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（整期优先）网络出版时间：2024-01-18

作者: 李慧敏

建筑科学 >建筑理论

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超声波爬壁小车在大型储罐检验中的应用

李慧敏

中石化工程质量监测有限公司300270

摘要：介绍一种自动爬壁小车对大型储罐壁厚进行检测的方法，采用电池供电用于控制 Scorpion2 的超声波数据采集系统，采用5MHz 双晶探头干耦合轮进行测厚，小车在自动爬行时可对数据进行采集并存储在USB存储器中，分析检测数据时，可以根据不同层板厚设置安全厚度，对测得数据进行厚度识别。试验结果表明该方法与一般方法测厚结果吻合，具有推广使用价值。

关键词：超声波测厚；爬壁小车；大型储罐

由于大型储罐的罐壁高度一般在几米到十几米不等，又长期处于的露天情况下，容易受到酸雨、氧化和介质等的腐蚀导致壁厚减薄。在维护保养过程中涉及到高空作业，一般很难做到有效的定期防腐。对于储罐壁板腐蚀情况的检验，一般采用超声波测厚仪对每块壁板测量2-4点。该方法也要求高空作业，需搭建一些辅助的脚手架或者安装吊架，操作起来比较麻烦，而且所能测点数很少，容易造成腐蚀缺陷的漏检。本文通过应用超声波爬壁小车自动检测技术，由点及面检测，大大提高了检测效率和精度。同时不用搭脚手架，爬壁小车可以在人工操作下爬行，降低检测费用，并通过测量数据和曲线能够分析整个罐壁板的腐蚀状况，为储罐的防腐、维修提供了有力依据。

1爬壁小车基本结构

Scorpion2 是专为直径大于 3 米的铁磁性容器腐蚀检测而设计的，该设备具有 B 扫描功能，带有专利设计的干耦合轮，里面含有 5MHz 双晶探头，检测厚度为 5mm-100mm，扫描器爬行速度可到 180mm/s。探头设计在扫描器的前面，探头升降电机连接线可以控制探头的升降，检测时探头降下与被检表面紧密贴合，不采集数据时探头升起，防止磨损。磁性设计更好的贴合检测表面。4 个磁性驱动轮，4 个独立电机控制。双编码器设计，计数更准确。电池盖保护着爬行器的电池。具有LED灯指示爬行器和主机的通讯状态，有红色，绿色，关闭三种状态。栓电缆，防止电缆连接处有额外的力，在使用爬行器时，有后手柄和前手柄。爬行器的重量为 10.5kg。操作爬行器时只能用前后手柄，在操作前要注意探头的位置和状态，一定要等到探头抬起后才能进行操作。

2数据处理及检测流程

本次爬壁小车采用Swift 软件，它是一款功能强大、操作简单的集数据采集和分析一体的软件。该款软件是专门为超声 B 扫描检测而设计的。采集设备包含爬行器编码器的设置和校准。采集模式分为自动和手动两种模式。Scorpion2 自动驱动并在扫描时应用双编码器并激活转向以保证其走一条直线。可以通过 Swift 上的手柄或前进后退按钮来操作，依赖右侧编码器来记录距离。执行手动扫描时应在扫描器输入扫描偏移量信息。软件采用图像用户界面，操作更简单，Swift 具有多点触摸显示屏。针对已存储的数据，B 扫描数据被缩放为合适窗口大小的视图。使用 Swift 上的缩放按钮可以调整视图尺寸，使用 B 扫下方的滚动条观看信息，B 扫描数据可以显示为幅值或剖面视图。如有需要可以在扫描后调整闸门位置。任何改动都会影响 B 扫描剖面视图中的厚度值。

典型的检测流程图如图1所示:

图1 典型的检测流程图

3现场试验

对中石化石油销售有限责任公司天津分公司大港枢纽库一台100000m³双盘浮顶油罐从内壁进行了爬壁测厚。该储罐的容积为100000 m³，内径80000 mm，高度21800 mm，边缘板\罐底圈板-第六层壁板12MnNiVR, 第七层壁板Q345R，第八层-第九层壁板Q235B。在检测中的壁厚测定示意图如2所示，利用爬壁小车测定的数据如表1所示。常规方法检测数据如表2所示。

