储罐底板漏磁检测器的结构设计(编辑修改稿)

储罐底板漏磁检测器的结构设计(编辑修改稿)内容摘要：

to stored material leakage, causing economical loss as well as environmentalcontamination. To ensure safe operation of storage tanks, research on storage tank testingmethod is of great importance. Currently, storage tanks are tested by methods that requireemptying process which brought the disadvantages of long detection period and high testcosts. Supported by National Quality Inspection Technology of special, this thesis gives athorough research into MFL (magic flux leakage) storage tank floor testing method, anddeveloped inoil MFL storage tank floor tester that requires no emptying , the integral structure of the storage tank floor tester is given out. Established a 3Dfinite element model under ANSYS software condition and carry on research on magic flux leakage test method on storage floor, obtained the relationship between physicaldimension of the tester and signal strength, and gives out theoretical simulated signal of thetester, laid foundation of the development of the tester. Secondly, to meet the demands of inoil storage tank test, designed sealing structure which has oil environment adaptability for the tester on basis of parison of conventional sealing method. And a virtual prototype according to the real condition of the tester andrequirements of its moving capability is established, to make analysis for its mechanicalstrength and moving capability through simulation and last, on the basis of the above theoretical research and analysis, the MFL tester forstorage tank floor is developed. The experiment platform is set basis of laboratoryconditions and examined the detection capability of the tester, pared the test signal andtheoretical simulated signal. Result indicates that the tester can precisely detected simulatedcorrosion pit of 20% thick loss and has reliable performance on moving capability and sealingcapability, which meets the requirements of associate testing standard and exhibits a bright application future. Keywords: storage tank, MFL testing, in oil test, magizer. 3 第一章 绪论 课题概述 课题来源 本课题来源于老师给的毕业设计课题。 课题的提出 大型储罐是广泛应用于石油石化行业的重要存储设备，通常用于存储石油产品。 由于制造水平，施工工艺，使用管理等多方面因素，储罐物料泄漏问题时有发生。 据美国石油协会提供的数据，美国有 85%的炼油厂存在因为储罐泄漏而引起的地下水污染问题。 63%的市场销售终端和 10%的管道上也同样存在泄漏。 而在我国，在用储罐的检验率很低，许多储罐从投入运行后未实施过有效的检验，导致泄漏事故不能及时发现解决，不仅浪 费物料，而且危害环境安全。 在大型常压储罐检测方面，由于缺少有效不开罐在油快速检测技术和仪器，我国对大型储罐的检验主要采用停产、倒空、清罐、割板检查、修理和重新投运的传统方式，这种检验方式耗时长，工作量大，劳动强度高，而且经济成本高，以一台 10 万立方米的储罐为例，每次检验周期为两个月以上，清罐与维修的直接费用在 200 万元以上，停产造成的间接损失更大。 大量的储罐用户为了节约成本和不影响生产，采用随机抽检的方式检测储罐，这种抽检方式往往造成两方面的弊端，一方面被抽检的储罐无危及安全的缺陷或隐患时会就造成 不必要的检验以及停产损失，另一方面，大量的储罐又因未抽及检测而不能按期进行检验。 部分储罐已连续使用 15 年之久，致使储罐泄漏等安全事故时有发生，损失惨重，既破坏环境，又威胁人民生命财产的安全。 具体到我国的多项重大工程，如国家原油战略储备库、千万吨炼油、百万吨乙烯工程等，均拥有数量众多的储罐；从原油储备角度出发，迫切需要一种无需清罐的检测器，以此提高储罐的利用率；从石化工艺流程角度出发，迫切需要一种可实现不开罐进行快速安全检测的技术和仪器，既能确保储罐的安全运行，又能提高储罐的运营周期。 