国内储罐罐底腐蚀检测技术研究进展

文/卢军科 徐继刚

立式常压储罐是原油及化学危险品贮存、分离、外输、中转的一个重要设备，它是使用最为普通、在役时间较长的设备之一。在使用过程中，常年在自然环境下工作，经受内含物的侵蚀，不可避免地会受到腐蚀。统计结果表明，在用储罐的罐底板腐蚀最为严重，是引起储罐失效的主要原因。对储罐罐底进行相关的检验可以了解储罐的使用状况，预防储罐失效。目前储罐罐底板无损检测的技术主要有：超声测厚技术、超声导波技术、涡流检测技术、漏磁检测技术、声发射技术等。

一、 超声测厚检测技术

超声测厚检测原理是探头发射的超声波脉冲到被测物体并在物体中传播，到达材料分界面时被反射回探头，通过精确测量超声波在材料中的传播时间来确定被测材料的厚度。超声波检测具有较高的灵敏度，对面性缺陷比较敏感，也能检测到很深的内部缺陷。杨理践[1]进行了多通道超声波检测、自动行走小车、自动行走小车定位、防爆能量传输、防爆信息传输、超声检测数据处理等方面的研究。该方法能有效地识别罐底钢板的缺陷，并能根据缺陷回波信号判断出缺陷的大小以及位置等信息。康叶伟[2]采用机器人超声测厚扫描，实现不开罐的在线检测，采用极值理论分析检测数据提高了底板腐蚀评价的可靠性。焦敬品[3]研究了一种基于水浸入式超声检测的储罐底板腐蚀评价方法，开发了水浸式超声检测试验系统。

二、 超声导波检测技术

超声导波检测原理是当超声波被局限在板状、管状或棒状材料的边界内时，声波在介质中的不连续交界面间产生多次往复反射，并进一步产生复杂干涉和几何弥散形成的一种波形，这样就形成了新的超声波类型——导波。在固体板中传播的导波类型主要有Lamb波和SH板波（水平剪切波），结合压电或电磁传感器可以检测回波信号，从而检测材料的缺陷。吴红翠[4]选择恰当的激励信号，对储油罐底板无缺陷、通孔缺陷、裂缝缺陷、腐蚀坑缺陷进行有限元仿真模拟，通过分析超声导波回波信号的信噪比，可以准确定位缺陷位置和几何特征，为SH超声导波检测技术应用提供了有力的理论支持。肖贤军[5]使用多功能超声检测仪的导波对8mm厚度板中人工标准缺陷进行了线性和旋转角度扫查方式检测，给出了缺陷图像，反映了在一定频厚积条件下激励导波的传播特性和对不同缺陷的检测能力。李杨[6]建立了双层弹性介质SH波模型，对其进行了频散方程的推导。提出一种通过测定SH模态群速度来实现钢板表面附着层厚度测量的方法。黄志强[7]基于Lamb波检测技术，设计了一套能紧贴储油罐壁自动行走的储罐底板自动化检测装置，实现了对储油罐底板缺陷检测。

三、远场涡流检测技术

远场涡流测技术是一种能穿透金属管壁的低频涡流检测技术。远场涡流检测的理论基础为涡流检测，遵循电磁场扩散方程。探头通常为内通过式，由激励线圈和接收线圈构成。当激励线圈通入低频交流电时，检测线圈能拾取发自激励线圈的传过管壁后又返回管内的涡流信号，从而有效检测金属板的内外壁缺陷和厚薄情况。远场涡流检测克服的涡流检测的集肤效应，可以实现对油罐钢板的缺陷检测。谭小川[8]基于远场涡流技术，相控阵技术与磁饱和技术建立了远场涡流检测系统。种玉宝[9]应用加拿大RussellNDE公司开发的Ferroscope308远场涡流检测系统，设置恰当检测条件，实现了对储罐底板腐蚀检测的快速检测。

