[发明专利]基于超声Lamb波的储罐底板腐蚀检测系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于压力容器无损检测技术领域，具体涉及一种利用超声Lamb波无损检测技术实现储罐底板腐蚀检测的系统和方法。 

背景技术

大型石油储罐在工业生产和国家战略石油储备中应用广泛。在长期服役过程中，大型储罐受诸多因素影响容易发生腐蚀，导致原油泄漏和结构失效。而储罐储存的物料多为易燃易爆或有毒油品，本身容量大，一旦失效往往会造成火灾、爆炸事故，不仅会给油气工业带来巨大的经济损失，而且可能会造成重大人员伤亡事故和严重的环境污染。 

目前储罐底板腐蚀定期检测常用的方法有超声波、射线、渗透、磁粉、漏磁和声发射检测等。除声发射检测外其它方法都需要开罐离线检测，即停用储罐、倒料、打开并置换清冼，使检测人员进入罐中进行各项检测，并且这些检测方法都是点检测，费时费力，检测成本较高。并且射线检测对人体有害，磁粉检测工况恶劣。虽然声发射检测是一种在线检测技术，但在检测前应把储存介质液面降低，检测时再把液位升高，分别在85％，95％和100％液位进行保压，底板上的腐蚀缺陷处将会产生声发射信号。这些信号被等距布置在储罐底板边缘的低频传感器接收，再采用圆周上任意三个传感器实现定位。检测过程复杂耗时，且易受环境噪声的影响，同时由于其是一种被动声检测技术，只能监测到活性缺陷，对于已存腐蚀缺陷无法测知。 

专利《钢质储罐底板的导波在线检测方法》(专利号：200810240571)采 用楔形传感器，有一定的波束指向性，只能依次手动改变检测方向，重复检测过程来实现对底板的检测，检测效率低。同时，沿储罐处边缘布置一圈传感器是没有必要的，因为Lamb波在焊缝处将发生复杂的散射与波型转换，穿越焊缝的回波信号无法用于检测过程。 

专利《基于换能器阵列虚拟聚焦的板结构兰姆波无损检测方法》(专利号：200910238113)所述的成像方法依赖于两个重要前提：(1)精确计算板结构的频散曲线；(2)阵列中所有的传感器必须具有同样的发射与接收灵敏度；(3)消除膺像需要有参考信号(通过理论计算或是在板完整时预先获得其参考信号)。此方法对于储罐底板的检测将无法使用，原因如下：首先，储罐底板结构复杂，且由于其会负载油液等，目前，并没有很好的方法精确计算它的频散曲线，这就使得上述专利中利用波数域进行波包紧缩的方法无法实现；其次，实际检测过程中，由于检测系统及传感器不可能具有完全一致的表现，因而无法具有同样的发射与接收灵敏度；再次，由于储罐底板结构的复杂性，很难准确获得理论计算的参考信号，且检测方法多用于已经服役的储罐，无法获得板完整时的参考信号。 

发明内容

本发明的目的在于克服已存在检测手段的检测效率低、检测实用性不够的缺点，用Lamb波对储罐底板腐蚀状况进行检测，具体来说就是利用一种低频(80kHz～1MHz)零阶对称模态(S0模态)Lamb波实现储罐底板腐蚀的检测与定位，采用一种周向一致激励和接收S0模态Lamb波的电磁声传感器进行信号的激励接收，运用阵列全聚焦算法对缺陷分布实现成像，检测过程分边 缘板在线检测系统与中幅板离线检测系统两部分。 

本发明的技术方案，具体见图1，装置包括：上位机1、任意函数发生板卡2、功率放大器3、多通道切换开关4、检测传感器阵列、信号分离器7、前置放大器8和多通道数据采集板卡9。由上位机1连接控制任意函数发生板卡2，任意函数发生板卡2与功率放大器3相连，功率放大器3与多通道切换开关4相连，多通道切换开关4与信号分离器7相连，信号分离器7与检测传感器阵列及多通道数据采集板卡9相连，多通道数据采集板卡9连入上位机1，多通道数据采集板卡9将采集到的信号传输到上位机。 

所述的检测传感器阵列包括线型传感器阵列5与环型传感器阵列6。 

所述的检测传感器阵列采用电磁声传感器，信号分离器7与多通道数据采集板卡9之间连有前置放大器8。 

其中，用于边缘板检测的线形传感器阵列5放置于边缘板超出管壁的部分上，超出的宽度约为10-15cm；用于中幅板检测的环型传感器阵列6放置于中幅板中间，见图2、图3所示。 

运用上述的基于超声Lamb波的储罐底板腐蚀检测系统的检测方法，包括如下步骤：