常壓儲罐罐底腐蝕聲發(fā)射檢測去噪方法分析

尚普顯

摘 要 聲發(fā)射，又稱之為應(yīng)力波發(fā)射、微震動活動等。其發(fā)生在材料局部，且在短時間內(nèi)就可以釋放出瞬態(tài)彈性波，是一種釋放彈性波的現(xiàn)象。文章以聲發(fā)射檢測去噪技術(shù)為出發(fā)點，分別從兩個方面展開進一步分析，分別是聲發(fā)射檢測過程和設(shè)置檢測儀器。通過分析來進一步明確罐底聲發(fā)射在線檢測技術(shù)的可靠性和準(zhǔn)確性，為今后工程檢測提供理論支撐。鑒于此，在聲發(fā)射檢測中如何去噪是當(dāng)下研究的重點，同時也是難點。

關(guān)鍵詞 聲發(fā)射 罐底腐蝕 去噪 檢測儀器

中圖分類號：TB553;O422.8 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0745（2021）03-0055-02

作為無損檢測方法，聲發(fā)射檢測技術(shù)在很多行業(yè)得到了重要應(yīng)用，如石油化工、電力、地質(zhì)勘探以及航空航天等。其中聲發(fā)射在石油化工領(lǐng)域的應(yīng)用主要體現(xiàn)在罐底腐蝕檢測、管道泄漏檢測、壓力容器裂紋檢測等。相較于過去的超聲波、漏磁等檢測，聲發(fā)射罐底腐蝕檢測應(yīng)用具有顯著的優(yōu)勢。聲發(fā)射檢測技術(shù)使用“被動聽聲”的方法，對儲罐底板的腐蝕信號進行在線監(jiān)測，從而明確罐底板腐蝕情況，這種檢測方法靈敏度較高，同時還可以將早期開裂現(xiàn)象、腐蝕活性缺陷快速準(zhǔn)確的檢測出，檢測過程中不用停產(chǎn)、開罐、倒罐等，還可以保證100%的對儲罐底部開展迅速的檢測。規(guī)格為50米的儲罐整個檢測周期為一天，通過對檢測結(jié)果的分析可知儲罐的使用狀態(tài)，從過去的定期檢測轉(zhuǎn)變?yōu)楫?dāng)下的狀態(tài)檢測，這種檢測方法的使用一方面降低了人工成本，另一方面也縮短了檢測時間。在當(dāng)前形勢下，大型常壓儲罐底板腐蝕在線檢測與評估作業(yè)中常常用到聲發(fā)射檢測技術(shù)，但是值得注意的是儲罐聲發(fā)射檢測方法應(yīng)用過程中對背景噪聲比較敏感，例如射頻干擾、電磁干擾、儲罐內(nèi)化學(xué)反應(yīng)等產(chǎn)生的噪聲均會對聲發(fā)射檢測產(chǎn)生影響，嚴(yán)重情況下還可能導(dǎo)致腐蝕信號的丟失，進而使得后期的判斷出現(xiàn)問題[1-3]。

1 過程去噪

1.1 時間選擇

通過實踐研究發(fā)現(xiàn)，白天罐區(qū)周圍有施工、設(shè)備運行、車輛等情況的發(fā)生，因此對于現(xiàn)場儲罐聲發(fā)射檢測來說，因受上述因素噪聲的影響導(dǎo)致采集的信號中會有大量的噪聲，而晚上這種情況會明顯降低。例如在太陽照射情況下，罐壁的兩面會受到不同的光照，導(dǎo)致罐壁受熱不均衡，從而會產(chǎn)生熱應(yīng)力，在熱脹冷縮的影響下應(yīng)力波隨之產(chǎn)生;另外外加熱盤管夾套上會出現(xiàn)滑動膨脹節(jié)，當(dāng)周圍環(huán)境溫度產(chǎn)生變化時，它會產(chǎn)生長時間不連續(xù)的突發(fā)型聲發(fā)射信號;儲罐內(nèi)的介質(zhì)（如油品）出現(xiàn)受熱不均勻，液體產(chǎn)生熱對流，其與罐壁、內(nèi)加熱盤管等會出現(xiàn)摩擦，其產(chǎn)生的噪聲會對聲發(fā)射檢測產(chǎn)生影響[4]。

1.2 雙層傳感器的設(shè)置

當(dāng)對儲罐進行聲發(fā)射檢測時，多個干擾因素的存在會產(chǎn)生噪聲，從而干擾罐底聲發(fā)射檢測信號，如下落的雜物、振動的抗風(fēng)圈、頂板和壁板所受的腐蝕、因受熱不均而產(chǎn)生的應(yīng)力波、罐頂油品的滴落聲等。雙層傳感器進行相關(guān)設(shè)置就可以去除噪聲，如圖1所示。第一，第一圈傳感器貼近罐底板，距離底板0.2-0.5m，其高度的設(shè)置應(yīng)當(dāng)保證大于罐底沉積物的高度;第二，可以設(shè)置成3-5米的第二圈傳感器高度，在縱向方向上同第一圈傳感器等距離錯落開。錯開方式應(yīng)當(dāng)在保證最大覆蓋范圍的前提下與通道的數(shù)量相同，特別是針對大型儲罐來說有效的降低通道數(shù)[5]。

