立式儲罐罐體缺陷的磁致伸縮導(dǎo)波掃查成像技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究

1、    立式儲罐罐體缺陷的磁致伸縮導(dǎo)波掃查成像技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究    龐慕妮 楊寧祥 謝小娟 李繼承 陳建勛摘要：介紹了超聲導(dǎo)波技術(shù)的分類和優(yōu)缺點(diǎn)，歸納了國內(nèi)立式儲罐罐體缺陷檢測與評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，分析了導(dǎo)波掃查成像技術(shù)國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、地方標(biāo)準(zhǔn)、團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，列舉了國外標(biāo)準(zhǔn)，提出了立式儲罐罐體缺陷的磁致伸縮導(dǎo)波掃查成像技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)可在罐體直徑范圍、檢測應(yīng)用時(shí)機(jī)、儀器產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、檢測結(jié)果評判4個(gè)方向進(jìn)行研究。關(guān)鍵詞：立式儲罐 罐體缺陷 磁致伸縮 導(dǎo)波 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)study on standard of magnetostrictive guided wave sca

2、nning technique for inspection of tank defects in vertical tankspang muni， yang ningxiang， xie xiaojuan， li jicheng， chen jianxun（zhuhai branch， guangdong institute of special equipment inspection and research）abstract： this paper introduces the classification， advantages and disadvantages of ultras

3、onic guided wave technology， and sums up the domestic standards for inspection and evaluation of the defects of vertical storage tanks， the national standard， industry standard， local standard， group standard and enterprise standard of guided wave scanning imaging technology are analyzed， and the fo

4、reign standards are listed， the standard of magnetostrictive guided wave scanning imaging technology for defect of vertical storage tank is put forward， which can be studied in the range of tank diameter， testing time， instrument product standard and testing result evaluation.key words： vertical tan

5、k， tank defect， magnetostriction， guided wave， technical standard1 前言立式儲罐是石化行業(yè)常用的容器，按照其工作壓力可分為立式常壓容器、立式壓力容器。立式常壓容器主要為儲存容器，多用于儲存易燃、易爆、腐蝕性、毒性介質(zhì)等。立式壓力容器按照其用途分為反應(yīng)容器、換熱容器、存儲容器、分離容器。立式反應(yīng)容器主要包括合成塔、聚合釜等;立式換熱容器主要包括各類冷卻器等;立式存儲容器主要包括各類液化氣體儲罐;立式分離容器主要包括吸收塔、干燥塔等。立式儲罐長年在介質(zhì)腐蝕、環(huán)境腐蝕及載荷變化條件下運(yùn)行，不可避免地出現(xiàn)腐蝕、裂紋等缺陷，容易引起介質(zhì)泄

6、漏，導(dǎo)致嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和環(huán)境污染。目前，壓力容器主要采用系列行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)nb/t 47013承壓設(shè)備無損檢測中的射線檢測、超聲檢測、磁粉檢測、滲透檢測、渦流檢測、目視檢測、泄漏檢測、聲發(fā)射檢測、衍射時(shí)差法超聲檢測、x射線數(shù)字成像檢測、漏磁檢測、脈沖渦流檢測、x射線計(jì)算機(jī)輔助成像檢測等無損檢測技術(shù)對立式儲罐罐體缺陷進(jìn)行檢測，但多數(shù)無損檢測方法在檢測前需停罐并對儲罐進(jìn)行表面處理，存在較大的局限性。特別是立式儲罐中的塔設(shè)備，內(nèi)外表面的檢驗(yàn)難度均較大，外表面有完整的保溫和防腐材料，難以直接對罐體進(jìn)行檢測，檢測時(shí)需要拆除大量的保溫材料和打磨防腐涂層;塔設(shè)備的內(nèi)部裝有內(nèi)件、催化反應(yīng)介質(zhì)，難以拆除，且人員難以進(jìn)

7、入，也造成檢測困難。采用超聲導(dǎo)波技術(shù)可以檢測罐體腐蝕，減少保溫層的拆除和防腐層打磨，避免不必要的內(nèi)件和催化介質(zhì)的拆除，與其他無損檢測方法配合，可保證檢測質(zhì)量，提高檢測效率，節(jié)省檢測成本。2 超聲導(dǎo)波技術(shù)的分類及優(yōu)缺點(diǎn)超聲導(dǎo)波檢測有電磁感應(yīng)、激光、磁致伸縮、壓電陶瓷等產(chǎn)生超聲導(dǎo)波的方法。目前，應(yīng)用于管狀設(shè)備的超聲導(dǎo)波檢測技術(shù)主要有磁致伸縮導(dǎo)波和壓電導(dǎo)波。磁致伸縮導(dǎo)波與壓電導(dǎo)波同屬超聲檢測范疇，各有優(yōu)缺點(diǎn)，兩者的本質(zhì)區(qū)別在于聲波的發(fā)射與接收方式不同。壓電式導(dǎo)波是靠壓電晶片的壓電效應(yīng)來完成超聲波的發(fā)射與接收，因此易于模式控制且能量轉(zhuǎn)換效率高，但在檢測前需要對被測工件表面進(jìn)行打磨處理，不能在帶包覆層的