四、漏磁检测技术

漏磁检测方法是一项自动化程度较高的磁学检测技术，其原理为铁磁材料被磁化后，其表面和近表面缺陷在材料表面形成漏磁场，通过检测漏磁场来发现缺陷。漏磁检测方法速度很快，检测灵敏度高，不受储罐底板表面粗糙度的影响，可以对检测结果定量化，并且能够检测内部缺陷，因此适合储罐底板的检测。孙贵舟[10]成功研制出一台基于PC104的便携式储罐底板腐蚀漏磁检测仪，解决了仪器使用过程中遇到的直线行走、转向和安装困难等关键问题，并在中国石化镇海炼化进行了应用，取得了很好的现场试验效果。张重阳[11]利用了小波分析其独特的时域和频域特性，分析了基于小波变换的漏磁信号奇异点的定位方法和奇异性程度的计算方法，对漏磁信号进行处理。刘志平[12]利用有限元软件ANSYS研究了传感器励磁装置的参数对钢板局部磁化的影响，设计了漏磁信号的后续处理及数据采集电路，研制了相应的漏磁检测传感器。郭罗军[13]采用新研制的储罐底板漏磁检测仪，对7mm标准板上的不同大小的锥形、梯形、通孔三种缺陷进行对比检测。定性分析了探头对不同缺陷敏感度的差异，确定了不同缺陷的有效检测范围。文海燕[14]采用24路霍尔传感器阵列构成的储罐底板漏磁探头进行信号采集，运用中值滤波和最小二乘法相结合的混合算法对采集信号进行预处理，通过软件和算法实现了储罐底板缺陷整体分布图的直观显示，自动生成可视化缺陷检测报告。赵福臣[15]采用有限元方法对直流线圈励磁漏磁检测方法进行研究，结果表明，直流漏磁检测方法是一种有效的局部检测方法，直流漏磁检测模型可变的磁化能力，可以满足不同厚度平板检测的需要，大大提高了检测范围。

五、声发射检测技术

声发射检测方法是一种动态的检测方法，底板上缺陷的形成造成能量释放会产生声音信号，附着于构件上的换能器会接收该声音信号，通过对比数据库中的数据来对该声音信号进行处理和分析，即可对缺陷的存在进行判断。邱枫[16]提出在储罐内部介质中放入传感器，与布置在罐外壁上罐底附近的传感器共同对储罐底板腐蚀缺陷声发射源进行识别的方法；分别进行了模拟储罐底板声源识别定位，模拟储罐声发射衰减特性与储罐底板腐蚀声发射源识别试验。结果表明，该方法可提高声发射对储罐底板声源识别定位的可靠性。邢菲菲[17]设计了一套储罐罐底腐蚀实验平台，采用腐蚀电化学方法激发可控制的点蚀信号。在相同的平台上人为制造裂纹扩展以及罐内油品扰动的声发射信号作为后续实验的对比信号。通过小波包和神经网络对信号进行特征提取和模式识别，通过大量现场实验数据的验证，确定了更合理的对储罐罐底声发射检测技术开展进一步研究的思路。沈书乾[18]通过现场储罐声发射检测数据实例的聚类分析，结果表明K均值聚类能有效地区别不同声源和传播途径的声发射信号，具有很好地去噪效果。张明宇[19]采用自回归模型为特征提取方法，结合声发射实验平台采到的钢板裂纹的开裂、腐蚀形成的钢板薄弱区的受载变形、腐蚀生成的氧化物的剥离产生的声发射信号，采用信号分段、每段分别提取AR特征值的方法，克服了传统AR模型参数提取方法应用在长时序列方面的缺陷。将自回归模型与隐马尔科夫模型相结合，可以有效的识别出腐蚀声发射信号、裂纹声发射信号、氧化物剥离声发射信号。林明春[20]采用护卫传感器对拱顶储罐底板的腐蚀声发射信号进行采集。该方法能有效滤除拱顶储罐罐顶滴液产生的干扰噪声，为后续的数据分析与处理提供了可靠的原始数据。付铜玲[21]基于PC104架构，研制了一种储罐罐底腐蚀声发射信号采集系统。系统能够准确地采集和存储声发射信号，误差最大为1%。杜刚[22]提出了基于平均频谱的储油罐罐底腐蚀声发射特征分析方法，可以有效识别不同腐蚀类型。王伟魁[23]提出了一种基于相关分析的声发射罐底检测降噪方法以消除“虚定位”事件。该方法能够有效消除”虚定位”事件，使得罐底评估的结果与开罐实测的结果更加相符。

