采用超声导波的储罐罐顶腐蚀深度检测方法

刘文才; 樊建春; 杨进

doi:10.37188/OPE.20212906.1468

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采用超声导波的储罐罐顶腐蚀深度检测方法

信息科学 | 更新时间：2021-07-03

- 采用超声导波的储罐罐顶腐蚀深度检测方法
- Corrosion depth detection of tank top based on ultrasonic guided waves
- 光学精密工程 2021年29卷第6期页码：1468-1481
- 作者机构：
  
  1.中国石油大学（北京），北京 102249
  2.中国石油天然气股份有限公司安全环保技术研究院，北京 102200
  3.重庆大学光电工程学院光电技术及系统教育部重点实验室，重庆 400044
- 作者简介：
  
  [ "刘文才（1984-），男，黑龙江明水人，硕士，高级工程师，现为中国石油大学（北京）工程博士，主要从事石油石化设备检测与评估技术方面的研究。E-mail： wencailiu@cnpc.com.cn" ]
  [ "樊建春（1964-），男，陕西汉中人，教授，博士生导师，1985年于陕西工学院获得学士学位，1991年于武汉理工大学获得硕士学位，1995年获得武汉理工大学获得博士学位，1998年清华大学精仪系摩擦学国家重点实验室博士后，主要从事状态监测与智能诊断、安全检测及预警、油井管完整性检测及评价、摩擦学相关研究工作；E-mail： fjc688@126.com" ]
- 基金信息：
  
  中国石油重点项目(2019D-2312)
- DOI：10.37188/OPE.20212906.1468
  中图分类号： TB553
- 收稿日期：2020-10-30，
  
  修回日期：2020-12-07，
  
  纸质出版日期：2021-06-15
- 稿件说明：
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刘文才,樊建春,杨进.采用超声导波的储罐罐顶腐蚀深度检测方法[J].光学精密工程,2021,29(06):1468-1481.

LIU Wen-cai,FAN Jian-chun,YANG Jin.Corrosion depth detection of tank top based on ultrasonic guided waves[J].Optics and Precision Engineering,2021,29(06):1468-1481.
刘文才,樊建春,杨进.采用超声导波的储罐罐顶腐蚀深度检测方法[J].光学精密工程,2021,29(06):1468-1481. DOI： 10.37188/OPE.20212906.1468.

LIU Wen-cai,FAN Jian-chun,YANG Jin.Corrosion depth detection of tank top based on ultrasonic guided waves[J].Optics and Precision Engineering,2021,29(06):1468-1481. DOI： 10.37188/OPE.20212906.1468.

摘要

目的

目前对石油储罐的检测评估主要是针对罐底、罐壁等部位，但是对储罐罐顶的检测还没有受到足够重视。然而，储罐罐顶结构复杂，工作环境特殊易发生腐蚀，严重时会引起火灾等重大安全事故，因此，对储罐罐顶腐蚀缺陷的检测具有十分重要的意义。

方法

提出基于Lamb波的反射/透射信号幅值比系数法，用于储罐罐顶腐蚀深度程度评估。通过分析腐蚀缺陷对导波的调制机理，研究了腐蚀深度与反射波和透射波信号幅值间的关系，进而推导了基于导波传播衰减特性的反射/透射信号幅值比系数理论表达式，通过数值分析和电化学腐蚀深度实验验证了腐蚀深度与幅值比系数间的关系。结果实验结果表明：导波传播衰减因子

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时，均能对3 mm板厚的腐蚀缺陷进行深度等级的划分；在某石化基地进行了实际测试，成功将罐顶腐蚀程度划分为了轻微、中等和严重腐蚀三个等级。结论该方法有效实现了腐蚀缺陷深度评估，可为板状结构的腐蚀缺陷程度评估提供指导。

Abstract

The method of inspecting and evaluating an oil storage tank currently focuses on the bottom and outer wall of the tank， and the roof the tank does not typically receive sufficient attention. However， the complicated structure and the unique physical and chemical environment lead to corrosion of the roof， which in severe cases may result in sudden failure or fire. Estimating the extent of corrosion of a tank roof is therefore of great significance. A new method based on the Lamb-wave reflection/transmission amplitude ratio is proposed to evaluate the corrosion depth. By analyzing the nonlinear modulation of guided waves in corroded materials， the relationship between corrosion depth and the reflected and transmitted wave amplitudes is obtained. Then， using the attenuation characteristics of guided waves， a theoretical expression for the ratio of reflected and transmitted signal amplitudes is derived. Numerical analysis and electrochemical corrosion experiments verified the relationship between the corrosion depth and the amplitude ratio. Using realistic experimental parameters and assuming a plate thickness of 3 mm， it is noted that guided wave attenuation factors （

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） equal to

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， 1 and

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are capable of distinguishing the degree （i.e.， depth） of corrosion. A practical test was conducted at a petrochemical facility； an ultrasonic guided wave categorization of corrosion into three grades， namely， slight， medium， and severe， was successfully correlated with the observed degrees of corrosion. This method can therefore effectively measure the corrosion defect depth and can provide guidance for evaluating the degree of corrosion defects affecting plate structures.

关键词

Keywords

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