專利名稱：大型儲罐罐底腐蝕檢測系統(tǒng)及其檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及腐蝕檢測裝置，特別是涉及一種基于聲發(fā)射的大型儲罐罐底 腐蝕檢測系統(tǒng)及其檢測方法。
背景技術(shù)：
隨著我國能源結(jié)構(gòu)的變革和對能源需求的不斷增加，石油、天然氣在我 國能源需求中的比例逐年加大。近年來不僅儲罐數(shù)量激增，而且儲油罐的設(shè) 計及施工也朝著大型化的方向發(fā)展。目前，基地內(nèi)單臺儲罐的容積一般都在
5 15萬立方米，10萬立方米儲罐已經(jīng)成為我國石油化工行業(yè)原油儲罐建設(shè) 的主要結(jié)構(gòu)。儲罐大型化具有很多優(yōu)點，但大型儲罐容積大、分布集中，且 多用來儲存易燃、易爆、有毒介質(zhì)， 一旦發(fā)生泄漏或爆炸事故，往往會造成 災(zāi)難性的后果及嚴(yán)重的環(huán)境污染，給社會帶來巨大損失和危害。
儲罐事故主要是由罐底腐蝕和泄漏引起的，由于其破壞的嚴(yán)重性，世界 各國均以法律的形式要求必須定期對儲罐罐底的腐蝕及泄漏情況進行檢測。 在我國，按照國務(wù)院頒布的《危險品化學(xué)安全管理條例》的要求，必須對化 學(xué)危險品儲罐進行定期檢驗，但目前具體年限和檢驗規(guī)則還沒有明確的要 求；SY/T 592標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，新建儲罐第一次檢測修理期限不大于10年，以后 的檢驗周期為5 7年。為保障儲罐安全，目前已經(jīng)開發(fā)出多種檢測方法對儲 罐罐底進行檢測，罐底超聲波測厚技術(shù)、罐底渦流檢測技術(shù)、漏磁檢測技術(shù) 和聲發(fā)射檢測。其中前三種檢測技術(shù)均需要先清罐，然后工作人員進入到罐 中進行檢測，這樣不僅成本高，而且對工作人員的身心健康都會造成不良影 響。而聲發(fā)射檢測是一種在線檢測方法，可以在不停產(chǎn)的情況下對儲罐罐底 進行評估，以延長"好罐"的檢測周期，減少和避免因清罐造成的環(huán)境污 染，使用戶獲得直接和潛在的經(jīng)濟效益，同時也可以及時發(fā)現(xiàn)和維修"壞 罐"，避免其引發(fā)事故所造成的損失。在聲發(fā)射檢測過程中必須使用聲發(fā)射 儀，目前所使用的聲發(fā)射儀進行罐底腐蝕檢測的基本檢測原理如圖1所示， 將多個聲發(fā)射傳感器2均勻分布于儲罐1的罐壁外表面，聲發(fā)射傳感器2所 接收的信號經(jīng)前置放大器(圖中為傳感器內(nèi)置前放)放大后再由導(dǎo)線3傳輸 給聲發(fā)射儀4。這種聲發(fā)射儀的檢測方法是一種集中采集方法，即一臺聲發(fā) 射儀上有多個通道，所有聲發(fā)射傳感器都通過導(dǎo)線連接到各個通道。但是，這種聲發(fā)射儀對于大型儲罐的聲發(fā)射檢測來說有以下不足1、有 些導(dǎo)線長度需達(dá)上百米，而聲發(fā)射信號是一種微弱信號，經(jīng)過長距離傳輸后 容易衰減，使信噪比降低；2、長距離的導(dǎo)線使信號在傳輸過程中被干擾的 可能性加大；3、由于導(dǎo)線很長，其體積和質(zhì)量都很大，在布置和回收傳感 器過程中給實施檢測的工作人員造成不便。4、儀器需要采用電纜供電，在 大型油庫中，必須嚴(yán)格按照規(guī)定進行電纜的架設(shè)方可使用，降低了檢測操作 的效率，并需要投入一定的人力和物力。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種信號傳輸距離短、使用 方便的大型儲罐罐底腐蝕檢測系統(tǒng)。
本發(fā)明要解決的另一個目的在于提供一種采用電池供電、提高檢測效率 的大型儲罐罐底腐蝕檢測系統(tǒng)。