第二層護衛(wèi)傳感器會第一時間接收上層的聲發(fā)射，因而可以通過信號到達的時間來去除頂板和壁板背景所產(chǎn)生的噪聲干擾，這樣一來可以有效確保第一圈傳感器所接收的信號是來自底板腐蝕缺陷。

1.3 金屬板附傳感器

自然風(fēng)雪、大風(fēng)以及儲罐周圍的機械振動等都會產(chǎn)生極大的環(huán)境噪聲，這些噪聲會對聲發(fā)射檢測信號產(chǎn)生干擾。專家認為可以通過在儲罐邊緣放一塊金屬板，且保證金屬板與罐底材料相同，同時可以在金屬板上安裝聲發(fā)射傳感器并將聲發(fā)射采集系統(tǒng)安裝接入其中，如圖2所示。周圍的噪聲是金屬板傳感器的主要信號采集對象，采集之后對其進行詳細分析，最終可以將環(huán)境噪聲的頻率、幅度范圍分辨出，進而在主傳感信號上將其消除。在檢測分析過程中，必須盡可能地將背景噪聲所產(chǎn)生的干擾信號降到最低，以保證聲發(fā)射檢測的有效性，提高檢測結(jié)果的準(zhǔn)確度[6]。

2 檢測儀器設(shè)置去噪

2.1 設(shè)置閾值

工作人員可以對聲發(fā)射信息采集閾值進行設(shè)置，這樣一來可以對噪聲進行有效的控制。為了有效降低背景噪聲對聲發(fā)射檢測結(jié)果的影響，可以設(shè)置合理的閾值電壓，這也被稱之為門限電壓，以dB表示。1μV表示聲發(fā)射檢測中傳感器輸出的電壓信號，即1μV為0dB，可以篩選出高于或低于閾值的電壓噪聲。另外閾值電壓又可分為兩種，其分別為固定閾值和浮動閾值，如圖3所示。一般情況下，結(jié)合背景噪聲的整體水平，通過固定閾值的設(shè)定就可以起到很好的去噪效果。另外有時背景噪音大且隨著時間的變化會有波動的情況，浮動閾值的設(shè)定是最好的選擇，通過設(shè)置浮動閾值可以降低噪聲起伏對檢測的影響，有效的保證檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性[7]。

2.2 濾波器

在聲發(fā)射檢測作業(yè)中，可以在檢測電路中設(shè)置濾波器，以有效降低噪聲的影響。濾波器工作頻率的設(shè)置可以根據(jù)背景噪聲、材料本身發(fā)射頻率來確定。通常情況下標(biāo)準(zhǔn)的劃分是以濾波器幅頻特性進行的，可以將其分為以下四種：高通、低通、帶通、帶阻四種濾波器。帶通濾波器使用時首先需要確定工作頻率，進而才可以對頻率窗口寬度進行相應(yīng)的確定，也稱為相對寬度。當(dāng)相對寬度多大時，外界噪聲容易通過，那么濾波作用也就消失了;當(dāng)相對寬度過小時，采集到的聲發(fā)射信號少，那么檢測的靈敏度也隨之降低[8-9]。

3 結(jié)語

常壓儲罐底板聲發(fā)射在線檢測技術(shù)應(yīng)用過程中，不用開罐就可以對罐底腐蝕情況進行檢測，是當(dāng)前應(yīng)用較為廣泛的無損檢測技術(shù)。通過降低或者是去除噪聲對檢測信號的影響，可以極大的提升檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。結(jié)合上述分析可以從檢測程序的設(shè)置、檢測時間的選擇、閾值的設(shè)定、濾波器的選擇等多方面來降低噪聲影響。

參考文獻：

[1] 劉勇剛.軸類零件校直過程裂紋聲發(fā)射檢測方法研究[D].重慶理工大學(xué)，2019.

[2] 孔德慧.高強鋼焊接冷裂紋聲發(fā)射檢測及評價方法研究[D].東北石油大學(xué)，2018.

[3] 鄧韜.高速列車車體鋁合金材料與軸承缺陷聲發(fā)射檢測方法研究[D].西南交通大學(xué)，2017.

[4] 陳園園.聲發(fā)射信號處理及源定位方法研究[D].東南大學(xué)，2017.

[5] 吳旭景，杜斌，葉陳.基于EMD和小波分解的管道泄漏聲發(fā)射源定位[J].無損檢測，2015，37（10）：60-63.

[6] 榮海霞.罐底缺陷聲發(fā)射檢測實驗研究[D].中國石油大學(xué)（華東），2015.

[7] 沈書乾，李海三.儲罐聲發(fā)射檢測信號的聚類分析[J].無損檢測，2014，36（09）：54-58.

[8] 趙俊茹.防噴器的聲發(fā)射檢測及信號分析方法研究[D].東北石油大學(xué)，2013.

[9] 梁峻.基于聲發(fā)射的起重機回轉(zhuǎn)支承裂紋檢測技術(shù)研究[D].華南理工大學(xué)，2012.