注：D、E、F、G粗线为爬壁测厚路径

图2 常压储罐壁厚测定部位示意图

测量仪器型号				Swift Scorpion2				测量仪器编号				826100001076
测量仪器精度				±0.01mm				实测点数				336
名义厚度		A3		21.5 mm				实测最小壁厚		A3		18.97 mm
		A4		18.5 mm						A4		17.73 mm
		A5		15.0 mm						A5		13.32 mm
		A6		12.0 mm						A6		11.22 mm
		A7		12.0 mm						A7		11.13 mm
		A8		12.0 mm						A8		11.16 mm
		A9		12.0 mm						A9		12.11 mm
测厚点部位图：见图3罐壁测厚部位示意图、储罐壁厚趋势图（爬壁）。测厚部位说明：储罐罐体的四个方位（00,900,1800,2700）沿垂直测量并且每隔200mm取一点。
测厚记录单位：mm
测点编号	测点厚度		测点编号		测点厚度	测点编号	测点厚度		测点编号		测点厚度	测点编号	测点厚度	测点编号	测点厚度
G3-20 1	20.81		9		19.30	5	12.11		G8-20 1		12.70	9	12.82	5	19.42
2	20.93		10		20.16	6	13.65		2		12.49	10	12.88	6	19.24
3	20.81		11		18.74	7	12.82		3		12.61	11	12.76	7	18.53
4	21.43		12		18.20	8	14.24		4		12.58	12	12.82	8	18.29
5	20.04		G5-20 1		14.47	9	12.61		5		12.79	D3-5 1	21.31	9	18.09
6	20.69		2		17.76	10	12.22		6		12.79	2	21.73	10	18.41
7	20.10		3		13.32	11	12.14		7		12.58	3	21.08	11	18.56
8	20.16		4		15.48	12	11.99		8		12.55	4	20.22	12	19.30
9	22.67		5		15.33	G7-20 1	13.82		9		12.61	5	21.34	D5-5 1	17.02
10	20.13		6		14.62	2	14.12		10		12.55	6	21.46	2	16.22
11	20.07		7		14.09	3	15.92		11		12.58	7	20.39	3	15.10
12	20.28		8		14.89	4	12.70		12		12.79	8	20.19	4	16.07
G4-20 1	18.77		9		14.24	5	13.29		G9-20 1		12.79	9	21.79	5	18.20
2	18.00		10		13.32	6	14.03		2		12.76	10	21.61	6	16.34
3	22.11		11		14.24	7	13.05		3		12.85	11	20.25	7	15.30
4	21.37		12		13.65	8	13.02		4		12.79	12	21.16	8	16.72
5	17.94		G6-20 1		12.37	9	13.02		5		12.73	D4-5 1	19.03	9	16.72
6	18.53		2		15.60	10	15.13		6		12.73	2	18.71	10	15.45
7	18.77		3		15.66	11	12.73		7		12.82	3	18.35	11	15.51
8	17.73		4		15.60	12	12.64		8		12.91	4	18.56	12	15.48
D6-5 1	11.22		D9-5 1		12.99	E5-10 1	15.30		E8-10 1		12.20	F4-15 1	20.13	F7-15 1	12.25
2	11.51		2		12.82	2	14.98		2		12.28	2	20.51	2	12.05
3	15.07		3		12.85	3	16.28		3		12.37	3	19.39	3	12.20
4	12.17		4		12.96	4	15.48		4		12.05	4	20.48	4	12.20
5	11.99		5		12.79	5	15.39		5		12.17	5	19.86	5	12.05
6	13.35		6		12.85	6	16.49		6		12.31	6	18.68	6	12.02
7	12.96		7		12.82	7	15.87		7		12.22	7	19.51	7	12.20
8	16.25		8		12.88	8	15.21		8		12.20	8	19.27	8	13.70
9	12.61		9		12.82	9	16.34		9		12.08	9	20.19	9	12.34
10	13.79		10		12.91	10	16.49		10		12.40	10	18.74	10	12.22
11	12.31		11		12.85	11	15.16		11		12.43	11	19.71	11	12.31
12	14.83		12		12.88	12	15.30		12		12.11	12	18.68	12	12.25
D7-5 1	12.14		E3-10 1		20.42	E6-10 1	13.47		E9-10 1		12.20	F5-15 1	16.16	F8-15 1	12.02
2	12.08		2		19.15	2	12.17		2		12.20	2	15.36	2	12.34
3	12.52		3		19.95	3	11.57		3		12.20	3	15.39	3	12.28
4	11.69		4		21.49	4	11.84		4		12.25	4	15.33	4	12.37
5	11.34		5		22.32	5	13.05		5		12.17	5	15.33	5	12.34
6	11.31		6		18.97	6	12.70		6		12.40	6	15.98	6	11.93
7	12.22		7		22.17	7	11.66		7		12.43	7	16.34	7	12.37
8	12.08		8		19.45	8	13.02		8		12.31	8	16.61	8	12.17
9	13.08		9		19.77	9	11.69		9		13.59	9	16.58	9	12.28
10	11.13		10		21.22	10	14.62		10		12.31	10	16.37	10	12.17
11	11.51		11		20.78	11	14.65		11		12.46	11	16.37	11	12.28
12	11.60		12		20.31	12	13.47		12		12.43	12	16.40	12	12.11
D8-5 1	12.82		E4-10 1		18.77	E7-10 1	12.37		F3-15 1		20.48	F6-15 1	12.11	F9-15 1	12.37
2	11.16		2		18.26	2	12.20		2		22.05	2	12.20	2	12.17
3	12.05		3		18.35	3	12.08		3		21.31	3	12.28	3	12.17
4	11.37		4		18.65	4	11.96		4		23.35	4	12.22	4	12.22
5	11.48		5		18.68	5	11.87		5		21.96	5	12.55	5	12.49
6	13.29		6		18.44	6	12.37		6		20.72	6	11.90	6	12.31
7	11.28		7		18.97	7	12.20		7		22.56	7	12.43	7	12.31
8	13.35		8		18.20	8	12.02		8		21.87	8	14.27	8	12.34
9	13.11		9		18.29	9	12.11		9		24.89	9	12.02	9	12.11
10	12.64		10		19.30	10	12.34		10		22.02	10	13.05	10	12.20
11	11.43		11		18.88	11	12.17		11		22.50	11	12.02	11	12.28
12	12.64		12		18.09	12	12.14		12		21.84	12	14.83	12	12.34

