© 2008 BUCT 20
声发射检测机理
1) 可获得关于缺陷的动态信息，并据以 评价缺陷的实际危害程度，以及结构的整体 性和预期使用寿命； 2) 对大型结构，进行整体检测。不需要 移动传感器做繁杂的扫查操作，省时、省力、 高效。 3) 可提供随载荷、时间、温度等工况的 瞬态或连续信息，因而适用于过程监控，以 及早期或临近破坏的预报；
© 2008 BUCT 19
声发射检测机理
声发射波的频率范围很宽，从次声频、 声频直到超声频。它的幅度动态范围亦很广， 从微弱的位错运动直到强烈的地震波。然而， 声发射作为无损检测与无损评价手段，则是采 用高灵敏度传感器，在材料或构件受外力的作 用，且又远在其达到破损以前，接收来自这些 缺陷与损伤开始出现或扩展时所发射的声发射 信号，通过对这些信号的分析、处理来检测、 评估材料或构件缺陷、损伤等内部特征。
© 2008 BUCT 18
声发射检测机理
通常意义上的声发射源，一般来自于受力材料 的所产生的各种损伤和断裂现象。例如：金属材 料中的裂缝扩展、位错运动、滑移带的形成、孪 生变形、晶界滑移、夹杂物的分离与开裂；复合 材料中的基体开裂、层间分离、纤维和基体间界 面分离和纤维断裂等；混凝土结构内部损伤/破坏、 钢筋断裂/分离及腐蚀、岩石及其他建筑材料的内 部损伤/破坏等。这些无损检测的主要对象，都是 重要的声发射源。
2 储罐腐蚀机理
• 储罐底板 – 土壤侧
1、储罐底板土壤侧的腐蚀较介质侧更为严重。边缘板是容 易受腐蚀的部位，储罐基础如果没有有效的防渗水措施或防渗 水材料老化失效，则雨水和水汽很容易沿罐底板与罐基础的缝 隙侵入到罐底的周边部位，从而形成有利的腐蚀条件。
2、由于储罐沉陷的不均匀，底板会高低起伏或有踏空现象。 罐底板与基础的接触不良会导致罐底土壤的充气不均而形成氧 浓差电池，造成罐底板的腐蚀。
• 传感器接收AE信号，通过系 统进行信号处理、分析进行 缺陷分析和无损检测 (from
ASTM E610-82)
© 2008 BUCT
17
声发射检测机理
声发射 (Acoustic Emission 简称 AE) 又称应力波发射，是材料或零部件受力作用 产生变形、断裂，或内部应力超过屈服极限 s而进入不可逆的塑性变形阶段，以瞬态弹 性波形式释放应变能的现象。 在外部条件作用下，固体（材料或零部件） 的缺陷或潜在缺陷改变状态而自动发出瞬态 弹性波的现象亦为声发射。
• 2006年以前工业产品生产许可证； • 中石化:SHS01012， 3~6年开罐检验； • 中石油:SY/T5921， 5~7年开罐检验；(API653第一版) • 中石油:SY/T6620，根据腐蚀状况确定检验周期；(API653第三版)
• 缺少检测技术和仪器，检测项目少，缺陷检出率极低； • 90年代末期引进技术和仪器，开展储罐检测检验的研究工作； • “十五”、“十一五”课题； • 在线检测、全面检测、RBI。
© 2008 BUCT 4
储罐的事故原因
• 壁板腐蚀----均匀点腐蚀、局部的坑腐蚀； • 顶板腐蚀----伴有穿孔的不均匀全面腐蚀； • 底板腐蚀----溃疡状的坑腐蚀，主要发生在背面即靠近土壤一侧----难以发现 、情况最为严重、危害性也最大。 • 焊缝裂纹；
• 机械损伤； • 结构破坏； • 密封、排水装置及其他附属设备故障……；
© 2008 BUCT
28
声发射信号产生条件
• 裂纹/缺陷萌生阶段 • 裂纹/缺陷萌生扩展阶段
• 失效破坏前——预报
© 2008 BUCT
29
Scale of AE Source Processes
l
AE Source Amplitude will be Governed by (a) Size, (b) Speed of Source Event
25
声发射检测系统
The PCI-DSP is a 4-Channel AE System (and the heart of the
DiSP AE Workstation)
DiSP-24 - 24-Channel Portable Field Workstation
© 2008 BUCT
DiSP-52 - 52-Channel
M6
© 2008 BUCT 30
金属材料中裂纹源的定位
•根据到达不同传感器的不同时间
•裂纹源的位置
© 2008 BUCT 31
声发射源定位技术
当用两个或多个传感器进行声发射检测 时,能够时差定位的方法定出声发射源的位置， 这是声发射技术的基本功能之一。线性定位 用于长的高压气瓶及管线；平面定位用于各 种立式/卧式容器；球面定位用于球形压力容 器；三维定位用于混凝土结构、岩石大型变 压器局部放电检测。罐底定位用于储罐底部 缺陷定位。
