欢迎您访问长沙鹏翔电子科技有限公司官方网站

技术与应用

PCIE高速声发射仪/千兆网络声发射仪

技术与应用

常压储罐底板声发射检测自标定的影响因素

发布日期:2017-07-04 23:25    浏览次数:

     目前,油田常压储管的检测需要停产、清罐、开挖和拆除保温层,导致大量的资金投人。声发射检测技术是通过传感器接收设备缺陷释放的能量信号,对信号采集、分析、定位,以确定缺陷的位置与程度。对储罐检验, 可实现不清罐、不拆保温层而进行在线检测,以减少停产损失。检测过程中,声速标定作为确定声波在罐内介质中声速的主要步骤, 其成功与否对声发射检测的准确性具有很大的影响。因此,必须要找出影响声速标定准确性的因素,以保证缺陷定位准确性。

1.  自标定
1.1概念
    目前声速标定的方法主要是通过现场声发射检测系统的源定位校准, 即通过直接在被检构件上发射声发射模拟源信号来进行校准。目前常用的校准方法主要有两种铅笔芯模拟声发射信号源定位校准自标定仪器自身发射一定幅值的声发射信号定位校准。
    相比较而言,人工断铅模拟信号源工作量大,影响检测效率另一方面,模拟的声发射信号源的幅值大小受人为因素影响大,一定程度上也影响了声发射自标定的成功。
    而仪器自标定一方面是仪器自身完成标定 .不需要人为操作.效率大大提高 ;另一方面设备自身发 射的模拟信号稳定 ,可以最大限度地减少模拟源本 身对自标定的影响.因此目前声发射声速标定也越 来越多地向自标定的方向发展 。
1. 2    自标定的步骤
    所谓声发射检测的自标定.即将声发射传感器 作为模拟声发射源 .由每个传感器分别发射声发射 信号.并由其他传感器进行接收.分别完成定位的 过程 。
1. 2.  1    布置声发射探头
    根据储罐的体积大小.在常压储罐底圈壁板周 围距离边缘板 10    20  cm 处均匀布置声发射探头 探头间距应小于 13 m: 1"。
1. 2. 2 设定定位程序 
    根据传感器布置的实际位置进行声发射定位程序的设定.使其尽量与实际位置相同 。
1. 2. 3 设定参数
    对定位程序中声发射在介质中的声速 、最大探
    头间距等参数进行设定 ,完成自标定后可根据实际 标定结果进行调节.当标定位置与实际位置相同时 得到的声速即为声波在被测介质中传播的声速  。 1. 2. 4    开始自标定点击自标定按钮 ,由各个传感器分别发射声i皮 。 发射传感器以外的传感器接受该声波.并完成定位 。 1. 3    自标定的作用自标定结果正确,即每个传感器定位的位置与 其本身布置的位置相同 ,则定位过程中设定的声速 即为声波在该设备介质 中的传播声速 。i亥过程也是 确定声发射声速的必要过程 。定位准确才可保证声 发射检测的准确性和有效性 。
2    自标定影晌因素分析
    为了确保自标寇的准确性.从而保证声发射检 测的有效性.应用德国 VALLEN 公司生产的 AM­ SY 5 型声发射仪对常压储罐底板检测前的自标定 进行了反复试验.确定了如下的影响因素.现进行详 细分析 。
2. 1   噪声的影响
    在现场的声发射检测中 ,噪声是不可脏免的.此 处提到的噪声主要有两种 :储罐外部的环境噪声和 储罐内部由于不停产导致的液体流动 、罐内部件摩擦等噪声 。
2. 1. 1 储雄外部噪声影响 
    储罐外部环境由于生产生活的需要  ,会存在如大风 、汽车噪声、各种泵噪声及人员活动所造成 的一系列噪声。为了明确这些噪声的影响.分别将 传感器布置于罐体和空气中进行噪声测试句 测试结 果如图 l所示。

 
    比较传感器在罐上和空气中的噪声信号 ,可以 看出 ,在没有汽车噪声 、泵噪声等机械噪声的情况 下.空气中如人员说话 ,风声等正常噪声频率幅值不 同.对声发射信号定位的影响不大 。但对于储罐周围存在大量如注水泵  、电机等机械噪声时.声发射信
号杂乱.门槛值设定过高.容易将有用的信号过滤 ; 设置过低.噪声严重影响声发射信号的定位 。因此, 在外界机械噪声较大的情况下是不宜进行声发射检 测的。
2. 1. 2 储罐内部噪声影响 
    罐底板的声发射检测采集的有用信号是罐底板腐蚀或泄漏产生的声发射信号 。而由于声发射检测 是在线检验 ,油气储运的生产过程中 ,储罐阀门泄 漏 、附件震动 、摩擦等产生的噪声信号大多来自储罐 上部 ,这些噪音被定位探头接收后.对自标定有很大 
的干扰性。
 
2. 2   声速初值的设定
2. 2.  1    卢发射源的定位
(1 ) 两个探头阵列的平面定位计算方法 考虑将两个探头固定在→个无限大平面上.假设应力波在所有方向的传播均为常声速 v' D,.l 为两 个探头的声发射信号到达的时间差 ,两个探头的定 位结果如图 2 ( a ) 所示.以下方程可确定声发射源的 位置 :             
                     
