸安全操作包括电缆线展开与传感器安装。由于人员在受限罐室2内无任何方位感，在距进出油管逆时针2m — 4m范围内，确定第一个声发射传感器位置，而后在根据储罐直径确定出其余的传感器位置。在每个传感器布置处放置一个卷盘4。旋开接头保护套处的传感器信号线3e，握住隔爆盒提手3d将隔爆盒提出放至声发射传感器5布置处，转动卷盘4将电缆线展开布置至声发射主机处。在布置过程中勿强扯强拉电缆线，避免磕碰挤压。而后开始平整传感器的安装位置，通过多次试验检测对比我们发现，仅需将罐壁表面用砂纸将其砂平而后擦净，无须将罐壁表面涂层去除，这样能够避免去涂层后给罐壁带来的不良影响。在传感器与传感器信号线3e相联接或断开前，都必须先将声发射主机10关机，绝不允许带电操作。4)、静电消散防护声发射主机必须接有静电消散防护方可工作。静电接地可以 利用相邻储罐自有静电接地装置或自备接地桩。利用相邻储罐自有静电接地装置时，应先把静电接地盒打开，将相邻储罐的静电接地螺栓断开，再与声发射主机相联。测量接地电阻值，不大于IOQ时，声发射主机才可以工作。声发射主机断电后，方可断开主机静电接地端，并将静电接地盒恢复联接好。5)、系统组件保护及其辅助配置声发射传感器5和磁性卡座都需存放与工具盒中，工具盒采用抗撞击材料制造。盒内的防震海绵需格成传感器大小的空隙，便于传感器放入其中，达到既可固定又防震的效果。为避免电缆线受到尖锐物和机械擦刮损伤，需在拐角处、尖锐物旁等处用保护套包裹电缆线。计算机7与声发射主机6电连接，计算机7接收来自于声发射主机处理的各声发射传感器的信号，判断各个声发射传感器检测该区域内的储罐底部的情况；以及铅芯(图中未示出)，在储罐I上折断，发出折断信号作为可重复发出弹性波的模拟源，进行声发射主机校准、防爆电缆装置通道灵敏度校准、衰减测量和定位校准。声发射主机校准是在检测前检查每个通道是否正常；防爆电缆装置通道灵敏度校准是在检测开始之前和结束之后，对每一个防爆电缆装置通道进行模拟源声发射幅度值校准，模拟源距声发射传感器IOOmm内，每个防爆电缆装置通道响应的幅度值与所有通道的平均幅度值相差要求不大于4dB。衰减测量是从某一声发射传感器位置沿罐壁等高画一条直线，在这条线上分别距传感器0. 5m、
I.0m、2. 0m、3. 0m、4. 0m、6. 0m、9. 0m、12. 0m、15. Om处断铅进行储罐衰减特性测定。定位校准是在被声发射传感器检测区域阵列的任何部位，声发射模拟源产生的信号至少能被该时差定位阵列收到，并得到唯一定位结果，区域定位时至少能被该区域传感器接收到。受限空间中储罐底部的声发射检测方法，包括以下步骤
步骤1，将铅芯断铅，铅芯折断时发出的信号作为可重复发出弹性波的模拟源，通过声发射传感器检测到该模拟源信号并传输至声发射主机，以进行声发射主机校准、防爆电缆装置通道灵敏度校准、衰减测量和定位校准；所述铅芯断铅是将铅芯和储罐罐壁表面成25°至35°的夹角折断铅芯，每一点断铅五次，其响应幅度值取三次以上响应平均值。声发射主机校准是在检测前检查每个通道是否正常；防爆电缆装置通道灵敏度校准是在检测开始之前和结束之后，对每一个防爆电缆装置通道进行模拟源声发射幅度值校准，模拟源距声发射传感器100_内，每个防爆电缆装置通道响应的幅度值与所有通道的平均幅度值相差要求不大于4dB。衰减测量是从某一声发射传感器位置沿罐壁等高画一条直线，在这条线上分别距传感器 0. 5m、I. 0m、2. 0m、3. 0m、4. 0m、6. 0m、9. Om> 12. Om> 15. Om 处断铅进行储罐衰减特性测定；定位校准是在被声发射传感器检测区域阵列的任何部位，声发射模拟源产生的信号至少能被该时差定位阵列收到，并得到唯一定位结果，区域定位时至少能被该区域传感器接收到。步骤2，发射主机发射弹性波通过防爆电缆装置传播到达储罐的表面，引起供声发射传感器探测储罐罐底的机械振动，各个声发射传感器将接收到的来自储罐底的机械振动转换为电信号后，通过防爆电缆装置放大处理后回传至声发射主机，声发射主机将处理的各声发射传感器的信号后传送至计算机，由计算机判断各个声发射传感器检测该区域内的储罐底部的腐蚀情况。检测结果可以采用声发射源的时差定位分析及分级方法，也可以采用声发射源的区域定位分析及分级方法，如对同一储罐的检测同时采用两种分级方法，则同一评价区域应取较大的级别。I、罐底板声发射源的时差定位分析与分级
对罐底板以不直径10%的长度划定出正方形或圆形评定区域，对评定区域内定位相对较集中的所有定位集团进行局部放大分析并计算出每小时出现的定位事件数E。根据下表进行分级
_别j评定区域内每小时出现的定位事件数Ej评定区域的腐蚀状态评价
J_E < C_无局部腐蚀迹象_
n_c < E < IOC_存在轻微局部腐蚀迹象_
Th IQC < e < lope_存在明显局部腐蚀迹象
Tv IOOC < E < 1000C-存在较严重局部腐蚀迹象
V|e > 1000CI存在严重局部腐蚀迹象
