Zerstörungsfreie Materialprüfung
Berlin, 21.-23. Mai 2001 -Berichtsband 75-CD
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Die wiederkehrenden Überprüfungen von Flachbodenlagertanks in der chemischen und petrochemischen Industrie werden heute nur auf Basis der Zeitabstände zwischen den Einzelmessungen durchgeführt und bestehen neben einer Entleerung und Reinigung aus einer visuellen und zerstörungsfreien (UT,ET) Überprüfung des Bodens. Eine derartige Überprüfung kostet in Abhängigkeit vom Behälterdurchmesser und dem Lagerprodukt bis zu 1 MEUR, was natürlicherweise zu einer beträchtlichen Belastung des Inspektionsbudget von Raffinerien oder Tanklagern führt.
Schon in den frühen 80er Jahren entwickelte der TÜV österreich eine Methode zur Dichtheitsprüfung des unzugänglichen Bodens dieser Lagertanks, wobei Schallemissionssensoren am Behälterumfang angebracht und während einer Ruhephase die aus dem Behälter erhaltenen Geräusche aufgenommen wurden. Die Ursache für diese Geräusche waren turbulente Strömungen in, in den Böden auftretenden Leckagen, welche über das Medium an die Außenseite des Behälters gelangten. Die an der Außenseite angebrachten Sensoren erlaubten somit nicht nur eine Detektion sondern auch eine Ortung der Quellen, welche auf Basis der Zeitdifferenzen der eingelangten Schallwellen berechnet werden konnte. Über diese Ergebnisse wurde bei der 11. Welttagung für Schallemission in Las Vegas berichtet (1). In den späteren Jahren wurde das Verfahren durch Anwendung der Kreuzkorrelation verfeinert, wodurch auch die Ortung von kontinuierlichen Signalen stark verbessert werden konnte (2). Bis in die Mitte der 90er Jahre wurden dann durch den TÜV österreich mehr als 300 Flachbodenlagertanks geprüft, wobei in österreich seit 1991 das Verfahren im Rahmen der "Verordnung für brennbare Flüssigkeiten" als Dichtheitsprüfung anerkannt ist. Im Rahmen dieser Prüfungen wurden 3 % undichte Flachbodenlagertanks gefunden, wobei diese Prüfungen routinemäßig ohne spezifischen Verdacht erfolgten.
In der Mitte der 90er Jahre wurde aufgrund neuerer Erkenntnisse der Wunsch der Industrie immer größer, das Verfahren auch zur Feststellung und Auffindung von Korrosionen anzuwenden (3,4). Da diese Anwendung viele Fragen Über die Entstehung dieser Geräusche aufwarf, entschlossen sich mehrere Firmen (TÜV Österreich und CESI, Italien als Prüffirmen, Vallen Systeme, Deutschland als Prüfgerätehersteller sowie Shell Global Solutions, Niederlande und DOW Deutschland als Betreiber von Flachbodenlagertanks) ein gemeinsames Forschungsprojekt der Europäischen Kommission über die Inspektion von Flachbodenlagertanks mit Akustischen Methoden einzubringen, welches 1997 im 5. Rahmenprogramm der EU genehmigt wurde.
Forschungsprojekt und Ergebnisse
Neben dem Beweis der akustischen Aufnahme von Korrosion in den Flachbodenlagertanks, war eines der Hauptziele dieses Forschungsvorhabens die Unterscheidung einzelner Fehlermechanismen und ihrer Dauer mit Hilfe der Schallemission. Dazu war es notwendig, das gesamte Zeitsignal aufzunehmen und zu speichern. Anschließend wurden die Signale mit einem frequenzabhängigen Mustererkennungssystem (Visual Class) behandelt und klassifiziert (5).
So wurde es möglich, sowohl Leck- von Korrosionsgeräuschen als auch in einem zweiten Vorgang neue von alter Korrosion zu unterscheiden. Die Unterscheidung zwischen Leck- und Korrosionsgeräuschen war ab einem Differenzdruck von 50 kPa möglich, was bei freiem Abfluß des Lagermediums für die meisten Kohlenwasserstoff-Verbindungen einer Befüllungshöhe von mindestens 6 m entspricht. Bei der Unterscheidung zwischen neuer Korrosion, wie sie in jedem Lagerbehälter vorliegt, und alter Korrosion wurden die unterschiedlichen Dicken von Korrosionsbelägen herangezogen, die zu einer wesentlichen Beeinflussung des Signalmusters führen.