近年来，国内在储罐罐底腐蚀检测技术研究方面取得了很大的进展，主要呈现出下下特点：1.机器人技术的运用克服了传统检测技术不能在线检测的缺点。2.采用远场涡流结合相控阵和磁饱和技术克服传统涡流检测的了趋肤效应、磁场强度不够、探针扫面范围小的局限性。3.通过护卫传感器、新的信号处理方法，声发射检测技术越来越得到广泛的应用。4.检测结果的可视化程度越来越高。

参考文献：

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[2] 康叶伟，王维斌，林明春，冯展军.储罐底板机器人在线检测数据的极值分析[J]，南开大学学报（自然科学版）：2012，45（2）：26～30.

[3] 焦敬品，成全，刘德宇，李兵，方舟.基于超声检测的储罐底板腐蚀等级评价方法研究[J]中国特种设备安全2017，33（8）：29～34.

[4] 吴红翠，王明波，敬爽.SH超声导波储油罐底板检测仿真[J]油气储运2013，32（10）：1146～1150.

[5] 肖贤军，刘丽川，刘子厚，鲍永刚.超声导波技术检测储罐底板缺陷[J]，无损检测：2008，30（1）：6～8.

[6] 李杨.储罐底板超声导波检测传感器研制及应用[D]，北京工业大学，2012.

[7] 黄志强，王明波，王维斌，康叶伟，李琴，周已.基于超声Lamb波技术的储罐底板缺陷检测[J]，科技导报：2013，31（16）：47～50.

[8] 谭小川，刘丽川.涡流新技术在油罐底板腐蚀检测中的应用[J]，无损检测：2004.1026（10）：494～513.

[9] 种玉宝，白国荔，唐文庆远场涡流技术在储罐底板腐蚀检测中的应用[J]石油和化工设备：2014.17（2）：61～63.

[10] 孙贵舟.便携式储罐底板腐蚀漏磁检测仪研制[D]华中科技大学2006.4.

[11] 张重阳，张丽娜.储罐底板的漏磁检测信号处理中小波奇异性检测理论的应用[J]，自动化技术与应用：201029（6）：85～86.

[12] 刘志平，康宜华，武新军，杨叔子.储罐底板漏磁检测传感器设计[J]，无损检测2004，26（12）：612～615.

[13] 郭罗军，刘丽川，江志，邹旺.储罐底板漏磁检测方法的有效探测性能分析[J]，油气储运2006，25（6）：38～40

[14] 文海燕.储罐底板缺陷漏磁检测数据可视化软件系统[D]，湖北工业大学，2013

[15] 赵福臣.储罐底板直流漏磁检测方法与实验研究[D]，东北石油大学，2011

[16] 邱枫，戴光，张颖，赵永涛，张明宇.储罐底板腐蚀声发射源的识别定位[J]，无损检测2015，37（2）：14～19.

[17] 邢菲菲.储罐罐底腐蚀声发射信号模式识别研究[D]，天津大学，2008

[18] 沈书乾，李海三.储罐声发射检测信号的聚类分析[J]，无损检测2014，36（9）：54～58

[19] 张明宇.罐底腐蚀声发射信号识别研究[D]，沈阳工业大学，2013

[20] 林明春，康叶伟，王维斌，熊敏，张磊.护卫传感器在拱顶储罐罐底声发射检测中的应用[J]，无损检测：2010，32（8）：.620～623.

[21] 付铜玲，李一博，靳世久.基于PCI04的储罐罐底腐蚀声发射采集系统[J]，传感器与微系统：2012，31（6）：134～136

[22] 杜刚，靳世久，付铜玲，王伟魁，李一博.基于平均频谱的储油罐罐底腐蚀声发射特征分析[J]，纳米技术与精密工程：2011，9（2）：157～161.

[23] 王伟魁，曾周末，孙立瑛，杜刚，靳世久.基于相关分析的声发射储罐罐底检测降噪方法[J]，振动与冲击：2010，29（8）：178～180.