本发明涉及化工设备的无损检测方法领域，尤其是高频导波检测储罐底板方法。
背景技术：
随着我国经济的持续快速发展，石油的需求量日益增多，为了保障国家能源安全，近年来我国大力建设战略储备油库。大型储罐是原油、成品油、中间产品等石油化工原料以及产品的重要存储设备。储罐在服役过程中，受运行环境和生产工况的影响，尤其是在化学腐蚀和电化学腐蚀共同作用下，底板易产生腐蚀损伤及点蚀穿孔等缺陷，引起原油泄漏，导致环境污染甚至安全事故，给生态环境、生命财产和国民经济带来巨大损失。因此，在储罐运行周期内定期对罐底板进行全面快速的无损检测，发现并修复严重腐蚀和损伤区域，并跟踪监控其他轻度腐蚀损伤区域，对于确保储罐安全运行和保障我国能源安全具有重要意义。
大型储罐的体积和板壁面积都很大，以标准的十万立方储罐为例，其底板直径达到80米，面积超过5000平方米。目前对于储罐底板的检测，一般采用漏磁、纵波超声测厚、涡流检测、磁粉检测等传统检测方法，这些检测方法只能检测传感器以下的板面部位，单次检测范围小，效率很低。在实际工作中，使用以上无损检测方法很难对面积庞大的底板实现全面快速的检查。声发射检测也是储罐底板常用检测方法，但储罐底板声发射信号较弱，声源较多且状态复杂，导致声发射检测声源定位误差大。
技术实现要素：
为了克服上述现有技术的缺点，本发明提供高频导波检测储罐底板方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
高频导波检测储罐底板方法，包括如下步骤：
s1、将待检测的储罐底板拼板的工程图导入到软件内，获得各拼板的信息；
s2、确定检测储罐底板的扫描参数，计算储罐底板所需检测点分布值；
s3、根据检测点分布值生成检测点分布图和坐标矩阵，高频导波传感器移动到各检测点，然后以各检测点为圆心，在垂直于底板的方向以设定速度旋转水平扫描储罐底板。
步骤s1中获得各拼板的分布信息包括如下步骤：
s11、将n块拼板进行编号，获得编号矩阵
获得各拼板的中心坐标cb，n块拼板j个顶点的坐标矩阵为
获得各拼板设定数量顶点构成的坐标矩阵cr；
形成拼板坐标矩阵c＝[k,cb,cr]；
获得各拼板的板型，不同的板型构成板型矩阵t；
s12、构造各拼板的面积函数，表示为s＝f1(c,t)。
步骤s2的具体步骤如下：
s21、设定高频导波传感器单次检测的基本参数，包括水平扫描半径r和单次检测覆盖冗余值m；
s22、根据设定的基本参数生成检测点分布值；
s23、根据各拼板边缘线性函数，判断对应拼板上的检测点分布值是否满足设定的标准，如果不满足，调整检测点分布值，或调整覆盖冗余值m并生成新的检测点分布值；
s24、循环步骤s23，直至检测点分布值满足标准，导入储罐附加结构的约束条件；
s25、储罐附加结构的约束条件根据拼板坐标矩阵进行分割，并入到各拼板的参数中，确定并入参数后的拼板检测点分布值；
s26、确定设置有储罐附加结构的拼板约束条件，判断步骤s25中的检测点分布值是否满足约束条件，如果不满足，对检测点实行检测点偏移校正，形成新的检测点分布值；
s27、循环步骤s26，直至检测点分布值满足约束条件。
在步骤s21中，单次检测的有效面积为
在步骤s23中，调整覆盖冗余值m的具体步骤如下：
s231、获得覆盖冗余值修正值
s232、构造修正备选向量cal＝[max(cnrx),ax(cnry)]；
s233、获得优化后的覆盖冗余值
s234、根据优化后的覆盖冗余值确定储罐底板所需的检测点个数a，a的取值范围为
s235、确定各检测点位置，高频导波传感器对每块拼板进行行扫描，与行扫描移动方向平行的板边缘线性函数为y＝f2(x)，则扫描到第q行时每次扫描形成的图元满足下列标准，该标准为
如果在迭代计算时，按行调整单次检测的基本图元参数r和m那么第q行迭代图元的判断准则可调整为下式
