一种火灾后长管拖车气瓶安全检测方法及系统与流程

1.本发明涉及气瓶安全检测技术领域，特别是涉及一种火灾后长管拖车气瓶安全检测方法及系统。


背景技术：

2.长管拖车作为一种移动式压力容器，在国内主要用于盛装压缩天然气，为管道铺设不便地区和城市应用天然气提供储运保障，现在国内市场保有量14000余台。长管拖车主要由数只大容积钢质无缝气瓶通过管路连接组装而成，设计工作压力一般为20mpa，容积约18～30m3，主要用于盛装高压易燃易爆气体，一旦出现事故，将会给人民的财产及安全带来不可估量的损失，因此，长管拖车在使用过程中的安全性检测变得尤为重要。
3.据统计，每年都会发生数起长管拖车火灾事故，对于发生火灾事故后的长管拖车气瓶的安全性进行评价时，目前常用的检验检测手段是进行现场金相试验，对比受火区域与非受火区域的金相组织是否发生变化，从而对火灾事故后长管拖车气瓶的安全性进行判断。但这种检验方式并不严谨，金相组织的变化确实会对应着材料力学性能的变化，但力学性能的变化是否超过可接受的标准范围尚不明确。而且，长管拖车气瓶材料组织的相变温度在740℃左右，而气瓶在火灾环境中的受火温度不好判断，因此，当气瓶瓶壁的受火温度未达到相变温度时，气瓶材料的金相组织可能未产生明显变化，但此时的力学性能是否不符合标准要求尚不明确。因此，针对火灾事故后受火的长管拖车气瓶安全状态的判定，需要研究一种有效的测试和评价方法。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种火灾后长管拖车气瓶安全检测方法及系统，能够对火灾后长管拖车气瓶的安全性进行有效检测，提高检测结果的可靠性。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
6.一种火灾后长管拖车气瓶安全检测方法，所述检测方法包括：
7.对火灾后长管拖车的气瓶进行金相检验，判断所述气瓶的受火部位和非受火部位的金相组织是否一致，得到第一判断结果；
8.若所述第一判断结果为是，则对所述受火部位进行磁多参数检测，得到磁多参数特征信号；并以所述磁多参数特征信号作为输入，利用多元线性回归方程得到所述受火部位对应的力学性能状态值；将所述力学性能状态值与预设阈值进行比较，以确定所述气瓶是否处于安全状态；所述磁多参数检测包括磁巴克豪森噪声检测、多频涡流检测、增量磁导率检测和切向磁场谐波检测；所述多元线性回归方程用于表征所述磁多参数特征信号和所述力学性能状态值之间的关联关系；
9.若所述第一判断结果为否，则根据所述受火部位的金相组织和预先建立的金相图谱与力学性能之间的对应关系确定所述受火部位的力学性能；将所述力学性能与标准力学性能进行比较，以确定所述气瓶是否处于安全状态。
10.一种火灾后长管拖车气瓶安全检测系统，所述检测系统包括：
11.金相组织对比模块，用于对火灾后长管拖车的气瓶进行金相检验，判断所述气瓶的受火部位和非受火部位的金相组织是否一致，得到第一判断结果；
12.磁多参数确定模块，用于若所述第一判断结果为是，则对所述受火部位进行磁多参数检测，得到磁多参数特征信号；并以所述磁多参数特征信号作为输入，利用多元线性回归方程得到所述受火部位对应的力学性能状态值；将所述力学性能状态值与预设阈值进行比较，以确定所述气瓶是否处于安全状态；所述磁多参数检测包括磁巴克豪森噪声检测、多频涡流检测、增量磁导率检测和切向磁场谐波检测；所述多元线性回归方程用于表征所述磁多参数特征信号和所述力学性能状态值之间的关联关系；
13.金相图谱确定模块，用于若所述第一判断结果为否，则根据所述受火部位的金相组织和预先建立的金相图谱与力学性能之间的对应关系确定所述受火部位的力学性能；将所述力学性能与标准力学性能进行比较，以确定所述气瓶是否处于安全状态。
14.根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