另外，本發(fā)明還提供了一種使用本發(fā)明的聲發(fā)射檢測系統(tǒng)進行大型儲罐 罐底腐蝕的檢測方法。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的 一種大型儲罐罐底腐蝕檢測 系統(tǒng)，其特征在于包括多個聲發(fā)射信號采集器和用于對多個聲發(fā)射信號采 集器進行時鐘同步的母鐘，每個聲發(fā)射信號采集器有兩個采集通道，分別連 接一個聲發(fā)射傳感器。
所述的聲發(fā)射信號采集器包括連接聲發(fā)射傳感器并對聲發(fā)射傳感器接收 的信號進行放大的放大器；連接放大器的帶通濾波器；與帶通濾波器的輸出 端連接的A/D轉(zhuǎn)換器；用于控制A/D轉(zhuǎn)換器的FPGA芯片；與FPGA芯片連接 的EEPR0M;與FPGA芯片連接、用于存儲信號的緩存RAM和高速存儲器；用于 與母鐘連接的通訊接口、為所述的聲發(fā)射信號采集器提供時鐘的溫補晶振以 及在存儲數(shù)據(jù)時點亮的聲發(fā)射信號接收指示燈。所述的通訊接口由時鐘同步 觸發(fā)脈沖通道和數(shù)據(jù)通訊接口組成。
所述的母鐘包括主控制芯片、存儲器、溫補晶振、與PC機連接的接口、 與聲發(fā)射信號采集器連接的通訊接口以及電源。所述的電源為8V鋰電池組， 鋰電池組的容量》3Ah。
所述的檢測系統(tǒng)中，傳感器的諧振頻率為30kHz，靈敏度>-70dB;帶通 濾波器的通帶頻率范圍為20k至400kHz;導(dǎo)線為長1至2m的50歐姆同軸線 纜。
所述的聲發(fā)射信號采集器的電源為12v鋰電池，鋰電池組的容量^3Ah。 一種用上述檢測系統(tǒng)進行罐底腐蝕檢測的方法，包括以下步驟1) 用母鐘對所有聲發(fā)射信號采集器進行時鐘同步和參數(shù)設(shè)置；
2) 通過導(dǎo)線將每個聲發(fā)射信號采集器分別與2個聲發(fā)射傳感器連接，用
耦合劑和傳感器緊固件將聲發(fā)射傳感器固定在大型儲罐的罐壁上，使聲發(fā)射 傳感器的感應(yīng)表面緊貼于已經(jīng)打磨光滑的儲罐罐壁上，與每個聲發(fā)射信號采 集器連接的兩個聲發(fā)射傳感器位于同一垂線上且垂直間距為0. 4 0. 6m;
3) 啟動聲發(fā)射信號采集器開始采集信號，將采集到的數(shù)據(jù)先存儲到緩存 RAM中，再轉(zhuǎn)存到高速存儲器中；
4) 檢測完畢后，將聲發(fā)射信號采集器回收并將高速存儲器中存儲的數(shù)據(jù) 傳輸?shù)絇C機中，在PC機中進行數(shù)據(jù)合并和處理。
本發(fā)明具有的有益效果1、每一臺聲發(fā)射信號采集器在傳感器旁邊放 置，減少了傳感器到儀器之間的距離，進而減少了信號在電纜上傳輸所造成 的衰減和干擾，并且使布置傳感器的操作更簡便，降低了儀器成本；2、采 用電池供電減少了外接電源所引入的噪聲；3、聲發(fā)射信號采集器的設(shè)計指 標(biāo)以滿足罐底腐蝕檢測需要為準(zhǔn)，從而降低了成本；采用閃存卡作為存儲 器，降低了功耗；4、每臺儀器可以獨立使用，維護方便。


圖1為傳統(tǒng)聲發(fā)射儲罐罐底腐蝕檢測原理圖； 圖2為本發(fā)明的大型儲罐罐底腐蝕檢測原理圖3為本發(fā)明的大型儲罐罐底腐蝕檢測系統(tǒng)中聲發(fā)射信號采集器的結(jié)構(gòu) 框圖4為本發(fā)明的大型儲罐罐底腐蝕檢測系統(tǒng)中母鐘的電路結(jié)構(gòu)框圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實例對本發(fā)明的大型儲罐罐底腐蝕檢測裝置進行詳 細(xì)說明。
