常壓儲(chǔ)罐罐底腐蝕聲發(fā)射檢測(cè)去噪方法分析

尚普顯

（中韓(武漢)石化，湖北 武漢 430082）

作為無(wú)損檢測(cè)方法，聲發(fā)射檢測(cè)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(cè)、管道泄漏檢測(cè)、壓力容器裂紋檢測(cè)等。相較于過(guò)去的超聲波、漏磁等檢測(cè)，聲發(fā)射罐底腐蝕檢測(cè)應(yīng)用具有顯著的優(yōu)勢(shì)。聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)使用“被動(dòng)聽(tīng)聲”的方法，對(duì)儲(chǔ)罐底板的腐蝕信號(hào)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，從而明確罐底板腐蝕情況，這種檢測(cè)方法靈敏度較高，同時(shí)還可以將早期開(kāi)裂現(xiàn)象、腐蝕活性缺陷快速準(zhǔn)確的檢測(cè)出，檢測(cè)過(guò)程中不用停產(chǎn)、開(kāi)罐、倒罐等，還可以保證100%的對(duì)儲(chǔ)罐底部開(kāi)展迅速的檢測(cè)。規(guī)格為50 米的儲(chǔ)罐整個(gè)檢測(cè)周期為一天，通過(guò)對(duì)檢測(cè)結(jié)果的分析可知儲(chǔ)罐的使用狀態(tài)，從過(guò)去的定期檢測(cè)轉(zhuǎn)變?yōu)楫?dāng)下的狀態(tài)檢測(cè)，這種檢測(cè)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(cè)時(shí)間。在當(dāng)前形勢(shì)下，大型常壓儲(chǔ)罐底板腐蝕在線檢測(cè)與評(píng)估作業(yè)中常常用到聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)，但是值得注意的是儲(chǔ)罐聲發(fā)射檢測(cè)方法應(yīng)用過(guò)程中對(duì)背景噪聲比較敏感，例如射頻干擾、電磁干擾、儲(chǔ)罐內(nèi)化學(xué)反應(yīng)等產(chǎn)生的噪聲均會(huì)對(duì)聲發(fā)射檢測(cè)產(chǎn)生影響，嚴(yán)重情況下還可能導(dǎo)致腐蝕信號(hào)的丟失，進(jìn)而使得后期的判斷出現(xiàn)問(wèn)題[1-3]。

1 過(guò)程去噪

1.1 時(shí)間選擇

通過(guò)實(shí)踐研究發(fā)現(xiàn)，白天罐區(qū)周?chē)惺┕?、設(shè)備運(yùn)行、車(chē)輛等情況的發(fā)生，因此對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)儲(chǔ)罐聲發(fā)射檢測(cè)來(lái)說(shuō)，因受上述因素噪聲的影響導(dǎo)致采集的信號(hào)中會(huì)有大量的噪聲，而晚上這種情況會(huì)明顯降低。例如在太陽(yáng)照射情況下，罐壁的兩面會(huì)受到不同的光照，導(dǎo)致罐壁受熱不均衡，從而會(huì)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(pán)管夾套上會(huì)出現(xiàn)滑動(dòng)膨脹節(jié)，當(dāng)周?chē)h(huán)境溫度產(chǎn)生變化時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生長(zhǎng)時(shí)間不連續(xù)的突發(fā)型聲發(fā)射信號(hào)；儲(chǔ)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(duì)流，其與罐壁、內(nèi)加熱盤(pán)管等會(huì)出現(xiàn)摩擦，其產(chǎn)生的噪聲會(huì)對(duì)聲發(fā)射檢測(cè)產(chǎn)生影響[4]。

1.2 雙層傳感器的設(shè)置

當(dāng)對(duì)儲(chǔ)罐進(jìn)行聲發(fā)射檢測(cè)時(shí)，多個(gè)干擾因素的存在會(huì)產(chǎn)生噪聲，從而干擾罐底聲發(fā)射檢測(cè)信號(hào)，如下落的雜物、振動(dòng)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(jìn)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(cuò)落開(kāi)。錯(cuò)開(kāi)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(duì)大型儲(chǔ)罐來(lái)說(shuō)有效的降低通道數(shù)[5]。

