夾套結(jié)構(gòu)內(nèi)管泄漏聲發(fā)射檢測與評價方法

夾套結(jié)構(gòu)設備是化學行業(yè)中比較通用的裝置，其主要由主體和夾套兩部分組成。夾套結(jié)構(gòu)設備的內(nèi)管易產(chǎn)生腐蝕、磨損、疲勞等問題，進而發(fā)生內(nèi)管泄漏事故。因此，夾套結(jié)構(gòu)的檢測和評價得到了越來越多的重視。聲發(fā)射檢測是一種動態(tài)的無損檢測方法，其具有實時性的特點，可以有效檢出活性缺陷，適用于長期連續(xù)地監(jiān)測缺陷，這是其他無損檢測方法難以實現(xiàn)的。特別是在管道泄漏領域，聲發(fā)射檢測得到了廣泛關注，并取得了大量成果。但是，關于夾套結(jié)構(gòu)泄漏檢測以及聲發(fā)射評價參量的研究卻很少，且仍處于試驗研究階段。01聲發(fā)射評價參量研究目前，常用的聲發(fā)射評價參量包括幅值?平均信號電平以及均方根電壓等，對泄漏的評價常采用RMS(均方根電壓)和ASL(平均信號電平)。聲發(fā)射波形信號以撞擊為單位，每個試驗信號包含N個撞擊信號，記為S=[s0，s1，s2，s3，...，sN-1]，每個撞擊信號的采樣點為n，記為sn=[x0，x1，x2，...，xn-1]，則：式中：Pre為前置放大器增益，dB。RMS算法是基于單一撞擊信號進行的，能及時反映當前信號強度，而ASL通過對數(shù)運算降低了參數(shù)值的波動，更能體現(xiàn)信號規(guī)律。然而，夾套內(nèi)管泄漏聲發(fā)射信號屬于連續(xù)信號，基于單一撞擊信號的聲發(fā)射評價不能完整而準確地反應設備缺陷的真實情況。針對夾套內(nèi)管泄漏信號的連續(xù)性特點，綜合RMS?ASL在聲發(fā)射評價中所表現(xiàn)的優(yōu)勢，構(gòu)造了平均能量(AE)作為夾套結(jié)構(gòu)內(nèi)管泄漏聲發(fā)射評價參量，算法如下式所示：02試驗方案為了研究夾套內(nèi)管氣體泄漏過程的聲發(fā)射響應，搭建了夾套結(jié)構(gòu)內(nèi)管泄漏的模擬試驗平臺，來模擬內(nèi)管氣體的泄漏過程，設計試驗方案，進行試驗。圖1夾套結(jié)構(gòu)內(nèi)管泄漏模擬試驗平臺示意系統(tǒng)主要由夾套結(jié)構(gòu)泄漏模擬系統(tǒng)和聲發(fā)射檢測系統(tǒng)兩部分組成，所用夾套結(jié)構(gòu)內(nèi)管的外徑為60mm，壁厚為3mm，長度為4650mm；外管的外徑為142mm，壁厚為6mm，長度為4750mm。聲發(fā)射檢測系統(tǒng)主要由傳感器?前置放大器?聲發(fā)射檢測儀以及聲發(fā)射軟件等組成。試驗選用R3α型諧振式傳感器，2/4/6型前置放大器(增益為40dB)，PCI-8聲發(fā)射采集卡(采樣頻率為1MHz，采樣長度為1024個點)。圖2聲發(fā)射檢測系統(tǒng)組成框圖聲發(fā)射傳感器布置于夾套外管的外管壁，呈線性分布，其中2#傳感器正對泄漏孔。試驗選用4根相同尺寸管道作為夾套內(nèi)管，在如圖1所示位置人工開孔，孔徑分別為1.0，1.2，1.8，2.0mm。泄漏孔位置距密封法蘭1300mm。采用5立方米立式儲罐作為氣源以保證泄漏過程壓力穩(wěn)定，分別在0.1，0.2，0.3，0.4，0.5MPa壓力下進行泄漏試驗，采用聲發(fā)射模式采集數(shù)據(jù)。03試驗結(jié)果分析基于波形數(shù)據(jù)及AE的算法，采用MATLAB軟件重新計算生成的聲發(fā)射參量，根據(jù)撞擊信號選取幅值最大原則選取最大幅值撞擊信號，得到AE與ASL隨壓力P的變化曲線：圖3AE，ASL與壓力的關系曲線近年來的研究表明，夾套結(jié)構(gòu)內(nèi)管泄漏信號幅值隨泄漏孔孔徑的增大而增大，然而從聲發(fā)射角度進行分析，采用幅度進行評價不能代表泄漏強度，然而采用ASL-P曲線分別在孔徑為1.0，1.2mm，壓力為0.2MPa處和孔徑為1.8，2.0mm，壓力0.1MPa處存在交叉，即不同孔徑?相同壓力下泄漏信號ASL幅值相同，這顯然會帶來評價誤差。新構(gòu)建的AE參量所形成的曲線顯然更利于夾套結(jié)構(gòu)內(nèi)管泄漏的評價。同一泄漏孔下，AE隨著夾套內(nèi)壓力的上升而增加；相同壓力下，隨著泄漏孔孔徑的增大，幅值也隨之增加。04互相關定位研究由于夾套設備結(jié)構(gòu)復雜，聲源眾多，無法保證所采集信號為同源信號，進而給定位造成困難，故采用互相關定位方法對夾套內(nèi)管泄漏進行定位。采用上述試驗方案進行夾套結(jié)構(gòu)內(nèi)管泄漏模擬試驗，在TRA模式(特殊采集操作模式)下以同步觸發(fā)方式采集試驗信號。以夾套管道靠近1#傳感器一端的某處作為坐標原點(即泄漏孔坐標為1300)進行互相關定位。由于5#，6#傳感器距離信號源較遠，且距離夾套外管端部較近，對反射信號與直接信號相關性影響較大，所以以1#傳感器信號為參考信號，分別以2#，3#，4#傳感器信號作為被測信號進行互相關定位計算，結(jié)果如下圖所示：圖4互相關定位結(jié)果在圖4中，各峰值所對應的距離即泄漏孔的定位坐標，紅色直線處為泄漏孔的實際坐標，互相關定位結(jié)果及誤差如下：傳感器序號：1-2定位結(jié)果：124cm定位誤差：4.6%傳感器序號：1-3定位結(jié)果：142cm定位誤差：9.2%傳感器序號：1-4定位結(jié)果：140cm定位誤差：7.7%結(jié)

論(1)通過分析ASL，RMS參量的算法，構(gòu)造新的聲發(fā)射評價參量AE，并通過夾套結(jié)構(gòu)內(nèi)管泄漏模擬試驗將AE-P曲線與ASL-P曲線進行對比。結(jié)果表明，AE不僅能表征泄漏信號的強度，而且曲線區(qū)分度較大，評價準確