15.本发明用于提供一种火灾后长管拖车气瓶安全检测方法及系统，先对火灾后长管拖车的气瓶进行金相检验，判断气瓶的受火部位和非受火部位的金相组织是否一致。若一致，则对受火部位进行磁多参数检测，得到磁多参数特征信号，并以磁多参数特征信号作为输入，利用多元线性回归方程得到受火部位对应的力学性能状态值，再将力学性能状态值与预设阈值进行比较，以确定气瓶是否处于安全状态。若不一致，则根据受火部位的金相组织和预先建立的金相图谱与力学性能之间的对应关系确定受火部位的力学性能，再将力学性能与标准力学性能进行比较，以确定气瓶是否处于安全状态。本发明所提供的检测方法无论气瓶的受火部位是否发生相变，均可以确定气瓶的安全状态，能够更加全面有效的对气瓶进行安全性检测，提高检测结果的可靠性。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1为本发明实施例1所提供的检测方法的方法流程图；
18.图2为本发明实施例1所提供的磁多参数检测方法的检测原理图；
19.图3为本发明实施例1所提供的原始状态的损伤试块的金相图谱；
20.图4为本发明实施例1所提供的650℃保温2小时空冷所得到的损伤试块的金相图谱；
21.图5为本发明实施例1所提供的700℃保温2小时空冷所得到的损伤试块的金相图谱；
22.图6为本发明实施例1所提供的730℃保温2小时空冷所得到的损伤试块的金相图谱；
23.图7为本发明实施例1所提供的750℃保温2小时空冷所得到的损伤试块的金相图谱；
24.图8为本发明实施例1所提供的770℃保温2小时空冷所得到的损伤试块的金相图谱；
25.图9为本发明实施例1所提供的800℃保温2小时空冷所得到的损伤试块的金相图谱；
26.图10为本发明实施例1所提供的850℃保温2小时空冷所得到的损伤试块的金相图谱；
27.图11为本发明实施例1所提供的不同受火温度的损伤试块的屈服强度示意图；
28.图12为本发明实施例1所提供的不同受火温度的损伤试块的抗拉强度示意图；
29.图13为本发明实施例1所提供的不同受火温度的损伤试块的冲击功示意图；
30.图14为本发明实施例1所提供的不同受火温度的损伤试块的硬度示意图；
31.图15为本发明实施例2所提供的检测系统的系统框图。
具体实施方式
32.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
33.本发明的目的是提供一种火灾后长管拖车气瓶安全检测方法及系统，能够对火灾后长管拖车气瓶的安全性进行有效检测，提高检测结果的可靠性。
34.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
35.实施例1：
36.本实施例用于提供一种火灾后长管拖车气瓶安全检测方法，如图1所示，所述检测方法包括：
37.s1：对火灾后长管拖车的气瓶进行金相检验，判断所述气瓶的受火部位和非受火部位的金相组织是否一致，得到第一判断结果；
38.火灾后长管拖车即为经历火灾之后的长管拖车。在对经历火灾后长管拖车气瓶进行检验与评价的过程中，先进行金相检验，观察气瓶受火部位和非受火部位的金相组织是否一致。由于长管拖车气瓶材料组织的相变温度在740℃左右，只有当气瓶瓶壁的受火温度达到该相变温度时，气瓶的金相组织才会产生明显变化，故本实施例先通过对比受火部位和非受火部位的金相组织，以确定气瓶的受火部位是否发生相变，若发生相变，即金相组织不一致，则根据金相组织的对比来判断气瓶是否处于安全状态；若未发生相变，即金相组织无明显变化，则利用磁多参数检测法来判断气瓶是否处于安全状态，进而无论是否发生相变都能够对气瓶的安全性进行检测，能够更加全面的对气瓶的安全性进行检测，提高检测结果的可靠性。
39.s2：若所述第一判断结果为是，则对所述受火部位进行磁多参数检测，得到磁多参数特征信号；并以所述磁多参数特征信号作为输入，利用多元线性回归方程得到所述受火部位对应的力学性能状态值；将所述力学性能状态值与预设阈值进行比较，以确定所述气瓶是否处于安全状态；所述磁多参数检测包括磁巴克豪森噪声检测、多频涡流检测、增量磁
