大型储罐底板腐蚀Lamb波检测技术研究

大型石油储罐在工业生产和国家战略石油储备中应用广泛，用来储存和输送原油。但在长期使用过程中，储罐腐蚀失效会引发重大事故，造成严重损失，而储罐腐蚀失效主要集中在储罐底板上。本项目以近几年应用于工程检测领域的超声Lamb波技术为手段，对大型地上立式金属储罐底板边缘区域腐蚀进行检测。研究内容主要包括三部分：首先，建立Lamb波在储罐底板几种典型结构中传播的理论模型，得到Lamb波频散方程。数值分析超声导波的多模态和频散特性，比较各模态的波结构，优化选取适合储罐底板检测的导波模态，为实验研究提供理论依据；其次，研制专用超声换能器，建立适用于储罐底板检测的系统，对储罐底板各种典型结构中Lamb波的传播特性进行实验研究；最后，利用超声Lamb波层析成像技术对储罐底板进行腐蚀缺陷成像，开发专用的信号分析和缺陷重构软件，为实现大型地上立式金属储罐底板腐蚀的快速、高效和在线检测提供技术支持。

大型石油储罐广泛应用于工业生产和国家战略石油储备领域，主要用途为储存和输送原油。长期服役过程中，储罐结构尤其是储罐底板的腐蚀失效易引发严重事故，造成重大损失。储罐底板通过搭接、对接等方式焊接而成，结构较为复杂且表面附着有粘稠度较高的油液，目前尚缺乏有效的储罐底板腐蚀检测方法及技术。. 本项目立足于新型超声Lamb波无损检测技术研究，并将其应用于大型立式金属储罐底板及其边缘区域的腐蚀检测。首先，利用嵌于半无限大介质间的层结构模型，推导出用于描述储罐底板中Lamb 波传播特性的频散方程。通过数值求解方法对超声导波各模态的频散特性及波结构特征进行对比分析，优化选取出适合储罐底板检测的导波模态。同时，基于有限元仿真方法对单一模态Lamb波在典型焊缝处的传播规律以及Lamb波在各类型缺陷处的模态转换与散射特性进行研究，为实验研究提供基础依据。其次，研制出专用电磁声换能器环形阵列，对传感器的激励模态、频带、测量稳定性和周向一致性等参数进行了评估，由此搭建起储罐底板检测装置及板中缺陷散射系数矩阵测量系统，用于储罐底板典型结构中Lamb 波传播特性的实验研究；最后，基于上述检测系统对储罐底板中的圆孔、裂缝等缺陷进行检测实验研究，利用全聚焦成像技术、椭圆和双曲线等成像算法对缺陷进行成像和定位，并基于测量的缺陷散射系数矩阵对缺陷进行类型识别和定量分析。. 本项目从理论建模、有限元仿真、检测系统搭建和实验研究等多个方面对储罐底板的超声Lamb波无损检测技术进行了较为系统的研究，相关研究成果不仅可为大型立式金属储罐底板腐蚀的快速、高效和在线检测提供技术支持，并且具有广阔的工程应用前景。