Darstellung der Fehlstellenklassifizierung
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Die Datenauswertung an einem Flachbodenlagertank erfolgt nun über verschiedene Filterkriterien, welche sicherstellen sollen, daß nur echte von den beiden Ursachen hervorgerufene Schallemissionssignale und keine Störquellen mittels des Mustererkennungsverfahren klassifiziert werden. Hierbei erweist sich auch die Ortsfilterung (Lokalisation) als sehr wichtig, da sowohl für starke Korrosionsquellen als auch Leckagen die Ortshäufung (Clusterung) einen wichtigen Faktor darstellt. Denn selbst, wenn auf dem gesamten Behälter die statistische Anzahl von Leckgeräuschen gering ist, ergibt sich ein großes Gefährdungspotential, falls die meisten dieser Signale vom selben Ort stammen (6).
Anhand einzelner Fallstudien soll gezeigt werden, daß man die Ergebnisse des Verfahrens immer einer kritischen Betrachtung unterziehen muß.
So muß man beim Auftreten von geometrisch angeordneten Quellen immer vorsichtig sein, da diese durch Besonderheiten der Tankkonstruktion hervorgerufen werden können. Kreisförmig angeordnete Quellen können insbesondere bei Festdachtanks sehr leicht durch Tropfgeräusche von der Tankdachkonstruktion (Kreuzungspunkt von radial und in Umfangsrichtung angeordneten Sparren) hervorgerufen werden. Wenngleich eine Ausfilterung der Daten mit Hilfe der Mustererkennung möglich ist, soll immer bedacht werden, daß die beste Filterung immer die Vermeidung von Störquellen darstellt.
Abb 1a:
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Abb 1b:
Abb 1: Daten der Prüfergebnisse an eine Flachbodenlagertank mit mehreren Scheinquellen durch Tropfgeräusche vor und nach der Filterung
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Eine Möglichkeit, Quellen aus dem oberen Bereich auszufiltern, stellt die Applikation eines zweiten Sensorringes, welcher in einem ausreichenden Abstand und ausreichender Anzahl über dem ersten Sensorring appliziert wird, dar. Mit Hilfe dieser Sensoren kann nun eine räumliche Auswertung durchgeführt werden, oder es können die oberen Sensoren als "guard" Sensoren geschaltet werden. Die ist insbesondere für Schwimmdachtanks von Bedeutung, wenn Korrosionsquellen aus dem Bereich des Tankdaches zu erwarten sind. Hier versagen nämlich alle anderen Filterkriterien aufgrund der gleichen Ursachen für die Schallemissionssignale. Wesentlich dabei ist, daß die Höhe und Anzahl des zweiten Sensorringes in Abhängigkeit vom Tankdurchmesser und der Befüllungshöhe entsprechend ausgewählt werden. Wenn hier am falschen Ort gespart wird, kann man sich gleich den ganzen zweiten Ring sparen.
Ebenso ist es wichtig, vom Betreiber alle vorhandenen Informationen über den zu prüfenden Tank zu erhalten, damit nicht, wie in einem Beispiel eine im Tank angeordnete Opferanode als starke Korrosionsanzeige zu einer negativen Bewertung eines an sich im guten Zustand befindlichen Lagertanks führt.
Dieses Beispiel soll auch zeigen, daß das Verfahren zwar aktive Korrosion eindeutig erkennt, aber die endgültige Bewertung der Meßdaten von der Gesamtheit der Informationen, welche über den Prüfling vorhanden sind, abhängt. Unserer Meinung nach gilt aber für alle zerstörungsfreien Prüfverfahren, daß Ergebnisse, ohne eine genaue Kenntnis der Historie des zu prüfenden Objektes, immer kritisch betrachtet werden müssen.
Im Vergleich zur konventionellen Tankbodenüberprüfung stellt die Schallemissionsüberprüfung sicherlich eine zeit- und kostengünstige Alternative dar. Insbesondere wenn man bedenkt, daß die konventionelle Tanküberprüfung, wie schon erwähnt, in Abhängigkeit von der Größe und dem gelagerten Medium bis zu 1 MEUR kosten kann.
Man muß aber bei der Anwendung der Schallemission einige Grundregeln einhalten:
Für die nächsten Jahre sollten im Rahmen einer allgemeinen Anerkennung des Verfahrens folgende Maßnahmen vordringlich ergriffen werden:
Derzeit ist im Rahmen der Europäischen Normung CEN/TC 138 WG 7 (Zerstörungsfreie Prüfverfahren, Schallemissionsprüfung) ein Arbeitsprojekt anhängig, eine allgemeine Europäische Anwendungsnorm für die Prüfung von Flachbodenlagertanks mittels Schallemission zu schaffen.
| Herausgeber: DGfZP, Programmierung: NDT.net | START |
Beiträge
Abb 2a
Abb 2b