8、條件下進(jìn)行檢測。磁致伸縮導(dǎo)波檢測是依靠磁致伸縮效應(yīng)來發(fā)射和接收超聲波，即當(dāng)鐵磁性材料置于交變磁場環(huán)境中被磁化時(shí)，在材料中將會產(chǎn)生隨磁場改變而變化的磁致伸縮應(yīng)變。鐵磁性材料在受到彈性應(yīng)力波作用時(shí)將產(chǎn)生逆磁致伸縮效應(yīng)，導(dǎo)致鐵磁體內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度變化。依據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化必然造成接收線圈電壓的變化，從而實(shí)現(xiàn)了機(jī)械振動量的轉(zhuǎn)換測量。在介質(zhì)不連續(xù)的情況下，由磁致伸縮效應(yīng)產(chǎn)生的超聲波在傳播過程中會產(chǎn)生反射、折射、波形轉(zhuǎn)換及頻散等現(xiàn)象，通過對此信號進(jìn)行相關(guān)的特征分析，就可以實(shí)現(xiàn)腐蝕缺陷檢測。超聲導(dǎo)波檢測技術(shù)是實(shí)現(xiàn)罐體大范圍腐蝕缺陷檢測的重要途徑。目前，研究超聲導(dǎo)波技術(shù)，主要是研制超聲導(dǎo)波檢測

9、儀器，以及將其檢測方法、儀器產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化。本文研究了國內(nèi)外立式儲罐罐體缺陷的磁致伸縮導(dǎo)波掃查成像技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)狀，為超聲導(dǎo)波檢測技術(shù)在立式儲罐上應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)研究指明了方向。3 立式儲罐罐體缺陷檢測與評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)國內(nèi)立式儲罐罐體缺陷檢測與評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)主要分為常壓儲罐標(biāo)準(zhǔn)和壓力容器標(biāo)準(zhǔn)。3.1 常壓儲罐標(biāo)準(zhǔn)我國現(xiàn)行有效的常壓儲罐檢驗(yàn)和評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)包括：（1）gb/t 373272019常壓儲罐完整性管理，由tc262歸口上報(bào)，sc6執(zhí)行。主要起草單位為中國特種設(shè)備檢測研究院等，主要起草人為李光海等。（2）gb/t 305782014常壓儲罐基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)及評價(jià)，由tc262歸口上報(bào)及執(zhí)行。主要起草單位為中國特種設(shè)備

10、檢測研究院等，主要起草人為李光海等。3.2 壓力容器標(biāo)準(zhǔn)我國現(xiàn)行有效的壓力容器檢驗(yàn)和評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)包括：（1）gb/t 150.42011壓力容器 第4部分：制造、檢驗(yàn)和驗(yàn)收，由tc262歸口上報(bào)及執(zhí)行。主要起草單位為合肥通用機(jī)械研究院等，主要起草人為崔軍等。（2）gb/t 196242019在用含缺陷壓力容器安全評定，由tc262歸口上報(bào)，sc6執(zhí)行。主要起草單位為中國特種設(shè)備檢測研究院等，主要起草人謝鐵軍等。4 導(dǎo)波掃查成像技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)4.1 國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)國內(nèi)導(dǎo)波掃查成像技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)包括了國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、地方標(biāo)準(zhǔn)、團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。4.1.1 國家標(biāo)準(zhǔn)我國現(xiàn)行有效的超聲導(dǎo)波技術(shù)相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)包括：（1）

11、gb/t 312112014無損檢測 超聲導(dǎo)波檢測 總則由tc56歸口上報(bào)及執(zhí)行。主要起草單位為中國特種設(shè)備檢測研究院等，主要起草人為沈功田等。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了對不同材料的結(jié)構(gòu)件進(jìn)行超聲導(dǎo)波檢測的一般原則，適用于磁致伸縮、壓電陶瓷、電磁感應(yīng)和激光等所有能產(chǎn)生超聲導(dǎo)波的繩、桿、棒、管、板等幾何形狀規(guī)則的材料元件及構(gòu)件的超聲導(dǎo)波檢測，是超聲導(dǎo)波檢測最權(quán)威的標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容包括：超聲導(dǎo)波檢測原理、優(yōu)點(diǎn)及特點(diǎn)、局限性、應(yīng)用時(shí)機(jī)與適用對象，檢測的基本安全要求，人員的知識和資格要求，檢測工藝規(guī)程，檢測儀器設(shè)備及相關(guān)器材，檢測程序，檢測結(jié)果的評價(jià)及處理，檢測記錄和報(bào)告。（2）gb/t 287042012無損檢

