環境噪音對聲發射檢測的干擾及排查

王玉林 張延兵

（江蘇省特種設備安全監督檢驗研究院南通分院 南通 226011）

環境噪音對聲發射檢測的干擾及排查

王玉林 張延兵

（江蘇省特種設備安全監督檢驗研究院南通分院 南通 226011）

聲發射作為一種被動檢測技術，已成為儲罐在線安全評估的重要手段之一。針對儲罐聲發射檢測中最常見的環境噪音問題，本文對一起儲罐聲發射檢測異常環境噪音干擾案例進行詳細的研究，分析其產生機理及可能導致信號異常的影響因素，逐個排查，最終成功消除影響聲發射檢測的干擾源，從而保證了儲罐在線檢測的順利進行和檢測結果的準確可靠。

聲發射 環境噪音 排查

隨著我國化工行業的快速發展，由于生產原料及產品儲存的需要，建設了大量的生產型化工儲罐，而這些儲罐往往存放著大量有毒、有害、易燃、易爆危險化學品，相較于傳統的油品儲罐其危險性更大。如近期福建古雷PX項目發生爆燃，事故起因即由于33號騰龍芳烴裝置和周邊的常壓渣油儲罐發生漏油導致著火，造成巨大損失。

儲罐底板聲發射檢測技術可以對達到或接近檢驗周期的儲罐進行不停工、不倒罐條件下的快速在線檢測，對罐底板的腐蝕狀況和是否存在泄漏及泄漏的位置做出評價，通過分級幫助管理者列出儲罐的維修優先順序,對狀態好的儲罐可繼續連續使用，而不必開罐檢修。因此，聲發射技術在保證儲罐安全運行的前提下，不僅能節省相當可觀的檢修費用，更能大大地縮短檢修時間，使檢修對生產的影響降到最小程度。鑒于此原因，儲罐的聲發射在線檢驗技術在大型化工儲罐檢驗方面應用越來越廣泛。

1 罐底板的聲發射檢測

日前受某公司委托，對其編號為135-T-102（見表1）的煤制油生產裝置中的加氫穩定原料油儲罐進行底板在線聲發射檢測，聲發射儀器參數設定見表2。

表1 儲罐參數

表2 聲發射儀器參數設定

圖1為聲發射1#通道幅值時間歷程圖，聲發射信號幅值呈現出明顯的平直線狀連續型特征，且其余各個采集通道均呈類似狀況。一般情況下，儲罐底板在長時間的使用過程中會產生腐蝕或泄漏，此時會伴隨有聲發射信號產生（腐蝕過程中的電化學反應、腐蝕層開裂及脫落、腐蝕氣泡的產生等;泄漏過程中介質與泄漏孔及介質之間摩擦產生的湍流噪聲等）[1]。腐蝕是一個近似均勻連續的過程，期間會有不同幅值的撞擊信號產生，這主要是由于腐蝕過程是由不同的階段組成，在腐蝕的孕育階段一般聲發射信號較弱，在腐蝕的終結階段，即發生腐蝕產物的剝落、氣泡的產生等情況時，聲發射信號較強，總體上講腐蝕過程中的聲發射撞擊信號仍然呈現離散狀態（見圖2）。而泄漏信號的活度和強度與泄漏孔的大小及泄漏速度有關，泄漏過程會產生大量聲發射信號（見圖3），其信號特征仍然呈現離散密集的聲發射信號。綜上分析，當儲罐底板存在腐蝕或泄漏時，由于其產生機理的多樣性會使聲發射信號存在突發性和混合性的特征，不會呈現直線狀、等幅值的連續型信號。因此推斷此次聲發射檢測信號采集過程中可能受到外界噪音干擾。

圖1 1#通道幅值時間歷程圖

圖2 典型腐蝕信號圖

圖3 典型泄漏信號圖

2 背景噪音源的排查

依據JB/T 10764—2007常壓儲罐聲發射檢測方法(5.6)，背景噪音源包括高充壓速率（可測量的流動噪聲）、物體和儲罐的機械撞擊（碰撞、摩擦、磨損）、電磁干擾（EMI）(馬達、焊機、起重機)和射線干擾（RFI）(廣播設施、對講機)、管道或軟管連接處的泄漏、壁板的泄漏、空中懸浮物、昆蟲、降雨雪、冰雹、大風、加熱器、噴淋器、攪拌機、液位探測儀及其它儲罐內部的構件、儲罐的化學反應、汽包的運動等[2]。在根據現場實際情況及儲罐自身結構等其它條件的綜合考慮下，確定了可能存在的幾種背景噪音源：1）設備本體原因；2）輸入電源干擾；3）儀器儀表電磁干擾；4）機械噪聲干擾。

