儲(chǔ)罐內(nèi)置式聲發(fā)射多傳感器投放裝置創(chuàng)新設(shè)計(jì)

宋學(xué)玲，婁蘭亭，黃政，張穎，高晗

（1.東北石油大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)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(chǔ)罐內(nèi)置式聲發(fā)射多傳感器投放裝置創(chuàng)新設(shè)計(jì)

宋學(xué)玲1，婁蘭亭1，黃政1，張穎1，高晗2

（1.東北石油大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)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(chǔ)罐底板腐蝕聲發(fā)射在線檢測(cè)技術(shù)目前被廣泛使用，但對(duì)于大型儲(chǔ)罐，會(huì)存在檢測(cè)盲區(qū)，內(nèi)外部相結(jié)合的聲發(fā)射在線檢測(cè)技術(shù)是解決這一問題的有效方法。為此，設(shè)計(jì)儲(chǔ)罐內(nèi)置式聲發(fā)射多傳感器投放裝置，該裝置可以攜帶多枚聲發(fā)射傳感器，并精準(zhǔn)投放到大型儲(chǔ)罐內(nèi)部指定位置，通過內(nèi)部傳感器與外部傳感器聯(lián)合監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)大型在用儲(chǔ)罐底板腐蝕內(nèi)外部結(jié)合的全域檢測(cè)。

聲發(fā)射檢測(cè)；大型儲(chǔ)罐；投放裝置；內(nèi)置式

儲(chǔ)罐作為石油儲(chǔ)備的主要設(shè)備，安全性顯得尤為重要。在儲(chǔ)罐趨于大型化的今天，對(duì)大型儲(chǔ)罐底板中心區(qū)域的實(shí)際腐蝕狀態(tài)的評(píng)估，是實(shí)現(xiàn)大型儲(chǔ)罐底板全域檢測(cè)需要解決的首要難題[1]。向儲(chǔ)罐內(nèi)部投放傳感器，進(jìn)行內(nèi)外部相結(jié)合的聲發(fā)射在線檢測(cè)技術(shù)是解決這一問題的有效方法。為此，設(shè)計(jì)儲(chǔ)罐內(nèi)置式聲發(fā)射多傳感器投放裝置，該裝置可以攜帶多枚聲發(fā)射傳感器，并精準(zhǔn)投放到大型儲(chǔ)罐內(nèi)部指定位置，具有操作方便，安全可靠，精準(zhǔn)投放，自動(dòng)回收等特點(diǎn)。本文重點(diǎn)介紹該投放裝置的主要結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計(jì)和模型的建立。

1 裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

依據(jù)基于功能的模塊化設(shè)計(jì)方法，將儲(chǔ)罐內(nèi)置式聲發(fā)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(jī)構(gòu)兩個(gè)部分[2]。投放裝置整體結(jié)構(gòu)組成如圖1所示。

圖1 儲(chǔ)罐內(nèi)置式聲發(fā)射多傳感器投放裝置基本結(jié)構(gòu)

2 浮頂上方投放車設(shè)計(jì)

通過對(duì)大型儲(chǔ)罐浮頂上方實(shí)際情況的分析，設(shè)計(jì)了儲(chǔ)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(jī)構(gòu)以及清洗機(jī)構(gòu)等，具體結(jié)構(gòu)如圖2所示[3]。

圖2 浮頂上方投放車

3 傳感器投放機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

傳感器投放機(jī)構(gòu)是整個(gè)投放裝置的關(guān)鍵。以5萬立方米的儲(chǔ)罐為例，為進(jìn)行內(nèi)外相結(jié)合的全域檢測(cè)，其所采用的傳感器拓?fù)潢嚵袨?-6-12型。為此，確定內(nèi)置傳感器投放位置為儲(chǔ)罐半徑1/3處。投放機(jī)構(gòu)分為動(dòng)力驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)、投放臂以及電機(jī)外殼等，如圖3所示。下面對(duì)其中的主要部件進(jìn)行介紹。