计算出符合上述公式中对应的i值，计算i值对应的边缘线型板边缘线形函数为y＝f2(x)中多对x坐标和y坐标，即获得每一行图元中各检测点坐标。
步骤s24-s27中的约束条件包括线类约束和点类约束，所述线类约束用函数y＝f3(x)表示，点类约束用坐标矩阵p表示，约束距离参数用l表示，设经过拼板覆盖迭代后得到的检测图元位置结果为坐标矩阵ux和uy，其中ux为x坐标矩阵，uy为y坐标矩阵，那么约束条件通过下式来影响检测图元位置迭代结果；
f3(uxij)-l≤uyij≤f3(uxij)+l；
满足上式条件时，uyij由(f3(uxij)-l)和(f3(uxij)+l替代。
本发明的优点在于：
(1)本发明通过高频导波传感器以各检测点为圆心在垂直于底板的方向以设定速度旋转，水平扫描储罐底板，由于是水平扫描，这样大大提高了扫描的效率。
(2)传统检测方法在检测大面积的板面时，只能检测高频导波传感器以下板面位置，高频导波传感器必须移动到要检测的板面位置，因此高频导波传感器的移动效率决定了检测效率，板面状况不利于高频导波传感器移动时，检测很难进行，必须进行大量的板面修磨处理工作；本方法只需要高频导波传感器在一个固定位置进行旋转扫描，即可检测较大范围的板面面积，检测效率很高，而且检测人员不需要在板面上频繁移动高频导波传感器，劳动强度大大降低，在板面状况不利于高频导波传感器移动时，只需要简单处理高频导波传感器放置部位很小范围的板面，即可实施检测。
(3)储罐内包括加热盘管及顶盖支撑结构等附加结构，传统检测方法的高频导波传感器很难进入以上板面位置进行检测，而本方法无需高频导波传感器进入待检测部位，因此很容易检测上述的储罐特定部位板面，这就提高了储罐底板的整体可检测面积。
(4)本方法中通过优化覆盖冗余值、对扫描形成的图元标准的设定、对约束条件的设定，最终获得最优的检测点分布值，在提高检测效率的同时，也保证了扫描的效果。
(5)由于储罐底板由大量方形、梯形或异型钢板拼接焊接而成，因此本方法在工程实现中，以圆形扫查图像为基本检测数据，用大量基本检测数据图像覆盖各类拼接板，得到完整的底板检测结果。
附图说明
图1为本发明高频导波检测储罐底板方法的流程图。
图2为本发明高频导波检测储罐底板方法中单个图元扫描示意图。
图3为本发明高频导波检测储罐底板方法中储罐底板示意图。
图4为本发明高频导波检测储罐底板方法中方形拼板检测覆盖效果示意图。
图5为本发明高频导波检测储罐底板方法中组合形拼板检测覆盖效果示意图。
图6为本发明高频导波检测储罐底板方法中梯形拼板检测覆盖效果示意图。
图7为本发明高频导波检测储罐底板方法中边缘板检测覆盖效果示意图。
图8为本发明高频导波检测储罐底板方法中方形拼板检测约束修正覆盖效果示意图。
具体实施方式
如图1-8所示，高频导波检测储罐底板方法，包括如下步骤：
s1、将被待检测的储罐底板拼板的工程图导入到软件内，获得各拼板的信息；
获得各拼板的分布信息包括如下步骤：
s11、将n块拼板进行编号，获得编号矩阵
获得各拼板的中心坐标cb，n块拼板j个顶点的坐标矩阵为
获得各拼板设定数量顶点构成的坐标矩阵cr；
形成拼板坐标矩阵c＝[k,cb,cr]；
获得各拼板的板型，不同的板型构成板型矩阵t，分为方形、三角形、梯形、组合型，用不同的数字标识，且组合成列向量；
s12、构造各拼板的面积函数，表示为s＝f1(c,t)。
s2、确定检测储罐底板的扫描部件和检测储罐底板的扫描参数，计算储罐底板所需检测点分布值，其中扫描部件包括用于扫描的高频导波传感器和带动高频导波传感器转动的驱动单元。
步骤s2的具体步骤如下：
s21、设定高频导波传感器单次检测的基本参数，包括水平扫描半径r和单次检测覆盖冗余值m。其中r一般使用范围是0.5米～2米，m>1.571。单次检测的有效面积为
s22、根据设定的基本参数生成检测点分布值；
