储罐内置式声发射多传感器投放装置创新设计

宋学玲，娄兰亭，黄政，张颖，高晗

（1.东北石油大学机械科学与工程学院，黑龙江大庆163318；2.中国石油石油化工研究院大庆化工研究中心，黑龙江大庆163318）

储罐内置式声发射多传感器投放装置创新设计

宋学玲1，娄兰亭1，黄政1，张颖1，高晗2

（1.东北石油大学机械科学与工程学院，黑龙江大庆163318；2.中国石油石油化工研究院大庆化工研究中心，黑龙江大庆163318）

储罐底板腐蚀声发射在线检测技术目前被广泛使用，但对于大型储罐，会存在检测盲区，内外部相结合的声发射在线检测技术是解决这一问题的有效方法。为此，设计储罐内置式声发射多传感器投放装置，该装置可以携带多枚声发射传感器，并精准投放到大型储罐内部指定位置，通过内部传感器与外部传感器联合监测，实现大型在用储罐底板腐蚀内外部结合的全域检测。

声发射检测；大型储罐；投放装置；内置式

储罐作为石油储备的主要设备，安全性显得尤为重要。在储罐趋于大型化的今天，对大型储罐底板中心区域的实际腐蚀状态的评估，是实现大型储罐底板全域检测需要解决的首要难题[1]。向储罐内部投放传感器，进行内外部相结合的声发射在线检测技术是解决这一问题的有效方法。为此，设计储罐内置式声发射多传感器投放装置，该装置可以携带多枚声发射传感器，并精准投放到大型储罐内部指定位置，具有操作方便，安全可靠，精准投放，自动回收等特点。本文重点介绍该投放装置的主要结构构设计和模型的建立。

1 装置的结构设计

依据基于功能的模块化设计方法，将储罐内置式声发射多传感器投放装置分为浮顶上方投放车和传感器投放机构两个部分[2]。投放装置整体结构组成如图1所示。

图1 储罐内置式声发射多传感器投放装置基本结构

2 浮顶上方投放车设计

通过对大型储罐浮顶上方实际情况的分析，设计了储罐浮顶上方的投放车。投放车主要分为投放管缠绕装置、投放管矫直机构以及清洗机构等，具体结构如图2所示[3]。

图2 浮顶上方投放车

3 传感器投放机构设计

传感器投放机构是整个投放装置的关键。以5万立方米的储罐为例，为进行内外相结合的全域检测，其所采用的传感器拓扑阵列为1-6-12型。为此，确定内置传感器投放位置为储罐半径1/3处。投放机构分为动力驱动结构、投放臂以及电机外壳等，如图3所示。下面对其中的主要部件进行介绍。

图3 投放机构示意图

3.1 动力驱动结构

投放机构中投放臂的展开需要三个条件：

（1）投放臂绕关节转动的角速度稳定可控；

（2）投放臂的转动角度稳定可控；

（3）电动机反转可带动投放臂进行回收动作。

基于以上三个条件，采用三种步进式电动机对投放臂进行展开，分别在投放机构的中心及两个关节处，如图4（a、b、c）所示。

图4 投放机构采用的步进式电动机

3.2 投放臂的设计

5万立方米的储罐直径为60 000 mm，根据布点要求，通过对投放臂强度及稳定性的计算，确定单根投放臂如图5所示，长度为3 000 mm.

图5 投放臂示意图

3.3 传感器盒的设计

将声发射传感器耦合在传感器盒底部，声发射传感器随投放机构到达储罐底部，进行声发射检测作业，通过内置在投放臂内部的传输电缆进行声发射检测工作。声发射传感器盒通过O形圈起到密封，隔绝外部恶劣工作环境作用；通过内部刷涂耦合剂，将传感器耦合到传感器盒底部，从而提高了装置的灵敏度，使进入储罐的传感器具有良好的信号接收能力，如图6所示。

图6 传感器盒示意图

3.4 锁紧机构设计

为了考虑投放臂的稳定性问题，单从投放臂本身考虑是不够的，现加入投放臂锁紧机构，使投放臂完全展开后能够保持稳定性。锁紧机构采用伸缩机构，随着投放臂的展开，锁紧机构也随之展开，伸长到适当长度将投放臂锁紧，保证投放臂的稳定性，工作结束后，随着投放臂收回，锁紧机构也随之收回。具体结构如图7所示。

图7 锁紧机构示意图

4 结束语

本文设计了内置式声发射多传感器投放装置，用于大型储罐底板声发射检测。该投放装置具有多传感器定点精准投放、自动回收以及清洗等多种功能，在一定程度上提高了大型储罐底板腐蚀声发射检测的可靠性，能够实现对预设传感器拓扑阵列方式的传感器进行搭载和布置。在不开罐的情况下，实现了大型储罐底板声发射内外结合的在线检测。

[1]李一博，孙立瑛，靳世久，等.大型常压储罐底板的声发射在线检测[J].天津大学学报，2008，41（01）：11-16．

[2]孙桓，陈作模，葛文杰，等.机械原理[M].北京：高等教育出版社，2006.

[3]崔甫.矫直原理与矫直机械[M]．北京：冶金工业出版社，2002．

Innovative Design of Multisensory Launching Device of Acoustic Emission Built-in Storage Tank

SONG Xue-ling1，LOU Lan-ting1，HUANG Zheng1，ZHANG Ying1，GAO Han2
（1.Northeast Petroleum University Science and Engineering Institute，Daqing Heilongjiang 163318，China；2.Daqing Chemical Research Center，Petro China Petrochemical Research Institute，Daqing Heilongjiang 163318，China）

Acoustic emission technique of tank bottom corrosion has been widely used，but for large storage tanks，there will be a blind spot of detection，the on-line acoustic emission technique，which combines internal and external sound，is an effective method to solve this problem.Therefore，the multisensory launching device of acoustic emission built-in storage tank，the device can carry a plurality of acoustic emission sensors，and can be delivered accurately into the large tank in the specified position，through joint monitoring of internal sensor and external sensors，it can achieve a comprehensive detection combining the internal and external of the large-scaled and in-used storage tank bottom corrosion.

detection of acoustic emission；large-scale and in-used storage tank storage tank；launching device；built-in

TE972

A

1672-545X（2017）03-0016-03

2016-12-03

国家级大学生创新创业训练计划项目—储罐内置式声发射检测用多传感器投放装置设计（编号：201610220001）

宋学玲（1995-），女，天津人，本科在读，研究方向为过程装备与控制工程。