4 课题的目的 和意义 本课题的目的是通过对储罐的磁性检测方法进行研究，设计储罐底板漏磁检测器，研制能在不开罐情况下在储罐底板爬行并对储罐的重点检测区域进行漏磁检测的系统，实现储罐的在线无损检测。 储罐是广泛应用于石油石化行业的关键承压设备，其安全状况直接关系到所存储物料的存储安全和生产安全。 因此，对储罐的安全状况进行检测对保证安全生产，提高经济效益具有重要意义。 1991 年 1 月美国石油学会首次出版了 API653 标准，该标准为了保证储罐不会发生泄漏性损害，提出了一系列的检测 要求。 这些检测要求的检测对象包含储罐基础、壁板、底板、结构、罐顶、附件以及管嘴等。 国内也相应发布了 Q/GD0205— 1997《立式圆筒形钢制焊接原油罐修理规程》和 SY/T5921— 2020《立式圆筒形钢制焊接原油罐修理规程》。 目前对储罐的常规检测方法主要有超声检测法、磁粉检测法、声发射检测法、射线检测法和渗透检测法等。 近年来，声发射和漏磁扫查技术也开始在储罐检测中得到了应用。 下面对这些方法进行一些简短的介绍。 超声检测法 超声检测是利用超声波在介质内传播时能量逐渐衰减，而在遇 到界面时会反射的性质来检测缺陷的无损检测方法。 由于超声波波长小，传播速度快，因此超声检测法具有检测灵敏度高、指向性好、检测速度快的优点。 利用超声检测法可以对材料厚度、钢材的淬硬层深度、晶粒度等物理属性进行检测。 但常规的超声检测利用压电晶片振动产生超声波，通过耦合剂将超声波导入被测件内部，因而对被测件的表面粗糙度，形状，缺陷的形式（难以检测与波传播方向平行延伸的缺陷）都有一定的要求。 近年来，为了克服上述技术缺陷，出现了一些新型的超声方法，如电磁超声，激光超声等，通过改变超声波的激励方式避免对耦合剂的依赖，减弱 对被测件表面粗糙度的要求。 5 磁粉检测法 磁粉检测法是利用被磁化的铁磁性材料在存在裂纹或气孔等缺陷时表面磁场表现出不均匀性而吸附磁粉的现象来判别缺陷位置的一种无损检测方法。 磁粉检测法对铁磁性材料的表面缺陷有很高的检测灵敏度，检测准确、可靠性好、检测结果直观，是较为常用的且经济方便的无损检测方法之一。 在现行的储罐检测中，该方法常用来检测储罐壁板，但由于检测时需要搭设脚手架，通过人工打磨的方式去除储罐壁板的防腐层，检测时间长，劳动强度大，且对壁板的减薄会削弱储罐强度。 射线检测法 射线检测法利用 X、γ等射线可穿透物体，且在穿透过程中会因材质的不同而呈现不同的衰减的特性获取物体内部信息。 当物体中存在缺陷时，缺陷区域的透射射线就会与旁边的透射射线强度不同，利用胶片或者成像器件获取透射射线，形成影像，通过对影像的识别与处理判断被测件内部是否有缺陷 [14]。 射线检测的精度受探伤仪的聚焦方式影响较大，对被测件表面质量、操作人员的经验水平也有一定的要求。 此外，射线对于人体健康也有一定的危害，操作过程中需要有安全防护。 渗透检测法 渗透检测法是最早使用的无损检测方法之一 ，该方法利用了液体的毛细管现象。 实际检测中，将渗透液涂抹在被测构件表面，当表面存在开口缺陷时，渗透液深入其中。 用去除剂清除多余的渗透液后用显像剂将渗入的渗透液显示出来，即可直观的表示出缺陷位置 [17]。 该方法的局限性在于只能适用于表面开口缺陷，且难以实现自动化智能化，无法应用于生产实际中储罐的在油检测，只能作为开罐检测方法使用。 平板导波检测 平板导波测量是利用探头激励平板产生超声导波，超声导波在板内传播过程中若遭遇缺陷，会产生反射回波，通过对缺陷回波进行分析和处理，可以得到缺陷位置和 大小等信息。 特别当超声导波波长与传播的板的板厚为相 6 同数量级时，振动遍及整个板厚，且超声导波传播距离长衰减小，能获取大范围的检测信息，检测效率高。 但该方法缺陷在于超声导波的传播过程中存在频散现象，使得回波信号的模态复杂，信号解释困难。 声发射检测法 声发射检测法利用的是一种常见的物理现象，即材料内部由于应变能突然释放而形成弹性应力波。 利用仪器检测并记录这种弹性应力波，对发声源进行推断，进而对被检测对象的活性缺陷进行评判的检测技术即声发射检测技术。 在实际的储罐检测应用中，往往利用载荷变化激发声发射 现象，通过对腐蚀层的脱落、开裂与泄漏所产生的湍流声等声发射信号进行采集与分析处理，可以判断储罐的腐蚀和泄漏情况。 利用声发射技术对储罐底板进行检测只需改变储罐载荷，检测完成后储罐可立即投入使用，检测周期短，且只需通过阵列布置的少量传感器，安装时也只需割开少许保温层，不损伤罐体，安装简便。 但由于声发射信号形式复杂，对检测人员的临场经验与操作水平有较高的要求，检测结果有一定的误判风险。 而改变液位的过程也在一定程度上增加了这种方法的检测成本。 由于评估结果为储罐的“好”与“坏”，在实际应用中，声发射检测法主要作为储罐 粗检的一种检测方法使用。 漏磁检测法 漏磁检测法利用的是铁磁性材料被磁化后，磁场因材料分布不均匀而出现局部强度变化的现象，通过霍尔元件或者线圈获取磁场的强度信息，从而推断缺陷位置。 基本原理如图 所示，在钢板上布置有一对极性相反的永久磁铁，通过衔铁构成回路加强磁化强度，当两永久磁铁间的钢板上存在缺陷（裂纹或者腐蚀坑洞）时，部分磁场从缺陷处“泄漏”出来，使得空气中的磁场强度增强，当检测元件检测到这种磁场增强时，便可以推断此处可能存在缺陷。 7 图 漏磁检测原理图 对于储罐检测而言，常见的缺陷 形式为腐蚀点坑和裂纹，采用常规的超声波检测法灵敏度不高。 同时，常规超声探头布置时需要对被测构件表面进行打磨处理以方便耦合超声波，对于构件本身有一定的损伤，而漏磁检测法可以直接用于表面有漆层覆盖的铁磁性构件，且从构件外部即可测出内部存在的缺陷，并通过漏磁信号对缺陷的大小和深度做出评估。 漏磁检测法在工程实际中已经有相当的实验与应用，但对于储罐检测中位于焊缝处的缺陷检出率不高。 原因在于焊缝表面一般比较粗糙，磁场分布不均匀，会在检测信号中引入难以滤除的噪声，且焊缝的凸起导致漏磁探头的提离值增大 , 使得检测灵敏度降低。 尽管存在一定的局限性，漏磁检测法的检测速度快，对表面无需处理的特点使得携带漏磁检测装置的爬行器可以实现储罐内除焊缝外的钢板的大面积区域的快速、自动扫查，对设备的整体安全性进行无损评价有重大意义 , 仍然具有较好的应用前景。 各种常见储罐检测方法比较见表。 8 表 检测方法比较 通过对比可以发现上述检测方法各有优缺，针对现代大型储罐在油检测的需。