导率检测和切向磁场谐波检测；所述多元线性回归方程用于表征所述磁多参数特征信号和所述力学性能状态值之间的关联关系；
40.磁多参数检测技术可以用来评估铁磁性材料的微观组织结构变化、应力状态和微损伤缺陷等。如图2所示，本实施例所用的磁多参数检测方法需要结合磁巴克豪森噪声、多频涡流、增量磁导率和切向磁场谐波分析等技术进行多参数融合检测分析。
41.s2中，对受火部位进行磁多参数检测，得到磁多参数特征信号可以包括：
42.(1)通过磁多参数检测仪对受火部位进行磁多参数检测，得到多参数检测电磁信号；多参数检测电磁信号包括磁巴克豪森噪声信号、多频涡流信号、增量磁导率信号以及磁场谐波信号。多参数检测电磁信号的强度和变化通常用幅值、能量、方均根、波形半高宽、包络线、峰值时间、功率谱等参量来描述。
43.(2)对多参数检测电磁信号进行滤波、分离和变换，得到处理后信号；
44.(3)对处理后信号进行特征提取，得到磁多参数特征信号；所述磁多参数特征信号包括磁巴克豪森噪声信号的幅值和包络特征、多频涡流信号的阻抗幅值和相位、增量磁导率信号的曲线宽度和幅值以及磁场谐波信号的谐波幅值和相位。
45.材料损伤会影响其磁检测信号，如磁巴克豪森信号、增量磁导率信号、多频涡流、矫顽力和剩磁强度等，但材料温度损伤与磁检测信号之间的关系是不确定的，因此为了分析材料的磁多参数特征信号与材料温度损伤之间的相关关系，本实施例引入回归分析方法进行融合检测。在线性回归中，数据使用线性预测函数来建模，并且未知的模型参数也是通过数据来估计，本实施例利用多元线性回归方程对磁多参数特征信号和力学性能状态值之间的关联关系进行表征。多元线性回归方程是对多个自变量和因变量之间的关联关系进行建模的一种回归分析模型，其数学模型如下：
46.y＝β0 β1x1 β2x2
…
β
p
x
p
ε；
ꢀꢀꢀ
(1)
47.式(1)中，y为因变量，x1,
…
,x
p
为自变量，β0,
…
,β
p
为回归参数，ε为误差项。
48.本实施例定义材料温度损伤状态值(即力学性能状态值)为因变量，磁多参数特征信号为自变量，用多元线性回归来分析材料损伤状态与磁检测信号之间的相关性，建立多元线性回归方程以进行定量化分析。
49.建立多元线性回归方程的步骤可以包括：
50.(1)制备气瓶在不同受火温度下的损伤试块；
51.具体的，对气瓶进行切割，获取多个试样；对试样进行热处理，每一试样对应一种热处理状态，得到多种热处理状态下的损伤试块，不同热处理状态下的损伤试块即为不同受火温度下的损伤试块。更为具体的，对长管拖车气瓶进行热处理模拟，实验样坯取自长管拖车气瓶，将气瓶切割成多个170mm
×
85mm试样，需要说明的是，试样的尺寸和形状是任意的，此处所给出的170mm
×
85mm试样仅是一个示例。据研究，气瓶外部温度最高达到800℃，因此本实施例进行热处理模拟时，将最高加热温度定为850℃，选取650℃、700℃、730℃、750℃、770℃、800℃、850℃作为设定温度。采用高温箱式电阻炉进行热处理，在室温下将试样置于电阻炉内，对试样进行加热，加热至设定温度后进行保温，保温时间2小时，取出后采取空冷的方式冷却至室温，得到该热处理状态下的损伤试块。每一试样对应一种设定温度，得到多种热处理状态下的损伤试块。
52.(2)对各热处理状态下的损伤试块及原始状态试块进行力学性能测试，并通过对
比标准力学性能标定状态值，得到每一损伤试块对应的力学性能状态值及安全状态；
53.为方便测量分析将上述不同受火温度下的损伤试块进行状态值标定，标定结果如下表1。
54.表1
[0055][0056][0057]
需要说明的是，表1所指的原始状态为不对试样进行加热，即试样处于长管拖车气瓶材料原始状态。
[0058]
(3)对损伤试块进行磁多参数检测，得到每一损伤试块对应的磁多参数特征信号；
[0059]