c值需通过采用相同的检测仪器与设置工作参数，对相同规格和运行条件的储罐进行一定数量的检测实验和开罐验证实验来取得。2、罐底板声发射源的区域定位分析及分级计算出各独立通道有效检测时间每小时出现的撞击数H。根据下表对声发射源进行分级。
权利要求
1.受限空间中储罐底部的声发射检测装置，其特征在于，包括均匀布置在储罐壁同一圆周上的多个声发射传感器，每个传感器负责检测储罐上的一块区域，这些声发射传感器将储罐的机械振动转换为电信号；以及 各个声发射传感器均连接一个防爆电缆装置，防爆电缆装置将声发射传感器输出的电信号进行传输；以及 与各个防爆电缆装置电连接的声发射主机，该声发射主机发射的弹性波通过防爆电缆装置传播到达储罐的表面，引起供声发射传感器探测储罐罐底的机械振动；以及 与声发射主机电连接的计算机，接收来自于声发射主机处理的各声发射传感器的信号，判断各个声发射传感器检测该区域内的储罐底部的情况；以及 铅芯，在储罐上折断，发出折断信号作为可重复发出弹性波的模拟源，进行声发射主机校准、防爆电缆装置通道灵敏度校准、衰减测量和定位校准。
2.根据权利要求I所述的受限空间中储罐底部的声发射检测装置，其特征在于，所述防爆电缆装置包括防爆电缆，该防爆电缆由第一隔爆盒、第二隔爆盒、电缆线组成，其中第一隔爆盒体内设有安全栅电路，第二隔爆盒内设有前置放大器，安全栅电路和前置放大器电连接，前置放大器的输出端连接电缆线。
3.根据权利要求2所述的受限空间中储罐底部的声发射检测装置，其特征在于，第一隔爆盒和第二隔爆盒之间设置有手提线。
4.根据权利要求2所述的受限空间中储罐底部的声发射检测装置，其特征在于，所述防爆电缆装置还包括一个卷盘，该卷盘由手提杆、支架、卷轮和隔爆盒筐组成，手提杆的一端与支架的连接，卷轮可转动地支撑在支架上，卷轮的轴向端面上设有有摇把、电缆线引出端和压条。
5.根据权利要求I所述的受限空间中储罐底部的声发射检测装置，其特征在于，所述声发射传感器通过磁性卡座固定在储罐壁面上。
6.受限空间中储罐底部的声发射检测方法，其特征在于，包括以下步骤 步骤1，将铅芯断铅，铅芯折断时发出的信号作为可重复发出弹性波的模拟源，通过声发射传感器检测到该模拟源信号并传输至声发射主机，以进行声发射主机校准、防爆电缆装置通道灵敏度校准、衰减测量和定位校准； 步骤2，发射主机发射弹性波通过防爆电缆装置传播到达储罐的表面，引起供声发射传感器探测储罐罐底的机械振动，各个声发射传感器将接收到的来自储罐底的机械振动转换为电信号后，通过防爆电缆装置放大处理后回传至声发射主机，声发射主机将处理的各声发射传感器的信号后传送至计算机，由计算机判断各个声发射传感器检测该区域内的储罐底部的腐蚀情况。
7.根据权利要求6所述受限空间中储罐底部的声发射检测方法，其特征在于，所述铅芯断铅是将铅芯和储罐罐壁表面成25°至35°的夹角折断铅芯，每一点断铅五次，其响应幅度值取三次以上响应平均值。
8.根据权利要求6所述受限空间中储罐底部的声发射检测方法，其特征在于，步骤I中，声发射主机校准是在检测前检查每个通道是否正常；防爆电缆装置通道灵敏度校准是在检测开始之前和结束之后，对每一个防爆电缆装置通道进行模拟源声发射幅度值校准，模拟源距声发射传感器IOOmm内，每个防爆电缆装置通道响应的幅度值与所有通道的平均幅度值相差要求不大于4dB。
9.根据权利要求6所述受限空间中储罐底部的声发射检测方法，其特征在于，步骤I中，衰减测量是从某一声发射传感器位置沿罐壁等高画一条直线，在这条线上分别距传感器 0. 5m、I. 0m、2. 0m、3. 0m、4. 0m、6. 0m、9. 0m、12. 0m、15. Om 处断铅进行储罐衰减特性测定。
10.根据权利要求6所述受限空间中储罐底部的声发射检测方法，其特征在于，步骤I中，定位校准是在被声发射传感器检测区域阵列的任何部位，声发射模拟源产生的信号至 少能被该时差定位阵列收到，并得到唯一定位结果，区域定位时至少能被该区域传感器接收到。
全文摘要
本发明公开了一种受限空间中储罐底部的声发射检测装置，包括均匀布置在储罐壁同一圆周上的多个声发射传感器，以及各个声发射传感器均连接一个防爆电缆装置；以及与各个防爆电缆装置电连接的声发射主机；以及与声发射主机电连接的计算机，接收来自于声发射主机处理的各声发射传感器的信号，判断各个声发射传感器检测该区域内的储罐底部的情况；以及铅芯，在储罐壁上折断，发出折断信号作为可重复发出弹性波的模拟源，进行声发射主机校准、防爆电缆装置通道灵敏度校准、衰减测量和定位校准。本发明在不影响储罐的正常运行情况下，对储罐底部进行无损检测，具有安全性高，经济性好，检测结果可靠。
文档编号G01N29/14GK102721749SQ201210235440
公开日2012年10月10日 申请日期2012年7月9日 优先权日2012年7月9日
发明者刘丽川, 刘时风, 常向东, 方伟, 方卫红, 束秀梅, 杨继平, 税爱社, 舒丹, 董屹彪, 陈涛, 黄磊 申请人:中国人民解放军后勤工程学院