儲罐內置式聲發射多傳感器投放裝置創新設計

宋學玲，婁蘭亭，黃政，張穎，高晗

（1.東北石油大學機械科學與工程學院，黑龍江大慶163318；2.中國石油石油化工研究院大慶化工研究中心，黑龍江大慶163318）

儲罐內置式聲發射多傳感器投放裝置創新設計

宋學玲1，婁蘭亭1，黃政1，張穎1，高晗2

（1.東北石油大學機械科學與工程學院，黑龍江大慶163318；2.中國石油石油化工研究院大慶化工研究中心，黑龍江大慶163318）

儲罐底板腐蝕聲發射在線檢測技術目前被廣泛使用，但對于大型儲罐，會存在檢測盲區，內外部相結合的聲發射在線檢測技術是解決這一問題的有效方法。為此，設計儲罐內置式聲發射多傳感器投放裝置，該裝置可以攜帶多枚聲發射傳感器，并精準投放到大型儲罐內部指定位置，通過內部傳感器與外部傳感器聯合監測，實現大型在用儲罐底板腐蝕內外部結合的全域檢測。

聲發射檢測；大型儲罐；投放裝置；內置式

儲罐作為石油儲備的主要設備，安全性顯得尤為重要。在儲罐趨于大型化的今天，對大型儲罐底板中心區域的實際腐蝕狀態的評估，是實現大型儲罐底板全域檢測需要解決的首要難題[1]。向儲罐內部投放傳感器，進行內外部相結合的聲發射在線檢測技術是解決這一問題的有效方法。為此，設計儲罐內置式聲發射多傳感器投放裝置，該裝置可以攜帶多枚聲發射傳感器，并精準投放到大型儲罐內部指定位置，具有操作方便，安全可靠，精準投放，自動回收等特點。本文重點介紹該投放裝置的主要結構構設計和模型的建立。

1 裝置的結構設計

依據基于功能的模塊化設計方法，將儲罐內置式聲發射多傳感器投放裝置分為浮頂上方投放車和傳感器投放機構兩個部分[2]。投放裝置整體結構組成如圖1所示。

圖1 儲罐內置式聲發射多傳感器投放裝置基本結構

2 浮頂上方投放車設計

通過對大型儲罐浮頂上方實際情況的分析，設計了儲罐浮頂上方的投放車。投放車主要分為投放管纏繞裝置、投放管矯直機構以及清洗機構等，具體結構如圖2所示[3]。

圖2 浮頂上方投放車

3 傳感器投放機構設計

傳感器投放機構是整個投放裝置的關鍵。以5萬立方米的儲罐為例，為進行內外相結合的全域檢測，其所采用的傳感器拓撲陣列為1-6-12型。為此，確定內置傳感器投放位置為儲罐半徑1/3處。投放機構分為動力驅動結構、投放臂以及電機外殼等，如圖3所示。下面對其中的主要部件進行介紹。

圖3 投放機構示意圖

3.1 動力驅動結構

投放機構中投放臂的展開需要三個條件：

（1）投放臂繞關節轉動的角速度穩定可控；

（2）投放臂的轉動角度穩定可控；

（3）電動機反轉可帶動投放臂進行回收動作。

基于以上三個條件，采用三種步進式電動機對投放臂進行展開，分別在投放機構的中心及兩個關節處，如圖4（a、b、c）所示。

圖4 投放機構采用的步進式電動機

3.2 投放臂的設計

5萬立方米的儲罐直徑為60 000 mm，根據布點要求，通過對投放臂強度及穩定性的計算，確定單根投放臂如圖5所示，長度為3 000 mm.

圖5 投放臂示意圖

3.3 傳感器盒的設計

將聲發射傳感器耦合在傳感器盒底部，聲發射傳感器隨投放機構到達儲罐底部，進行聲發射檢測作業，通過內置在投放臂內部的傳輸電纜進行聲發射檢測工作。聲發射傳感器盒通過O形圈起到密封，隔絕外部惡劣工作環境作用；通過內部刷涂耦合劑，將傳感器耦合到傳感器盒底部，從而提高了裝置的靈敏度，使進入儲罐的傳感器具有良好的信號接收能力，如圖6所示。

圖6 傳感器盒示意圖

3.4 鎖緊機構設計

為了考慮投放臂的穩定性問題，單從投放臂本身考慮是不夠的，現加入投放臂鎖緊機構，使投放臂完全展開后能夠保持穩定性。鎖緊機構采用伸縮機構，隨著投放臂的展開，鎖緊機構也隨之展開，伸長到適當長度將投放臂鎖緊，保證投放臂的穩定性，工作結束后，隨著投放臂收回，鎖緊機構也隨之收回。具體結構如圖7所示。

圖7 鎖緊機構示意圖

4 結束語

本文設計了內置式聲發射多傳感器投放裝置，用于大型儲罐底板聲發射檢測。該投放裝置具有多傳感器定點精準投放、自動回收以及清洗等多種功能，在一定程度上提高了大型儲罐底板腐蝕聲發射檢測的可靠性，能夠實現對預設傳感器拓撲陣列方式的傳感器進行搭載和布置。在不開罐的情況下，實現了大型儲罐底板聲發射內外結合的在線檢測。

[1]李一博，孫立瑛，靳世久，等.大型常壓儲罐底板的聲發射在線檢測[J].天津大學學報，2008，41（01）：11-16．

[2]孫桓，陳作模，葛文杰，等.機械原理[M].北京：高等教育出版社，2006.

[3]崔甫.矯直原理與矯直機械[M]．北京：冶金工業出版社，2002．

Innovative Design of Multisensory Launching Device of Acoustic Emission Built-in Storage Tank

SONG Xue-ling1，LOU Lan-ting1，HUANG Zheng1，ZHANG Ying1，GAO Han2
（1.Northeast Petroleum University Science and Engineering Institute，Daqing Heilongjiang 163318，China；2.Daqing Chemical Research Center，Petro China Petrochemical Research Institute，Daqing Heilongjiang 163318，China）

Acoustic emission technique of tank bottom corrosion has been widely used，but for large storage tanks，there will be a blind spot of detection，the on-line acoustic emission technique，which combines internal and external sound，is an effective method to solve this problem.Therefore，the multisensory launching device of acoustic emission built-in storage tank，the device can carry a plurality of acoustic emission sensors，and can be delivered accurately into the large tank in the specified position，through joint monitoring of internal sensor and external sensors，it can achieve a comprehensive detection combining the internal and external of the large-scaled and in-used storage tank bottom corrosion.

detection of acoustic emission；large-scale and in-used storage tank storage tank；launching device；built-in

TE972

A

1672-545X（2017）03-0016-03

2016-12-03

國家級大學生創新創業訓練計劃項目—儲罐內置式聲發射檢測用多傳感器投放裝置設計（編號：201610220001）

宋學玲（1995-），女，天津人，本科在讀，研究方向為過程裝備與控制工程。