圖1 儲(chǔ)罐底板檢測(cè)雙層傳感器布置示意圖

第二層護(hù)衛(wèi)傳感器會(huì)第一時(shí)間接收上層的聲發(fā)射，因而可以通過(guò)信號(hào)到達(dá)的時(shí)間來(lái)去除頂板和壁板背景所產(chǎn)生的噪聲干擾，這樣一來(lái)可以有效確保第一圈傳感器所接收的信號(hào)是來(lái)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(chǔ)罐周?chē)臋C(jī)械振動(dòng)等都會(huì)產(chǎn)生極大的環(huán)境噪聲，這些噪聲會(huì)對(duì)聲發(fā)射檢測(cè)信號(hào)產(chǎn)生干擾。專(zhuān)家認(rèn)為可以通過(guò)在儲(chǔ)罐邊緣放一塊金屬板，且保證金屬板與罐底材料相同，同時(shí)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?chē)脑肼暿墙饘侔鍌鞲衅鞯闹饕盘?hào)采集對(duì)象，采集之后對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)分析，最終可以將環(huán)境噪聲的頻率、幅度范圍分辨出，進(jìn)而在主傳感信號(hào)上將其消除。在檢測(cè)分析過(guò)程中，必須盡可能地將背景噪聲所產(chǎn)生的干擾信號(hào)降到最低，以保證聲發(fā)射檢測(cè)的有效性，提高檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確度[6]。

圖2 儲(chǔ)罐底板檢測(cè)金屬板附加傳感器布置示意圖

2 檢測(cè)儀器設(shè)置去噪

2.1 設(shè)置閾值

工作人員可以對(duì)聲發(fā)射信息采集閾值進(jìn)行設(shè)置，這樣一來(lái)可以對(duì)噪聲進(jìn)行有效的控制。為了有效降低背景噪聲對(duì)聲發(fā)射檢測(cè)結(jié)果的影響，可以設(shè)置合理的閾值電壓，這也被稱(chēng)之為門(mén)限電壓，以dB 表示。1μV 表示聲發(fā)射檢測(cè)中傳感器輸出的電壓信號(hào)，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(dòng)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(guò)固定閾值的設(shè)定就可以起到很好的去噪效果。另外有時(shí)背景噪音大且隨著時(shí)間的變化會(huì)有波動(dòng)的情況，浮動(dòng)閾值的設(shè)定是最好的選擇，通過(guò)設(shè)置浮動(dòng)閾值可以降低噪聲起伏對(duì)檢測(cè)的影響，有效的保證檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性[7]。

圖3 固定閾值和浮動(dòng)閾值去噪

2.2 濾波器

在聲發(fā)射檢測(cè)作業(yè)中，可以在檢測(cè)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(lái)確定。通常情況下標(biāo)準(zhǔn)的劃分是以濾波器幅頻特性進(jìn)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(shí)首先需要確定工作頻率，進(jìn)而才可以對(duì)頻率窗口寬度進(jìn)行相應(yīng)的確定，也稱(chēng)為相對(duì)寬度。當(dāng)相對(duì)寬度多大時(shí)，外界噪聲容易通過(guò)，那么濾波作用也就消失了；當(dāng)相對(duì)寬度過(guò)小時(shí)，采集到的聲發(fā)射信號(hào)少，那么檢測(cè)的靈敏度也隨之降低[8-9]。

3 結(jié)語(yǔ)

常壓儲(chǔ)罐底板聲發(fā)射在線檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，不用開(kāi)罐就可以對(duì)罐底腐蝕情況進(jìn)行檢測(cè)，是當(dāng)前應(yīng)用較為廣泛的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。通過(guò)降低或者是去除噪聲對(duì)檢測(cè)信號(hào)的影響，可以極大的提升檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。結(jié)合上述分析可以從檢測(cè)程序的設(shè)置、檢測(cè)時(shí)間的選擇、閾值的設(shè)定、濾波器的選擇等多方面來(lái)降低噪聲影響。