(4)以磁多参数特征信号作为自变量，以力学性能状态值作为因变量，建立初始多元线性回归方程；初始多元线性回归方程如式(1)。
[0060]
(5)以每一损伤试块对应的力学性能状态值和磁多参数特征信号作为输入，确定初始多元线性回归方程的模型参数，得到多元线性回归方程。
[0061]
本实施例使用多元线性回归方法得到磁多参数特征信号与力学性能状态值之间的标定曲线，建立磁多参数特征信号与不同受火温度状态下的力学性能状态值的对应关系模型，以进行材料力学性能损伤评价。
[0062]
在建立得到上述多元线性回归方程后，本实施例在获得受火部位的磁多参数特征信号后，将其输入至多元线性回归方程即可确定受火部位的力学性能状态值，然后再将力学性能状态值与预设阈值进行比较，即可确定气瓶是否处于安全状态。
[0063]
具体的，s2中，将力学性能状态值与预设阈值进行比较，以确定气瓶是否处于安全状态可以包括：将力学性能状态值与预设阈值进行比较，判断力学性能状态值是否大于预设阈值；若是，则气瓶接近安全失效，处于危险状态；否则，则气瓶处于安全状态。
[0064]
预设阈值可利用下述方法确定：根据损伤试块的实际损伤状况确定每一损伤试块的状态，所述状态包括安全和危险，本实施例所确定的每一损伤试块的状态如表1所示。然后选取状态为安全的所有损伤试块对应的力学性能状态值的最大值作为预设阈值。
[0065]
s3：若所述第一判断结果为否，则根据所述受火部位的金相组织和预先建立的金相图谱与力学性能之间的对应关系确定所述受火部位的力学性能；将所述力学性能与标准
力学性能进行比较，以确定所述气瓶是否处于安全状态。
[0066]
在根据受火部位的金相组织和预先建立的金相图谱与力学性能之间的对应关系确定受火部位的力学性能之前，本实施例的检测方法还包括建立金相图谱与力学性能之间的对应关系，该步骤可以包括：
[0067]
(1)制备气瓶在不同受火温度下的损伤试块；
[0068]
(2)对损伤试块进行显微组织观察，得到每一损伤试块的金相图谱；
[0069]
具体的，将损伤试块经砂纸磨光、机械抛光后，用4％的硝酸酒精侵蚀，然后根据gb/t 13298-2015《金属显微组织检验方法》对损伤试块进行显微组织观察，得到损伤试块的金相图谱。各种热处理状态下损伤试块的金相图谱如图3-图8所示，图3为原始状态(即未经过热处理)的损伤试块的金相图谱；图4为650℃保温2小时空冷所得到的损伤试块的金相图谱；图5为700℃保温2小时空冷所得到的损伤试块的金相图谱；图6为730℃保温2小时空冷所得到的损伤试块的金相图谱；图7为750℃保温2小时空冷所得到的损伤试块的金相图谱；图8为770℃保温2小时空冷所得到的损伤试块的金相图谱；图9为800℃保温2小时空冷所得到的损伤试块的金相图谱；图10为850℃保温2小时空冷所得到的损伤试块的金相图谱。
[0070]
(3)对损伤试块分别进行拉伸试验、冲击试验和布氏硬度测定，得到每一损伤试块的力学性能；所述力学性能包括屈服强度、抗拉强度、硬度和冲击功；
[0071]
具体的，对于每一损伤试块，对损伤试块进行拉伸试验，拉伸试验选用圆形棒状试样，故在损伤试块上的环向和轴向两个方向上分别取圆形棒状试样，记为环向试样和轴向试样。根据gb/t 228.1-2010《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》，在型号z250电子万能材料试验机上对环向试样和轴向试样进行拉伸试验，所有试样均使用引伸计，以进行环向试样的环向屈服强度和环向抗拉强度测定，轴向试样的轴向屈服强度和轴向抗拉强度测定。各种热处理状态的损伤试块的屈服强度如图11所示，抗拉强度如图12所示。
[0072]
对于每一损伤试块，对损伤试块进行冲击试验，冲击试验所需的冲击试样的加工尺寸为10
×
10
×