如圖2所示，本發(fā)明的大型儲罐罐底腐蝕檢測系統(tǒng)，包括多個聲發(fā)射信 號采集器5，每個聲發(fā)射信號采集器5分別連接兩根導(dǎo)線7，這兩根導(dǎo)線分別 各連接一個聲發(fā)射傳感器6。另外，雖然圖中未示，本檢測系統(tǒng)還包括一個用 于對多個聲發(fā)射信號采集器進行時鐘同步的母鐘，母鐘負(fù)責(zé)對所有需要工作 的聲發(fā)射信號采集器進行時鐘同步，并為聲發(fā)射信號采集器設(shè)置采集參數(shù)， 回收各采集器所記錄的信號?？梢杂媚哥娡瑫r對多個聲發(fā)射信號采集器同時 進行同步，也可以用母鐘逐個對聲發(fā)射信號采集器進行同步。連接聲發(fā)射信 號采集器3和聲發(fā)射傳感器6的導(dǎo)線7優(yōu)選采用50歐姆同軸線纜。聲發(fā)射傳感器6的諧振頻率優(yōu)選為30kHz，靈敏度應(yīng)^-70dB(參考單位lv/uBar)。
圖3為本發(fā)明的檢測系統(tǒng)中聲發(fā)射信號采集器的結(jié)構(gòu)框圖。如圖所示， 聲發(fā)射信號采集器5包括連接傳感器并對傳感器接收的信號迸行放大的放 大器8;連接放大器8的帶通濾波器9;與帶通濾波器9的輸出端連接的A/D 轉(zhuǎn)換器10;用于控制A/D轉(zhuǎn)換器10的FPGA (現(xiàn)場可編程門陣列)芯片11; 與FPGA芯片11連接的EEPROM (可擦除可編程只讀存儲器)12;與FPGA芯片 ll連接、用于存儲信號的緩存RAM (隨機存儲器)17和高速存儲器15;用于 與母鐘連接的通訊接口 13以及為所述的聲發(fā)射信號采集器提供時鐘的溫補晶 振14。所述的通訊接口 13包括兩部分， 一部分為時鐘同步觸發(fā)導(dǎo)線，另一部 分為數(shù)據(jù)通訊接口。另外，所述的聲發(fā)射信號采集器還包括在存儲數(shù)據(jù)時點 亮的聲發(fā)射信號接收指示燈14。聲發(fā)射信號采集器的電源優(yōu)選采用為12V鋰 電池組，為滿足現(xiàn)場一次性2個小時以上檢測的需要，電池電量需在3Ah以 上。
如圖4所示，所述的母鐘包括主控制芯片、存儲器、溫補晶振、與PC機 連接的接口、與聲發(fā)射信號采集器連接的通訊接口以及電源。所述的電源采 用電池，優(yōu)選使用8V鋰電池組，容量需在3Ah以上，以保證母鐘的時鐘可以 長時間運行且不受使用地點的限制。與PC機的接口可以采用USB或以太網(wǎng)接 口等。為保證母鐘與聲發(fā)射儀的時間同步精度達(dá)到10微妙，同步時，母鐘與 聲發(fā)射儀通過導(dǎo)線連接到一起，母鐘先將其當(dāng)前時鐘值的未來1秒后的值通 過數(shù)據(jù)通訊接口傳輸給聲發(fā)射儀，待母鐘時鐘到達(dá)該值后便立即通過時鐘同 步觸發(fā)導(dǎo)線發(fā)出同步脈沖信號，聲發(fā)射儀接收到該信號后便開始啟動其內(nèi)部 的時鐘。
聲發(fā)射信號采集器的工作原理為聲發(fā)射信號被傳感器6接收到之后， 經(jīng)導(dǎo)線8傳輸?shù)絻x器中，首先被放大器8放大，放大倍數(shù)可以通過設(shè)置調(diào) 整，以適應(yīng)不同的工作環(huán)境， 一般設(shè)為10倍(20dB)、 100倍(40dB)、 1000倍 (60dB)三種，放大器8輸出端連接到帶通濾波器9，該濾波器選用巴特沃斯型 濾波器，通帶頻率范圍為20k至400kHz。濾波器10輸出端連接A/D轉(zhuǎn)換器 11， A/D轉(zhuǎn)換器11基本參數(shù)包括16位精度雙極性，參考電壓土10V，最高 采樣率為2MS/S， A/D轉(zhuǎn)換器由FPGA芯片12控制。FPGA芯片12通過對A/D 轉(zhuǎn)換器的控制，將數(shù)據(jù)讀取到內(nèi)部的緩存中，之后通過判斷信號是否大于閾 值，決定是否收到有效信號，若接收到有效信號則查詢當(dāng)前時鐘，開始將信 號先存儲到緩存MM 17中，再轉(zhuǎn)存到高速存儲器15中。