12、測 磁致伸縮超聲導(dǎo)波檢測方法由tc56歸口上報(bào)及執(zhí)行。主要起草單位為中國特種設(shè)備檢測研究院等，主要起草人為沈功田等。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了用于快速發(fā)現(xiàn)構(gòu)件中存在截面損失的磁致伸縮超聲導(dǎo)波檢測方法，適用于檢測溫度為-20 550 、直徑為10 mm1000 mm、壁厚為0.5 mm80 mm管狀，直徑為10mm80mm棒狀和直徑為10 mm185 mm束狀等構(gòu)件的表面和內(nèi)部缺陷。如果合同各方同意，也可適用于上述構(gòu)件的對接焊縫或其他構(gòu)件的檢測。該標(biāo)準(zhǔn)是磁致伸縮檢測方法最權(quán)威的標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容包括：磁致伸縮檢測方法分類，直接法和間接法原理介紹，檢測安全要求，檢測人員要求，檢測工藝規(guī)程，檢測設(shè)備（儀器、傳感器

13、、預(yù)磁化器、試件、非導(dǎo)體墊片、維護(hù)和校準(zhǔn)要求），檢測程序，結(jié)果解釋與評價(jià)，檢測結(jié)果驗(yàn)證，檢測報(bào)告。（3）游樂設(shè)施無損檢測 第11部分：超聲導(dǎo)波檢測（國家標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃號：20184320-t-469）正在制定，由tc250歸口上報(bào)及執(zhí)行。主要起草單位為中國特種設(shè)備檢測研究院等。該標(biāo)準(zhǔn)起草的目的是針對游樂設(shè)施中的鋼絲繩、鋼索、管件和桿件等在用關(guān)鍵部件難以檢測的難題，利用超聲導(dǎo)波檢測方法解決管件、桿件的腐蝕等宏觀損傷的遠(yuǎn)程快速檢測問題。4.1.2 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)我國現(xiàn)行有效的超聲導(dǎo)波技術(shù)相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)包括：dl/t 14522015火力發(fā)電廠管道超聲導(dǎo)波檢測，由中國電力企業(yè)聯(lián)合會提出，中電聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會歸口

14、，能源局公告2015年第3號發(fā)布，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)備案公告2015年第6號（總第186號）通過備案。標(biāo)準(zhǔn)起草單位為神華國華（北京）電力研究院有限公司等，標(biāo)準(zhǔn)主要起草人為梁軍等。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了手動接觸方式進(jìn)行管道周向壓電超聲導(dǎo)波檢測的一般要求、檢測方法等，適用于外徑為25 mm1020 mm，壁厚3 mm80 mm的鋼制管道母材及內(nèi)外表面缺陷的檢測。4.1.3 地方標(biāo)準(zhǔn)我國現(xiàn)行有效的超聲導(dǎo)波技術(shù)相關(guān)地方標(biāo)準(zhǔn)包括：db 36/789-2014鋼制壓力管道超聲導(dǎo)波檢測方法，由原江西省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局提出并歸口。標(biāo)準(zhǔn)起草單位為江西省鍋爐壓力容器檢驗(yàn)檢測研究院，標(biāo)準(zhǔn)主要起草人為張路根等。標(biāo)準(zhǔn)適用于材料為碳素鋼或低合金

15、鋼、直徑大于或等于32 mm且工件厚度小于或等于30 mm的鋼制壓力管道超聲導(dǎo)波檢測，采用公稱頻率大于或等于0.5 mhz，小于或等于2.0 mhz的單斜探頭導(dǎo)波對鋼制壓力管道母材表面及內(nèi)部缺陷進(jìn)行檢測，主要發(fā)現(xiàn)存在的體積型缺陷和面狀缺陷。4.1.4 團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)我國現(xiàn)行有效的超聲導(dǎo)波技術(shù)相關(guān)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)包括：t/sma 00022019斷路器操動機(jī)構(gòu)儲能彈簧電磁超聲導(dǎo)波檢測技術(shù)規(guī)范，由上海市計(jì)量協(xié)會發(fā)布。標(biāo)準(zhǔn)起草單位為國網(wǎng)上海市電力公司電力科學(xué)研究院，標(biāo)準(zhǔn)主要起草人為駱國防等。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了手動方式進(jìn)行斷路器儲能彈簧電磁超聲導(dǎo)波檢測的一般要求、檢測方法等，適用于拉簧、壓簧的檢測。4.1.5 企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（1