2.1 設備本體原因

聲發射檢測過程中由于聲發射設備的主機、信號線、前置放大器中的電磁環境，在工作狀態下，會產生一些自激電磁信號，由于設備元器件的性能質量、整體可靠性、穩定性均不盡相同，因此設備的自激影響不盡相同，此時會影響設備的整體降噪處理，從而導致檢測信號的異常輸出[3]。為排查可能性，將此次出現異常信號的傳感器連同導線重新轉移至相鄰儲罐進行二次采集，平直型的聲發射信號消失，恢復至離散式的特征，由此分析設備功能正常，需要從其他方面排除原因。

2.2 輸入電源干擾

聲發射設備在應用過程需要連接交流電源，一般來講，交流電源的三相接口有接地功能，這樣可以有效避免對地電磁干擾，但往往有些罐區供電電源的接地狀況不良，導致采集過程出現電磁干擾較為嚴重，可采用另接一段接地線屏蔽對地電磁干擾。從上述更換儲罐檢測后信號恢復正常的現象，基本可以排除此種可能。

2.3 儀器儀表電磁干擾

為及時掌握儲罐內部介質的存儲量及工作溫度等情況，一般儲罐會裝設有雷達液位計、液位報警裝置、溫度計等設備，而這些設備都需要有供電電源支撐以實現儲罐實時數據信號的傳輸，如果聲發射檢測設備的抗電磁干擾能力欠缺，也會對檢測數據產生不良的影響。以雷達液位計干擾為例，由于雷達液位計會周期性地發射雷達信號測試介質液面的高度，此時信號同樣會被聲發射傳感器接收到（圖4幅值歷程圖即為等幅值的周期性信號），此時如果雷達液位計的信號強度超過腐蝕信號，則會呈現直線狀的聲發射信號。為排查此種可能，關閉與儲罐所有相連的動力及控制電源，此時儀器各通道采集到的信號仍為直線狀，可見基本可以排除此種影響因素的可能。

圖4 雷達液位計干擾下的幅值歷程圖

2.4 機械噪聲干擾

一般來說，與罐體直接連接的機械結構都有可能在檢測過程中造成影響，如盤管、氮氣保護裝置、管道閥門、泵、浮盤、機械液位計、保溫層、標牌等。如管道閥門長期使用條件下發生內漏，將會對檢測信號造成干擾；泵的使用也會對聲發射檢測信號產生嚴重影響等。所以在儲罐底板的檢測中，儲罐內的液體需要盡最大努力地保持“安靜”，通常在罐體泵及閥門有效關閉2h后，才可以消除罐內介質的擾動影響。

●2.4.1 管道閥門

為排除儲罐連接閥門內漏的影響，先使用閥門內漏聲發射檢測儀對儲罐周邊所有連接管路上的閥門逐個進行在線泄漏檢測，檢測結果顯示所有閥門均無內漏現象，閥門工作正常，說明檢測過程中的噪聲來自于其他因素。

●2.4.2 氣動閥

儲罐介質進出料管路控制閥門采用的是氣動控制閥門（見圖5），在對儲罐進行聲發射檢測過程中該氣動閥的閥體出現了明顯壓縮空氣泄漏聲音，此時雖然管路處于關閉狀態，但閥體與壓縮空氣摩擦產生的振動仍然通過閥體傳播到管路中，由于氣動閥所處位置距離罐體較近（1m左右），信號衰減有限，仍有可能對檢測產生不良的影響。關閉控制氣動閥的壓縮氣體，然后進行數據采集，此時聲發射信號（見圖6）雖仍然呈現直線狀的特點，但其平均幅值已由86db降至70db左右，可見氣動閥壓縮空氣泄漏產生的機械振動為信號干擾的重要影響因素。

圖5 管道位置示意圖

圖6 1#通道幅值時間歷程圖

●2.4.3 蒸汽管道

根據上述排查結果，可以推斷該信號干擾為機械噪聲且干擾源很有可能就是位于儲罐的進出管路聚集處（1#測點附近）。為進一步復驗，決定采用逐點探測的方法進行排除。采用同一導線分別在1#測點、2#測點、3#測點處分布進行數據采集（見圖7）。