表1 爬壁小车的检测数据

储罐壁厚趋势图（3层-9层）

图3储罐壁厚趋势图（爬壁）

测量仪器型号							TT101									测量仪器编号								TJZ013
测量仪器精度							±0.1mm									耦合剂								工业甘油
表面状况							打磨									实测点数								2537
名义厚度	顶板				5mm						底板						中幅板：12mm边缘板：20mm
	加热盘管				/mm						其他						/mm
	壁板		层级		1			2		3			4	5				6		7		8			9	10		11		12
			壁厚（mm）		32			27		21.5			18.5	15				12		12		12			12	/		/		/
实测最小壁厚	顶板				5.0mm						底板						中幅板：10.1mm 边缘板：20.2mm
	加热盘管				/mm						其他						/ mm
	壁板		层级		1			2		3			4	5				6		7		8			9	10		11		12
			壁厚（mm）		31.6			27.2		19.0			17.7	13.3				11.2		11.1		11.1			12.1	/		/		/
测厚记录
检测板号		测点厚度（mm）				检测板号			测点厚度（mm）						检测板号				测点厚度（mm）				检测板号				测点厚度（mm）
壁1		31.6		31.8		壁19			31.9			31.8			壁37				28.4		28.5		壁C8				12.5		12.3
壁2		31.7		32.1		壁20			32.0			31.8			壁38				28.3		28.6		后见续页
壁3		31.9		31.8		壁21			31.9			31.8			壁39				27.4		28.6
壁4		31.6		31.8		壁22			31.7			31.8			壁40				28.4		28.6
壁5		31.6		31.9		壁23			31.9			31.8			壁41				28.4		27.6
壁6		31.8		32.1		壁24			32.1			31.8			壁42				29.0		28.6
壁7		31.9		31.7		壁25			31.9			32.3			壁43				28.4		28.6
壁8		31.6		31.8		壁26			31.8			32.1			壁44				29.2		28.2
壁9		31.7		31.8		壁27			31.8			32.0			壁45				28.4		28.0
壁10		31.8		32.3		壁28			28.4			28.6			壁46				28.5		28.6
壁11		31.9		32.0		壁29			29.2			28.6			壁47				27.7		28.3
壁12		32.0		31.8		壁30			28.3			28.5			壁C1				28.2		28.0
壁13		31.9		31.8		壁31			28.4			28.6			壁C2				23.8		23.5
壁14		31.7		32.0		壁32			28.3			28.9			壁C3				22.8		22.9
壁15		31.7		31.7		壁33			29.4			28.6			壁C4				19.6		19.8
壁16		31.6		31.8		壁34			27.4			28.3			壁C5				12.8		13.0
壁17		31.9		31.8		壁35			28.0			28.6			壁C6				13.0		12.5
壁18		31.6		32.2		壁36			27.2			27.6			壁C7				12.6		12.8

表2 常规方法检测数据

对比以上爬壁小车测量数据和常规超声波测厚仪检测数据，发现常规检测结果与爬壁测厚结果基本吻合。

4结论

在对大型储罐进行检测时，使用超声波爬壁小车的优势：

（1）能够实现自动检测，爬行器可以在人工操作下任意爬行，节省检测时间，不用搭脚手架，降低检测费用。

（2）采用干耦合技术，省去人工涂抹耦合剂的工序，节省资金。

（3）储罐超声波自动爬行壁厚检测系统能够连续测量，由点检测变成了面检测，提高了检测精度。对于使用年限较长的储罐，具有较高的安全可靠性。

（4）根据测量数据和曲线能够分析整个罐体的腐蚀状况，为金属储罐的防腐和维修提供依据，具有及其广泛的推广应用前景。

作者简介：李慧敏 1994.12.11 女河南漯河汉硕士研究生助理工程师中石化工程质量监测有限公司研究方向: 石油化工行业检验检测

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