CN109406637A - 一种用于卧式储罐腐蚀泄漏声发射定位的实验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于石油化工设备声发射无损检测领域，公开了一种卧式储罐声发射检测腐蚀泄漏定位的实验装置；实验装置包括有罐壁构成的储罐本体以及声发射信号采集系统；本发明的实验装置可以对储罐进行多种工况的模拟，如腐蚀、泄漏、裂纹扩展等工况，也可对储罐进行介质填充，加压等，实现了对多种不同类型条件下储罐的腐蚀泄漏声发射源信号定位的实验室内分析，还能对统一工况进行重复性实验以及多种工况下的组合实验，对储罐腐蚀泄漏进行研究；本发明通过根据实验所处环境背景噪声的大小，设置合适的门槛值，选择扩展波波速，同时设计了环形传感器阵列用于腐蚀泄漏定位研究，减少了导波多模态情况的干扰以及背景噪声的影响，提高了定位的准确性。

Description

一种用于卧式储罐腐蚀泄漏声发射定位的实验装置
技术领域
本发明属于石油化工设备声发射无损检测领域，尤其是涉及一种卧式储罐腐蚀泄漏声发射定位的实验装置。
背景技术
储罐作为石油化工行业的辅助生产设施，在整个工艺上产系统中起着“承上启下”的作用。储罐在使用过程中，在内外部条件的作用下，不可避免的会受到损伤，导致腐蚀穿孔，产生裂纹等，由于这些设备大多储存着高温、高压、易燃、易爆或剧毒介质，一旦发生泄漏，往往并发爆炸、火灾或中毒等灾难性事故，造成重大的生命财产的损失，并引起严重环境污染。
声发射作为一种动态的无损检测方法，其检测的能量来源于被测物体本身，在一次实验过程中，声发射能够整体探测和评价整个结构中缺陷的状态，缩短检验的停产时间甚至不需要停产，而且鉴于声发射检测技术在检测原理上的优越性，可以实现对管道中已经存在泄漏的连续检测，但是现场的储罐检测通常需要开罐来验证检测结果，而开罐对储罐寿命具有严重的危害，现场声发射特性对材料很敏感，能接收到各种各样因素产生的声信号，形成干扰，因此对检测系统和人员要求较高，需要有更为丰富的数据库和现场检测经验来对数据进行正确解释，声发射定位精度也受到波速、信号衰减、背景噪声、导波模态以及储罐结构等的影响；对于储罐的声发射检测研究而言，室内的模拟实验同样是一种重要的研究方法；因此，设计出一套小型且能够模拟储罐在服役过程中各类工况的实验装置，来研究储罐腐蚀泄漏声发射定位，也可用于相关人员的培训教学，并将此种实验装置推广运用于大型储罐的声发射检测中。
发明内容
本发明的目的在于提出一种适用于卧式储罐的腐蚀泄漏声发射定位的实验装置，克服现有的技术缺陷，检测判定储罐的腐蚀泄漏情况并且对腐蚀和泄漏的位置实现定位，提高定位的准确性，满足各类卧式储罐的检测，符合室内实验教学需求和可控、可重复实验要求，为储罐声发射检测理论和方法研究提供实验平台。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种用于卧式储罐腐蚀泄漏声发射定位的实验装置，其特征在于，所述用于卧式储罐声发射定位的实验装置包括由管壁组成的卧式储罐本体和声发射信号采集系统；所述储罐本体左右两端为球面封头，罐体有进料口、出料口、排气口、预制缺陷；所述预制缺陷在一定压力条件下会产生裂纹，用于裂纹扩展声发射研究；所述声发射信号采集系统包括传感器、前置放大器、数据采集卡和信息处理计算机；所述传感器包括第一到第六传感器，共六个，所述传感器按照阵列放置在储罐外壁，储罐左侧环向均匀布置第一传感器、第二传感器和第三传感器，同理在储罐左侧对称均匀布置第四传感器、第五传感器、第六传感器，传感器接触面用耦合剂与储罐贴合，并通过磁夹固定在储罐上，用于采集沿储罐表面传播的声源信号；所述前置放大器用于对侦测到的微弱的声发射信号进行放大处理，同时把不需要的信号过滤掉；所述数据采集卡用于数据的采集，并对采集到的信号进行分析、处理和存储。
本发明所述一种卧式储罐腐蚀泄漏声发射定位的实验装置中，所述储罐左侧封头有料口，进料可为气体或液体，通过螺纹与进料管连接；所述进料口由补强圈、圆形端口与进料口盖组成；所述的补强圈焊接在进料端口外圆周与罐体相连处；进料口盖焊有环形把手，所述罐体由底座固定，罐体底部有出料口。