16、）q/hzts 0032011無損檢測 超聲導(dǎo)波檢測方法由廣東省特種設(shè)備檢測研究院惠州檢測院編制和發(fā)布，標(biāo)準(zhǔn)起草人為李磊等。標(biāo)準(zhǔn)是在gb/t 312112014、gb/t 287042012等國家標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合企業(yè)的檢測儀器設(shè)備、檢測人員、檢測工藝實(shí)際情況編制的，主要用于指導(dǎo)該企業(yè)開展壓力管道的磁致伸縮導(dǎo)波檢測和壓電導(dǎo)波檢測。（2）q/lytx 0852018超聲導(dǎo)波檢測由貴州綠源天鑫系統(tǒng)技術(shù)有限公司編制，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了鋼質(zhì)管道超聲導(dǎo)波檢測所必須的操作程序、檢測周期和范圍，明確了鋼制管道超聲導(dǎo)波檢測要求、檢測報(bào)告格式和驗(yàn)證方法，主要用于指導(dǎo)該企業(yè)開展導(dǎo)波檢測、出具檢測報(bào)告、開展導(dǎo)波檢測培訓(xùn)、

17、實(shí)施導(dǎo)波設(shè)備維護(hù)和保養(yǎng)。（3）q/zdjy 012018金屬管道腐蝕超聲導(dǎo)波b掃檢測和評價(jià)方法由杭州浙達(dá)精益機(jī)電技術(shù)股份有限公司編制發(fā)布，主要起草人為唐志峰等。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了利用磁致伸縮超聲導(dǎo)波對在疫壓力金屬管道腐蝕的檢測方法及缺陷等級評定，適用于管道外徑大于100 mm，壁厚1 mm30 mm，壁溫在 0 230 的鋼制無縫鋼管。該標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容詳細(xì)，用于指導(dǎo)磁致伸縮超聲導(dǎo)波檢測和結(jié)果評價(jià)，可操作性強(qiáng)。4.2 國外標(biāo)準(zhǔn)國外現(xiàn)行有效的超聲導(dǎo)波技術(shù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)包括：（1）astm e27752016使用壓電效應(yīng)轉(zhuǎn)換的地上鋼管道工程管導(dǎo)波測試規(guī)程。（2）bs iso 182112016非破壞性測試 使用帶軸向傳

18、播的導(dǎo)波測試對地上管道和工廠管道進(jìn)行遠(yuǎn)程檢查。（3）bs 9690-12011無損檢測 導(dǎo)波檢測 第1部分：一般指導(dǎo)和原則。（4）bs 9690-22011無損檢測 導(dǎo)波檢測 第2部分：用于管道、管線和結(jié)構(gòu)管的導(dǎo)波檢測的基本要求。5 立式儲罐罐體缺陷的磁致伸縮導(dǎo)波掃查成像技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究基于對立式儲罐罐體缺陷的磁致伸縮導(dǎo)波掃查成像技術(shù)的研究，分析現(xiàn)有技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定和實(shí)施情況，表明立式儲罐罐體缺陷的磁致伸縮導(dǎo)波掃查成像標(biāo)準(zhǔn)的主要研究方向包括：罐體直徑范圍，檢測應(yīng)用的時(shí)機(jī)，儀器產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，檢測結(jié)果評判等。5.1 罐體直徑范圍gb/t 287042012適用于溫度為-20 550 、直徑為10 mm1000 mm、壁厚為0.5 mm80 mm管狀設(shè)備，主要應(yīng)用于金屬壓力管道，少見應(yīng)用于立式儲罐設(shè)備。一些立式儲罐直徑超過1000 mm，且罐內(nèi)部件影響因數(shù)與管道的影響因素不同。一些常壓立式儲罐，直徑數(shù)十米，似于平板結(jié)構(gòu)，其檢測要求與管道設(shè)備的檢測不同。因此，研究導(dǎo)波檢測罐體直徑范圍，增加相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)條款，對擴(kuò)大導(dǎo)波檢測的應(yīng)用范圍有重要意義。5.2 檢測應(yīng)用時(shí)機(jī)常見的立式儲罐檢驗(yàn)時(shí)機(jī)包括監(jiān)督檢驗(yàn)和定期檢驗(yàn)。研究儲罐在