圖3 投放機(jī)構(gòu)示意圖

3.1 動(dòng)力驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)

投放機(jī)構(gòu)中投放臂的展開需要三個(gè)條件：

（1）投放臂繞關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度穩(wěn)定可控；

（2）投放臂的轉(zhuǎn)動(dòng)角度穩(wěn)定可控；

（3）電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)可帶動(dòng)投放臂進(jìn)行回收動(dòng)作。

基于以上三個(gè)條件，采用三種步進(jìn)式電動(dòng)機(jī)對(duì)投放臂進(jìn)行展開，分別在投放機(jī)構(gòu)的中心及兩個(gè)關(guān)節(jié)處，如圖4（a、b、c）所示。

圖4 投放機(jī)構(gòu)采用的步進(jìn)式電動(dòng)機(jī)

3.2 投放臂的設(shè)計(jì)

5萬立方米的儲(chǔ)罐直徑為60 000 mm，根據(jù)布點(diǎn)要求，通過對(duì)投放臂強(qiáng)度及穩(wěn)定性的計(jì)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(shè)計(jì)

將聲發(fā)射傳感器耦合在傳感器盒底部，聲發(fā)射傳感器隨投放機(jī)構(gòu)到達(dá)儲(chǔ)罐底部，進(jìn)行聲發(fā)射檢測(cè)作業(yè)，通過內(nèi)置在投放臂內(nèi)部的傳輸電纜進(jìn)行聲發(fā)射檢測(cè)工作。聲發(fā)射傳感器盒通過O形圈起到密封，隔絕外部惡劣工作環(huán)境作用；通過內(nèi)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(jìn)入儲(chǔ)罐的傳感器具有良好的信號(hào)接收能力，如圖6所示。

圖6 傳感器盒示意圖

3.4 鎖緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

為了考慮投放臂的穩(wěn)定性問題，單從投放臂本身考慮是不夠的，現(xiàn)加入投放臂鎖緊機(jī)構(gòu)，使投放臂完全展開后能夠保持穩(wěn)定性。鎖緊機(jī)構(gòu)采用伸縮機(jī)構(gòu)，隨著投放臂的展開，鎖緊機(jī)構(gòu)也隨之展開，伸長到適當(dāng)長度將投放臂鎖緊，保證投放臂的穩(wěn)定性，工作結(jié)束后，隨著投放臂收回，鎖緊機(jī)構(gòu)也隨之收回。具體結(jié)構(gòu)如圖7所示。

圖7 鎖緊機(jī)構(gòu)示意圖

4 結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)了內(nèi)置式聲發(fā)射多傳感器投放裝置，用于大型儲(chǔ)罐底板聲發(fā)射檢測(cè)。該投放裝置具有多傳感器定點(diǎn)精準(zhǔn)投放、自動(dòng)回收以及清洗等多種功能，在一定程度上提高了大型儲(chǔ)罐底板腐蝕聲發(fā)射檢測(cè)的可靠性，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)預(yù)設(shè)傳感器拓?fù)潢嚵蟹绞降膫鞲衅鬟M(jìn)行搭載和布置。在不開罐的情況下，實(shí)現(xiàn)了大型儲(chǔ)罐底板聲發(fā)射內(nèi)外結(jié)合的在線檢測(cè)。

[1]李一博，孫立瑛，靳世久，等.大型常壓儲(chǔ)罐底板的聲發(fā)射在線檢測(cè)[J].天津大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，41（01）：11-16．

[2]孫桓，陳作模，葛文杰，等.機(jī)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(jī)械[M]．北京：冶金工業(yè)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(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目—儲(chǔ)罐內(nèi)置式聲發(fā)射檢測(cè)用多傳感器投放裝置設(shè)計(jì)（編號(hào)：201610220001）

宋學(xué)玲（1995-），女，天津人，本科在讀，研究方向?yàn)檫^程裝備與控制工程。