s23、根据各拼板边缘线性函数，判断对应拼板上的检测点分布值是否满足设定的标准，如果不满足，调整检测点分布值或调整覆盖冗余值m并生成新的检测点分布值；
在步骤s23中，调整覆盖冗余值m的具体步骤如下：
s231、获得覆盖冗余值修正值
s232、构造修正备选向量cal＝[max(cnrx),ax(cnry)]；
s233、获得优化后的覆盖冗余值
s234、根据优化后的覆盖冗余值确定储罐底板所需的检测点个数a，a的取值范围为
s235、确定各检测点位置，高频导波传感器对每块拼板进行行扫描，与行扫描移动方向平行的板边缘线性函数为y＝f2(x)，则扫描到第q行时每次扫描形成的图元满足下列标准，该标准为
如果在迭代计算时，按行调整单次检测的基本图元参数r和m那么第q行迭代图元的判断准则可调整为下式
计算出符合上述公式中对应的i值，计算i值对应的边缘线型板边缘线形函数为y＝f2(x)中多对x坐标和y坐标，即获得每一行图元中各检测点坐标。
s24、循环步骤s23，直至检测点分布值满足标准，导入储罐附加结构的约束条件；
s25、储罐附加结构的约束条件根据拼板坐标矩阵进行分割，并入到各拼板的参数中，确定并入参数后的拼板检测点分布值；
s26、确定设置有储罐附加结构的拼板约束条件，确定步骤s25中的检测点分布值是否满足约束条件，如果不满足，对检测点实行检测点偏移校正，形成新的检测点分布值；
s27、循环步骤s26，直至检测点分布值满足约束条件。
步骤s24-s27中的约束条件包括线类约束和点类约束，所述线类约束用函数y＝f3(x)表示，点类约束用坐标矩阵p表示，约束距离参数用l表示，设经过拼板覆盖迭代后得到的检测图元位置结果为坐标矩阵ux和uy，其中ux为x坐标矩阵，uy为y坐标矩阵，那么约束条件通过下式来影响检测图元位置迭代结果；
f3(uxij)-l≤uyij≤f3(uxij)+l；
满足上式条件时，uyij由(f3(uxij)-l)和(f3(uxij)+l替代。
s3、最终根据检测点分布值生成检测点分布图和坐标矩阵，高频导波传感器移动到各检测点，然后以各检测点为圆心，在垂直于底板的方向以设定速度旋转水平扫描储罐底板，将相应检测点的扫描信息回传到软件内处理分析。
如图2所示，根据上述方法，该实施例中，确定r＝1.414米时，基本图元的最大值边长是2米，等效检测面积是4平方米，此时检测面积覆盖冗余值达到最小的1.571。如图3所示，以一万立方米容积的储罐底板进行举例。底板拼板的幅面参数为6.5米×1.6米，人工输入检测半径r＝0.707米，覆盖冗余值m＝1.96，优化覆盖面积冗余值，最终确定m＝2.381，对储罐底板的局部板型覆盖效果如图4-8所示。
本方法运用高频超声导波技术原理，在待检测的储罐底板中激发出高频超声导波，该导波信号在板面整个厚度范围内充斥，沿板面延展方向传播，在板面出现腐蚀和损伤等异常处，导波的传播出现相应异常，并产生可能的信号反射。高频导波传感器旋转360度，即可实现单个图元的完整扫描。检测速度由高频导波传感器的旋转速度和检测范围共同确定，高频导波传感器接收这些异常导波信号，通过仪器软件的记录和呈现，可以分析出板面的异常状况。该方法可减小板面状况对超声探头耦合的影响，降低耦合要求和检测准备的工作量，提高可检面积。本方法配合高频超声导波定点扫查装置和扫描成像软件，通过分析导波回波信号和成像图像，可以快速扫描评估大面积板面状况，并可推导出一个新的检测速度评价方式。本方法针对大型原油储罐底板的实际状况进行设计，可显著提高检测效率，降低检测劳动强度。
本发明中，使用的高频导波检测传感器可以使用若干个高频导波检测传感器子单元固定在长度为r的横杆上，当以横杆的一端为圆形，另一端被转动，即可加快扫描速度。
以上仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。