进一步，所述罐体左侧横向焊缝和中部环形焊缝有预制的长度为100mm的缺陷。
进一步，所述传感器为R151-AST型压力传感器，谐振频率在50~150KHz之间，通过均匀性，稳定性好，有稠度的耦合剂，用磁夹固定在储罐表面，并通过前置放大器与数据采集卡连接。
进一步，所述信号采集卡有8个声发射通道，通过PCI总线与计算机相连，传感器接收到的声源信号由数据采集卡采集、分析、处理和保存，最后在计算机中显示。
进一步，所述声发射信号采集系统SAMOS软件运用的是时差定位法。
与现有技术相比，本发明卧式储罐腐蚀泄漏声发射定位实验装置具有如下优点：
1、本发明所述的一种卧式储罐腐蚀泄漏声发射定位的实验装置适用于检测各种类型的卧式储罐，可对储罐进行实时监测，并能够在短时间内获取整个罐体的信息，当缺陷随着载荷、时间、温度等外变量变化时，哪怕是微小的缺陷，声发射系统都能监测到，从而预防管道破裂或泄漏。
2、本发明所述的一种卧式储罐腐蚀泄漏声发射定位的实验装置，可在不同介质和压力条件下，模拟腐蚀、泄漏、裂纹扩展等不同工况，进行实验研究。
3、本发明所述的一种卧式储罐腐蚀泄漏声发射定位的实验装置，可通过断铅法实现储罐声发射监测的重复性、可控制性试验，同时也能够满足室内试验的需求。
4、本发明所述的一种卧式储罐腐蚀泄漏声发射定位的实验装置在设计中结合了储罐内导波传播的模态分析，利用扩展波的波速用于定位计算更洁净实际情况，故选择了扩展波的波速用于定位研究，同时传感器的阵列设计，能够更加全面的接收到声源信号，提高定位的精度。
附图说明
图1为本发明一种卧式储罐腐蚀泄漏声发射定位的实验装置结构示意图；
图2为本发明一种卧式储罐腐蚀泄漏声发射定位的实验装置罐体图；
图3为本发明一种卧式储罐腐蚀泄漏声发射定位的实验装置左视图；
图4为本发明一种卧式储罐腐蚀泄漏声发射定位的实验装置右视图；
图5为本发明一种卧式储罐腐蚀泄漏声发射定位的实验装置传感器及磁夹示意图。
其中1传感器、2罐体、3第一排气口、4第二排气口、5进料口、6环形把手、进料口盖、8补强圈、9出料口、10底座、11第一传感器、12第二传感器、13第三传感器、14第四传感器、15第五传感器、16第六传感器、17数据采集卡、18通道线、19PCI总线、20安装有SAMOS软件的计算机、21储罐左侧环形焊缝、22储罐左侧横向焊缝、23储罐中部环形焊缝、24储罐右侧环形焊缝、25储罐右侧横向焊缝、26储罐左封头、27储罐右封头、28储罐左侧横向焊缝预制缺陷、29储罐中部环形焊缝预制缺陷、30前置放大器、111磁夹、112传感器与通道线接口、113耦合剂。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清晰，下面通过附图和实施例，对本发明做进一步的详细说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以结束本发明，并不限定于本发明。
下面采用断铅法对本发明的应用原理做描述。
如图1和图2所示，本发明实施例提供的卧式储罐腐蚀泄漏声发射定位的实验装置，包括有罐壁组成的储罐本体2和左右两端的封头26、封头27，补强圈8焊接于左侧封头26，整个罐体焊接于底座10；封头左侧安装有进料口5，进料口盖7以及焊接在进料口盖上的环形把手6，储罐顶端左侧有排气口3，底部中侧有出料口9；实验介质通过进料口5输入储罐，输送介质的同时，打开排气口3，关闭出料口9，待介质充满储罐时关闭排气口3，此时可进行常压或者加压实验；横向焊缝22上有预制缺陷28，环形焊缝25上有预制缺陷29，长度均为100mm，预制缺陷在一定压力条件下会发生开裂，产生裂纹扩展信号。
在罐体中放置传感器阵列，本发明实施例的传感器布置如图三、图四所示，在罐体环向均匀分布，每行三个传感器，放置两行，在通道数足够的条件下，每行可以放置至少三个传感器，至少三行。
如图2、图3所示，在罐体环左侧环向放置了第一传感器、第二传感器和第三传感器，在罐体右侧环向放置了第四传感器、第五传感器和第六传感器。