3、由毛细现象引起的水分侵入和由于水的存在而造成的微 生物腐蚀对整个罐底板的腐蚀状况也具有重要的影响。
© 2008 BUCT
12
1 储罐失效形式与腐蚀机理
2 储罐腐蚀机理
• 储罐壁板 – 外壁
储罐的外壁主要发生大气腐蚀，储罐的周边环境一般为 石油化工企业，工业大气中含有二氧化硫、硫化氢、二氧化氮 等有害气体，由于吸附作用、冷凝作用或下雨等原因，空气中 的水汽或雨水在储罐外壁形成水膜，这种水中可能溶有酸、碱、 盐类和其他杂质，起到电解液的作用，使金属表面发生电化学 腐蚀。因电解液层比较薄，所以外壁电化学腐蚀比较轻微，而 且腐蚀也比较均匀。但在罐顶凹陷处、焊缝凹陷处、保温层易 进水的地方、抗风圈与罐壁连接处以及其他易积水的地方，会 形成较为严重的局部腐蚀。
© 2008 BUCT
6
1 储罐失效形式与腐蚀机理
1 储罐失效形式
• 罐壁
腐蚀
全面腐蚀（罐壁减薄） 点蚀（罐壁凹坑）
- 造成抗风圈和罐壁加强圈等部件或其连接 结构减弱
铆钉腐蚀 焊缝腐蚀
变形
裂纹、分层
罐壁开孔损伤
© 脆性断裂 2008 BUCT
7
1 储罐失效形式与腐蚀机理
1 储罐失效形式
© 2008 BUCT
13
1 储罐失效形式与腐蚀机理
2 储罐腐蚀机理
• 储罐壁板 – 内壁
储储罐内壁有两个重点腐蚀部位，分别是大脚焊缝向上0~300mm范围 内的罐壁以及介质液位波动处（也就是油气交界面附近）。 1) 介质中杂质的水分长时间沉积，在罐内形成积水，由于排水管 的中心线一般比罐壁高约300mm，所以罐底始终有200mm~300mm的水存 在，沉积水中含有大量的氯化物、硫化物、氧、酸类物质等，形成较 强的电解质溶液，产生电化学腐蚀，造成储罐内壁根部较严重的局部 腐蚀。 2)罐壁液位波动处也容易形成局部腐蚀，由于介质内和介质上部 气象空间中的含氧量不同，可形成氧浓差电池而造成腐蚀。 还可因 液位处干湿状况频繁交替导致沉淀物的积聚而形成垢下腐蚀。在储罐 进出料过程中，液位的变化及搅动作用，更加速了这两种腐蚀。。
© 2008 BUCT 21
声发射检测机理
4) 对被检工件的接近要求不高，因而适 用于其它无损检测方法难以或不能接近的， 如高低温、核辐射、易燃、易爆和极毒等环 境下的检测； 5) 对构件的几何形状不敏感，适于检测 其他方法所不能检测的形状复杂的构件； 6) 几乎所有材料在变形和断裂时均产生 声发射，适用范围广。
• 罐底
腐蚀
内、外部点蚀焊 缝接头出现腐蚀
局部应力
© 2008 BUCT
8
1 储罐失效形式与腐蚀机理
1 储罐失效形式
• 密封
密封机械损伤 密封材料劣化
© 2008 BUCT
9
1 储罐失效形式与腐蚀机理
1 储罐失效形式
• 罐基础
基础裂化
- 沉降、侵蚀、裂缝以及地下水侵蚀、霜冻 侵蚀与酸碱造成混凝土的恶化；
2、在物料注入部位，由于流体的冲刷，可能形成局部的冲 蚀。立柱在灌装、提取、液流运动等正常状态下，都可能与底 板发生摩擦和振动，这种机械磨损配合缝隙腐蚀，可导致立柱 下底板的腐蚀穿孔。
3、有加热盘管的储罐，也可因加热盘管泄漏等原因造成腐 蚀的加剧。
© 2008 BUCT 11
1 储罐失效形式与腐蚀机理
正是由于这些缺陷的存在，才导致储罐的事故----泄漏----物料损失、环境污染、 灾难。
© 2008 BUCT
5
1 储罐失效形式与腐蚀机理
1 储罐失效形式
• 罐顶
腐蚀
- 罐顶和罐顶支撑系统的结构完整性受损 - 储罐顶板腐蚀严重或穿孔
支撑件破损
- 固定顶支撑安全状况受损
裂缝或穿孔
- 储罐顶板和浮舱上出现裂缝或穿孔
© 2008 BUCT 22
声发射检测作用
1. 材料或构件何时出现损伤？——何时 2. 材料或构件何处出现损伤？——何处 3. 材料或构件出现损伤的严重程度及其 危害性，对构件作出结构完整性评价 ——严重程度 4. 失效破坏提前预报.
© 2008 BUCT
23
基本信号处理
• AE特征参数：幅度、能量、持续时间、上升时间、RMS、振铃 记数、事件数……
26
12BUCT
27
裂纹扩展的形式
• 脆性断裂的裂纹是最典型、最容易 识别的声发射裂纹源 • 塑性断裂的裂纹源相对来讲，其声 发射信号较弱。但大量研究证实， 在塑性断裂的不同阶段、声发射信 号的也出现不同特征曲线。 • 在实际检测中，通常遇到的是混合 声发射信号.
储罐的检测及风险评估
目录
1
2
储罐失效形式及腐蚀机理 储罐罐底声发射检测技术
3
4
其它在役检测技术 RBI方法简介
5
储罐风险评估技术
© 2008 BUCT
2
现状
据 API统计： • 美国 85%的炼油厂都存在由于储罐系统泄漏而引起的地下水污染问题。1992 年，由于在当地的小溪、下水道和排水沟中发现了石油，一家公司向当地居民 赔偿了2亿美元。