圖7 通道幅值時間歷程圖

從圖7三次檢測結果中可以看出，隨著距離的增大信號幅值出現明顯的衰減特征，（1號測點：70dB左右，2號測點：65dB左右，3號測點：56dB左右）。采用同樣方式從1#測點處進行反向數據采集，信號特征基本類似。由此可確定干擾源在1#測點附近，驗證了數據采集前的推斷。

再次檢查儲罐的附屬管路，在1#測點處可能產生干擾的只剩蒸汽管道，用紅外測溫儀在管道保溫破損處測溫，溫度顯示78.6℃，且管道有明顯的振動，說明該段管道正在運行。關閉蒸汽進氣管道主控閥門A（見圖5），此時干擾消失，聲發射信號呈現了明顯的離散特征（見圖8），由此消除了最后一個聲發射檢測的干擾源。原因分析：從圖5中可以看出，在前述檢測過程中，蒸汽管道進氣管與儲罐內置加熱盤管法蘭連接處已加設盲板，蒸汽由閥門B所處的回路返回出氣管路，罐內加熱盤管處于關閉狀態，因此預測不會對聲發射數據采集產生干擾。事實上，雖然盲板后端加熱管道處于關閉狀態，但由于此處有管路的變向及閥門，蒸汽在此處產生了流向的突變，必然造成蒸汽與管路的彎頭、閥體等結構件的沖擊、摩擦等，進而產生強烈的聲發射信號，再加上蒸汽回路（閥門B、彎頭、三通處）距離儲罐只有0.3m左右，信號衰減極其有限，導致了大量的機械噪聲信號傳入儲罐本體，影響了正常的聲發射檢測。綜上分析，正是由于檢測過程中的錯誤推斷，忽視了此干擾源的影響，使得檢測數據失真，檢測過程一波三折。

圖8 通道幅值時間歷程圖

3 結束語

聲發射檢測作為一種被動檢測技術，對噪聲十分敏感，其對周圍環境的要求較為苛刻，設備采集到的信號除有效的聲發射信號外，還有可能來自其他各種復雜的聲源，包括臨近的工作中的泵而使管路振動、閥門泄露、產品滴入罐中、設備泄露空氣或氮氣、附件摩擦、臨近調節閥的操作、臨近罐的操作等。由于技術原因，目前對各種有效聲源進行識別只能依賴于檢測人員的檢測技術水平和現場檢測經驗，因此對檢測人員的技術能力要求較高。為保證檢測過程的順利進行，就需要在檢測前做好各項準備工作，始終保持儲罐處于“安靜”狀態，如：切斷與儲罐相連的所有動力及控制電源，關閉儲罐所有的附屬管路及動設備，選擇合適天氣、盡量屏蔽儲罐附近其他動設備的機械振動干擾等。對于檢測過程中發現的信號干擾，應認真分析并進行干擾源的排查，不斷提高檢測技術水平及信號處理能力，從而保證儲罐在線檢測的順利進行和檢測結果的準確可靠。

[1] 徐健，吳欣強，韓恩厚，等.聲發射技術在金屬電化學腐蝕與應力腐蝕研究中的應用[J].腐蝕科學與防護技術，2009，21(5)：472-476.

[2] JB/T 10764—2007 無損檢測 常壓金屬儲罐聲發射檢測及評價方法[S].

[3] 黃瑾.儲罐的聲發射檢測技術應用研究[D].西安：西安石油大學，2012.

Ambient Noise Interference and Its Checking for Acoustic Emission Testing

Wang Yulin Zhang Yanbing
(Special Equipment Safety Supervision Inspection Institute of Jiangsu Province, Branch of Nantong Nantong 226011)

As a kind of passive testing technology, acoustic emission has been one of the important method of online security assessment on tanks. Ambient noise is the most common problem of the acoustic emission testing, this article researches the abnormal ambient noise happened during an acoustic emission testing in detail, analyzes the mechanism and influencing factors may result in abnormal signal, checks the interference one by one and successfully removes the factors interference of acoustic emission testing, and ensures the smooth progress of the tank on-line detection and the reliability of the result.

Acoustic emission Ambient noise Checking

X924.2

B

1673－257X(2015)10-0049-04

10.3969/j.issn.1673-257X.2015.10.012

王玉林（1986～)，男，本科，工程師，檢驗員，主要從事特種設備檢驗工作。

2015-05-18 ）