如图4、图5所示，传感器由磁夹111和耦合剂113固定在罐体上，通过传感器接口112连接通道线18，通道线18和数据采集卡17之间装有前置放大器30，数据采集卡17由PCI总线19连接安装SAMOS软件的计算机20。
储罐中腐蚀、裂纹扩展、泄漏等产生的信号，在储罐中传播，传感器接收到声源信号后，前置放大器30对信号进行放大和过滤，传输到数据采集卡17中，数据采集卡17对数据进行分析、处理和保存，最后在计算机20上的SAMOS软件读取、显示。
下面结合具体实施例对本发明做进一步描述。
本发明实施例提供的卧式储罐腐蚀泄漏声发射定位的实验装置检测方法，如下：
传感器按照设计阵列固定在储罐2上，并连接好数据采集卡17，对计算机20中的SAMOS软件进行参数设置、通道组设置以及定位设置。
采用断铅法在罐体任意位置断铅，模拟裂纹扩展信号，断铅产生的信号与金属裂纹扩展相似，能量分布主要集中在50~150 kHz之间，和R15I-AST型传感器的谐振频率相适应，断铅信号有别于无规律的噪声，便于采集，同时在参数设置时根据实验所处环境背景噪声的大小，设置合适的门槛值，可以解决环境噪声的干扰，将选择的扩展波波速用于腐蚀泄漏定位研究，实施例中采用断铅法进行裂纹扩展信号模拟实验时，储罐为常压没有介质。
对储罐进行介质填充，根据声发射计算机20中SAMOS显示的信号变化，调节压力，模拟裂纹产生、扩展以及泄漏信号定位实验研究。
在本发明中，采用断铅法可在储罐排空、半满、全满、加压等条件下进行腐蚀泄漏的声发射的定位研究，可根据实际需求和现有的条件，增加传感器数量和阵列。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所做出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (8)

1.一种用于卧式储罐腐蚀泄漏声发射定位的实验装置，其特征在于，所述用于卧式储罐声发射定位的实验装置包括由管壁组成的卧式储罐本体和声发射信号采集系统；所述储罐本体左右两端为球面封头，罐体有进料口、出料口、排气口、预制缺陷；所述预制缺陷在一定压力条件下会产生裂纹，用于裂纹扩展声发射研究；所述声发射信号采集系统包括传感器、前置放大器、数据采集卡和信息处理计算机；所述传感器包括第一到第六传感器，共六个，所述传感器按照阵列放置在储罐外壁，储罐左侧环向均匀布置第一传感器、第二传感器和第三传感器，同理在储罐左侧对称均匀布置第四传感器、第五传感器、第六传感器，传感器接触面用耦合剂与储罐贴合，并通过磁夹固定在储罐上，用于采集沿储罐表面传播的声源信号；所述前置放大器用于对侦测到的微弱的声发射信号进行放大处理，同时把不需要的信号过滤掉；所述数据采集卡用于数据的采集，并对采集到的信号进行分析、处理和存储。
2.如权利要求书1所述的一种用于卧式储罐腐蚀泄漏声发射定位的实验装置，其特征在于，所述储罐上方有排气阀门。
3.如权利要求书1所述的一种用于卧式储罐腐蚀泄漏声发射定位的实验装置，其特征在于，所述储罐左侧封头有料口，可通过螺纹与进料管连接；所述进料口由补强圈、圆形端口与进料口盖组成；所述的补强圈焊接在进料端口外圆周与罐体相连处；进料口盖焊有环形把手。
4.如权利要求书1所述的一种用于卧式储罐腐蚀泄漏声发射定位的实验装置，其特征在于，所述罐体底部有出料口。
5.如权利要求书1所述的一种用于卧式储罐腐蚀泄漏声发射定位的实验装置，其特征在于，所述罐体中部环形焊缝和左侧横向焊缝中有预制的缺陷，长度为100mm。
6.如权利要求书1所述的一种用于卧式储罐腐蚀泄漏声发射定位的实验装置，其特征在于，所述罐底焊接有底座。
7.如权利要求书1所述的一种用于卧式储罐腐蚀泄漏声发射定位的实验装置，其特征在于，所述传感器为压力传感器，谐振频率在50~150KHz之间，通过均匀性，稳定性好，有稠度的耦合剂，与储罐表面贴合，再用磁夹将传感器固定在储罐表面，通过前置放大器与数据采集卡连接。
8.如权利要求书1所述的一种用于卧式储罐腐蚀泄漏声发射定位的实验装置，其特征在于，所述声发射仪有8个声发射通道，通过PCI总线与计算机相连。
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