優(yōu)選的緩存RAM需 達(dá)到128kbit的存儲量，存儲器15可以選用工業(yè)級CF卡，讀寫速度需達(dá)到10MB/S以上。存儲數(shù)據(jù)的同時，點亮聲發(fā)射信號接收指示燈16，直至信號 連續(xù)低于閾值一段時間后停止存儲，指示燈16滅。FPGA芯片12與一個 EEPR0M 12連接，用于存儲FPGA的程序和采集設(shè)置參數(shù)，采集設(shè)置參數(shù)包括 采樣率、閾值、最大持續(xù)時間、 一次撞擊信號記錄長度、峰值鑒定時間、撞 擊鑒定時間、撞擊閉鎖時間等。參數(shù)定義算法可查閱相關(guān)文獻(xiàn)。為實現(xiàn)數(shù)據(jù) 回收和時鐘同步，聲發(fā)射儀與母鐘之間有通訊接口 13。該通訊接口包括兩部 分， 一部分為時鐘同步觸發(fā)導(dǎo)線，另一部分為數(shù)據(jù)通訊接口，數(shù)據(jù)通訊接口 可以采取多種形式，為保證大數(shù)據(jù)量高速可靠的傳輸，優(yōu)選采用如以太網(wǎng)接 口、 USB接口等高速數(shù)據(jù)傳輸接口。
下面對本發(fā)明的大型儲罐罐底腐蝕檢測方法進行說明。 在到現(xiàn)場采集開始之前，首先需要用母鐘對所有參加檢測的聲發(fā)射信號 采集器進行時鐘同步，以保證各儀器所測量到的信號時差準(zhǔn)確，進而保證對 信號源的定位精度，聲發(fā)射信號采集器的時鐘精度需要達(dá)到10微妙。工作 時，工作人員可以通過PC機向母鐘發(fā)出命令，包括母鐘時鐘值、聲發(fā)射儀采 集參數(shù)設(shè)置、對連接到母鐘上的聲發(fā)射儀進行時鐘同步等。在檢測過程中， 聲發(fā)射信號采集器5放置在儲罐邊緣的地面上，通過1至2m長的50歐姆同 軸線纜8連接聲發(fā)射傳感器6，聲發(fā)射傳感器6通過耦合劑貼于儲罐的罐壁 上，與每個聲發(fā)射信號采集器連接的兩個聲發(fā)射傳感器應(yīng)位于同一垂線上且 垂直間距為0.4 0.6m，優(yōu)選的垂直間距為0.5m。采集的啟動操作可出通過 聲發(fā)射信號采集器上的啟動采集按鈕來完成，所使用的多個聲發(fā)射信號采集 器的采集啟動操作無需同時完成，數(shù)據(jù)處理時可以將前面一段時間的數(shù)據(jù)去 除。檢測完畢后，將儀器回收并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇C機中，利用公知的方法在PC 機中進行數(shù)據(jù)合并和處理。
權(quán)利要求
1. 一種大型儲罐罐底腐蝕檢測系統(tǒng)，其特征在于包括多個聲發(fā)射信號采集器和用于對多個聲發(fā)射信號采集器進行時鐘同步的母鐘，每個聲發(fā)射信號采集器有兩個采集通道，分別連接一個聲發(fā)射傳感器。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測系統(tǒng)，其特征在于所述的聲發(fā)射信號采 集器包括連接聲發(fā)射傳感器并對聲發(fā)射傳感器接收的信號進行放大的放大器；連接放大器的帶通濾波器；與帶通濾波器的輸出端連接的A/D轉(zhuǎn)換器； 用于控制A/D轉(zhuǎn)換器的FPGA芯片；與FPGA芯片連接的EEPR0M;與FPGA芯片 連接、用于存儲信號的緩存RAM和高速存儲器；用于與母鐘連接的通訊接口、 為所述的聲發(fā)射信號采集器提供時鐘的溫補晶振以及在存儲數(shù)據(jù)時點亮的聲 發(fā)射信號接收指示燈。