55mm，沿气瓶的轴向和环向各制备3根试样，记为轴向试样和环向试样。根据gb/t 229-2007《金属材料夏比摆锤冲击试验方法》，在型号zbc2452-cd摆锤式冲击试验机上对轴向试样和环向试样进行冲击试验，试验温度为-40℃，以进行环向试样的环向冲击功和轴向试样的轴向冲击功的测定。各种热处理状态的损伤试块的冲击功如图13所示。
[0073]
对于每一损伤试块，根据gb/t 231.1-2009《金属材料布氏硬度试验第1部分：试验方法》对损伤试块进行布氏硬度测定。各种热处理状态的损伤试块的硬度如图14所示。
[0074]
(4)根据每一损伤试块的金相图谱和力学性能，建立金相图谱与力学性能之间的对应关系。
[0075]
在得到金相图谱与力学性能之间的对应关系后，根据受火部位的金相组织和预先建立的金相图谱与力学性能之间的对应关系确定受火部位的力学性能可以包括：将受火部位的金相图谱与不同受火温度下的损伤试块的金相图谱进行比对，确定受火部位的受火温度；根据受火部位的受火温度确定受火部位的力学性能。
[0076]
将力学性能与标准力学性能进行比较，以确定气瓶是否处于安全状态可以包括：将力学性能与标准力学性能进行比较，判断力学性能是否处于标准力学性能的阈值范围内，标准力学性能的阈值范围由气瓶制造标准给定。若是，则气瓶处于安全状态；否则，则气
瓶处于危险状态。
[0077]
各种热处理状态对应力学性能与标准力学性能的比对结果如表2所示：
[0078]
表2
[0079][0080]
表2中，
×
表示低于标准力学性能的下限，
××
表示高于标准力学性能的上限。
[0081]
根据表2，本实施例在根据受火部位的金相图谱确定受火部位的受火温度后，可直接根据受火温度和表2确定此时气瓶是否处于安全状态。
[0082]
本实施例所提供的检测方法先对受火部位和非受火部位的金相组织进行比较，如果金相组织不一致，根据热处理后金相组织图谱查询对应力学性能状态值，如果金相组织一致，则进行磁多参数检测，确定气瓶受火部位力学性能，从而进行安全评价。该方法的优点是通过热处理模拟形成不同温度下长管拖车气瓶的微观组织与对应力学性能关系，并通过各个状态的磁多参数信号检测，结合磁多参数形成表达式。相对于现有检验评价方式，针对不同受火温度气瓶材料的性能表征量化，不再靠主观判断气瓶安全性。在对经历火灾长管拖车气瓶现场检验中，针对受火部位产生金相组织变化的，可通过图谱判定气瓶安全性；而针对金相组织未产生变化的，现有检验方式是无法做出判断的，而本实施例的方法通过磁多参数检测技术弥补了现有检验方式的缺失，降低了问题气瓶漏检的可能性，提高了火灾长管拖车气瓶安全评价的可靠性，具有一定的实际应用价值。
[0083]
实施例2：
[0084]
本实施例用于提供一种火灾后长管拖车气瓶安全检测系统，如图15所示，所述检测系统包括：
[0085]
金相组织对比模块m1，用于对火灾后长管拖车的气瓶进行金相检验，判断所述气瓶的受火部位和非受火部位的金相组织是否一致，得到第一判断结果；
[0086]
磁多参数确定模块m2，用于若所述第一判断结果为是，则对所述受火部位进行磁多参数检测，得到磁多参数特征信号；并以所述磁多参数特征信号作为输入，利用多元线性回归方程得到所述受火部位对应的力学性能状态值；将所述力学性能状态值与预设阈值进行比较，以确定所述气瓶是否处于安全状态；所述磁多参数检测包括磁巴克豪森噪声检测、多频涡流检测、增量磁导率检测和切向磁场谐波检测；所述多元线性回归方程用于表征所述磁多参数特征信号和所述力学性能状态值之间的关联关系；
[0087]
金相图谱确定模块m3，用于若所述第一判断结果为否，则根据所述受火部位的金相组织和预先建立的金相图谱与力学性能之间的对应关系确定所述受火部位的力学性能；将所述力学性能与标准力学性能进行比较，以确定所述气瓶是否处于安全状态。
[0088]
本说明书中每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0089]
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。