 
( 2 ) 三个探头阵列的平面定位计算方法
    两个探头的 八E 师、定位显然不能满足平面定位

的需要,然而 如果增加第三个探头即可以实现平面定位。如图 2( b)所示,可获得的输入数据为 3 个探 头的声发射信号到达次序和到达时间及两个时 差, 由此可以得到如下系列方程 :

上述后两个方程为两条双曲线方程 ,通过求 解就可以找到这两条双曲线的交点 ,也就可以计算出 声发射源的部位。
2. 2. 2 声速初值设定
    通过 2. 2. 1 中对声发射摞定位方法 的分析可以 看出,声速的大小直接影响定位位置的准确性 。腐蚀泄露声发射信号幅值小,频率低,根据声波 信号的传播特点可知 ,在液体中声波传播速度慢而 衰减小 在金属中传播速度快但幅值衰减快 ,因此 要完成罐底腐蚀泄露点的准确定位 ,传感器接收到的信号应由罐底板经过被体传播 至传感器 ,因此声 速初值应设定为声波在液体中的传播速度 。由于内 部介质成分的复杂性.可以在自标定结束后对声速 进行微调,使标定结果准确 。
2.3 定位信号的有效接收 
    在罐底板的声发射检测中 ,定位信号是在罐内液体中传播的,影响其是否能够有效接收的主要因 素包括罐底泥沙和 门槛值的设定。
2. 3. 1 雄底泥沙层的影响
    由于生产的需要.大部分常压储罐的清罐间隔 时间在 3    4  a,大部分常压储罐罐底都存在部分油 泥而导致罐内介质的不均匀性,影响了声慌的传播 , 使得无法完成全部传感器的自标定 。因此,成品油罐和外输的原油储罐信号采集稳定 、定位较准确 ,而 缓冲、沉降罐和污水罐当底部泥沙过厚时,信号的传 播和定位受到影响 。
2. 3. 2  门槛值设定
    为了避免不必要的噪声影响.通常会设定  定 的门槛值进行滤波。自标定时 如果门槛值设定过 低,就无法起到有效滤波的作用 ,主要因为传感器发 出的声波幅值大.通过壁板传播虽然衰减大,但速度 快,即使门槛值过低 ,仍会被其他传感器接收到 ,由 此每个传感器会出现两个定位点 ,即分别通过壁板 和介质传播的声波进行的定位点.如图 3。如果按 照此声速进行检测 ,实际的腐蚀世露信号幅值小,无 
法对罐底板的腐蚀泄露信号准确定位 。

 
2. 』    储罐结构对声发射检测 自标定的影晌
    根据前面对定位原理的叙述 ,得出要进行准确 定位.传感器的布置应形成 一个闭合的圆形区域的 结论。由于人孔 、清扫孔 、进出管线的影响( 图 的, 使得该区域不闭合,而导致自标定的不准确性 ,甚至 
由于不连续,声信号元法传播 ,以致部分探头的自标 定无法完成。
3 提高自标定成功率的方法
    在实际检测中 ,结合上述分析,通过大量的现场 试验,针对每个影响常压储罐罐底板声发射检测自 标定的因素提出了相应的改善措施 ,并进行了部分验证 。 改善后 ,自标定成功率得到 了提高。
3. 1 布置双层探头 
    针对罐内存在噪声的问题,在定位探头上方的平面 布置同样数量的传感器 ,如图 5 所示,并进行相应的软 件设置 ,依据声发射波的优先接收原则,罐内噪声会首先被上层传感器接收.下 层定位传感器将不会接收 ,从而不影响自标定以及 罐底板缺陷信号的定位。

3.2 设定准确的初始声速
    依据前面的分析 ,参与定位的有效信号为沿罐 内介质传播的声发射信号 ,因此,结合声发射波的传 播特点以及不同储罐内介质的特点,通过现场试验 可以确定同类型储罐的声速值范围 ,进而减少该因 
素的影响,得到唯一的定位点,且与传感器实际位置 基本重合,通过微调 ,即可得到准确的声速 ,完成自 标定。
3.3 设定准确的信号门槛值 
    门槛值是软件过滤噪声 、保留有效信号的主要手段,针对同类型的储罐,可以通过改变门槛值 ,观 察在传感器发射波幅值相同的情况下 ,通过壁板和通过介质传播的声发射波的幅值特点 ,针对该特点 , 有针对性地设置门槛值 ,达到保留介质传播信号而 除去壁板传播信号的目 的,保证自标定的成功 。
3.4 合理布置传感器 
    现场的传感器布置除了按照常规的方法之外 ,
还应尽可能远离人孔 、清扫孔 、进出口等结构不连续 的位置,使传感器尽量形成闭合的圆环 。图 6 为改 善后的某次自标定的三维效果图 。

 
4    结论
    通过现场试验结合理论分析 ,找出了影响声发 射自标定的主要因素 ,并通过试验找出了改善的方 法以及检测过程中应注意的问题 ,以提高自标定准 确度,确定准确的声速 ,进一步提高恼田在用常压储 
罐声发射检测的高效性和准确性 ,为胜利油田在用 常压储罐的安全运行保驾护航 。


陈健飞,仇东泉,盛 华,王安泉,彭胜利 ,王维斌
(胜利油田特种设备检验所 ,东营 257000)