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的檢測系統(tǒng)，其特征在于所述的通訊接口由時 鐘同步觸發(fā)脈沖通道和數(shù)據(jù)通訊接口組成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測系統(tǒng)，其特征在于所述的母鐘包括主控制芯片、存儲器、溫補晶振、與PC機連接的接口、與聲發(fā)射信號采集器連接的通訊接口以及電源。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的檢測系統(tǒng)，其特征在于所述的電源為8V鋰電 池組，鋰電池組的容量》3Ah。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1 7中任一項所述的檢測系統(tǒng)，其特征在于所述的傳感器的諧振頻率為30kHz，靈敏度》-70dB。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1 7中任一項所述的檢測系統(tǒng)，其特征在于所述的帶 通濾波器的通帶頻率范圍為20k至400kHz。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1 7中任一項所述的檢測系統(tǒng)，其特征在于所述的導(dǎo) 線為長1至2m的50歐姆同軸線纜。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1 7中任一項所述的檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述的聲 發(fā)射信號采集器的電源為12v鋰電池組，鋰電池組的容量^3Ah。
10. —種用權(quán)利要求1所述的檢測系統(tǒng)進行罐底腐蝕檢測的方法，包括 以下步驟1) 用母鐘對所有聲發(fā)射信號采集器進行時鐘同步和參數(shù)設(shè)置；2) 通過導(dǎo)線將每個聲發(fā)射信號采集器分別與2個聲發(fā)射傳感器連接，用耦合劑和傳感器緊固件將聲發(fā)射傳感器固定在大型儲罐的罐壁上，使聲發(fā)射 傳感器的感應(yīng)表面緊貼于己經(jīng)打磨光滑的儲罐罐壁上，與每個聲發(fā)射信號采 集器連接的兩個聲發(fā)射傳感器位于同一垂線上且垂直間距為0. 4 0. 6m;3) 啟動聲發(fā)射信號采集器開始采集信號，將采集到的數(shù)據(jù)先存儲到緩存 RAM中，再轉(zhuǎn)存到高速存儲器中；4) 檢測完畢后，將聲發(fā)射信號采集器回收并將高速存儲器中存儲的數(shù)據(jù) 傳輸?shù)絇C機中，在PC機中進行數(shù)據(jù)合并和處理。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種大型儲罐罐底腐蝕檢測系統(tǒng)，其特征在于包括多個聲發(fā)射信號采集器和用于對多個聲發(fā)射信號采集器進行時鐘同步的母鐘，每個聲發(fā)射信號采集器有兩個采集通道，分別連接一個聲發(fā)射傳感器。另外，本發(fā)明還公開了上述檢測系統(tǒng)用于大型儲罐罐底腐蝕檢測時的檢測方法。本發(fā)明的有益效果是每臺聲發(fā)射信號采集器在傳感器旁邊放置，減少了傳感器到儀器之間的距離，進而減少了信號在電纜上傳輸所造成的衰減和干擾；布置傳感器的操作更簡便；采用電池供電減少了外接電源所引入的噪聲；每臺儀器可以獨立使用，維護方便。
文檔編號G01N29/04GK101441197SQ200810154098
公開日2009年5月27日 申請日期2008年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月15日
發(fā)明者曾周末, 李一博, 剛 杜, 王偉魁, 靳世久 申請人:天津大學(xué)