构建基于声发射技术的LNG低温储罐泄漏检测体系，能够防范重大安全事故。

　　全球能源结构转型背景下，LNG作为清洁低碳燃料，市场需求呈增长趋势。LNG低温储罐作为储存与转运LNG的核心装备，工作温度低至-162℃，罐壁采用双层金属结构并填充绝热材料。低温储罐的屏蔽层与焊缝完整性，直接决定储罐的安全性能。立足LNG低温储罐的结构特性与泄漏机理，构建基于声发射技术的LNG低温储罐泄漏检测体系，能够防范LNG泄漏重大安全事故。

　　LNG低温储罐泄漏风险分析

　　LNG低温储罐泄漏按照泄漏位置可分为内罐泄漏、外罐泄漏、附件泄漏三大类。内罐泄漏多由焊缝裂纹、腐蚀穿孔、结构疲劳引发，是最具危险性的泄漏类型。泄漏的LNG会进入内外罐之间的绝热层，破坏绝热性能，引发LNG大量蒸发，甚至穿透外罐造成大面积泄漏。外罐泄漏多由混凝土结构开裂、预应力损失引发，泄漏风险相对较低，但会破坏储罐安全屏障。附件泄漏多由阀门密封失效、法兰松动、管道腐蚀引发，泄漏量较小，但易引发局部火灾爆炸。

　　LNG泄漏有多重危害。一是火灾爆炸风险。LNG泄漏后迅速气化，与空气形成易燃易爆混合气体，遇火源即发生爆炸，爆炸极限为5%~15%，爆炸威力巨大。二是低温冻伤风险。LNG温度低至-162℃，泄漏后会造成人员低温冻伤、设备脆裂损坏。三是环境污染风险。LNG泄漏后会污染土壤、水体，破坏生态环境。四是窒息风险。LNG气化后会挤占空气中的氧气，造成人员缺氧窒息。因此，实现LNG储罐泄漏的早期检测、精准定位、实时预警，是防范LNG泄漏重大安全事故的核心前提。

　　检测系统设计与传感器布置

　　声发射检测系统是实现泄漏检测的核心硬件，主要由声发射传感器、前置放大器、数据采集仪、信号分析软件四大模块组成。针对LNG低温储罐的结构特性，系统选型需满足以下要求：选用宽频带、高灵敏度的压电式声发射传感器，适配20~200kHz的检测频段，具备低温适应性，可在-40℃~80℃环境下稳定运行;选用40dB增益的前置放大器，放大微弱的泄漏信号，提升信号信噪比;选用多通道、高采样率的数据采集设备，采样率不低于1MHz，可实现多通道信号的同步采集;选用具备信号采集、特征提取、定位分析、趋势监测、预警报警等功能的信号分析软件，满足实时监测需求。

　　传感器布置是影响检测精度的关键因素，需结合LNG储罐的结构尺寸、泄漏高发区域进行优化设计。对于全容式LNG储罐，传感器布置应遵循“全覆盖、无盲区、重点区域加密”的原则。一是在储罐内罐外壁沿圆周方向均匀布置传感器，传感器间距根据储罐直径确定，一般不超过15m，确保全罐覆盖。二是在储罐焊缝、人孔、阀门、法兰等泄漏高发区域加密布置传感器，提高局部检测精度。三是在储罐底部、罐顶等易泄漏部位增设传感器，实现重点监测。四是在储罐外罐布置参考传感器，用于区分环境干扰信号与泄漏信号。传感器布置完成后，需进行灵敏度校准，确保传感器正常工作，信号采集准确。

　　泄漏信号处理与干扰源识别方法

　　LNG储罐声发射信号中包含泄漏信号与多种干扰信号，需通过科学的信号处理方法，提取泄漏信号特征，识别干扰源，提高检测精度。核心信号处理方法包括：时域分析，提取信号的幅值、能量、上升时间、持续时间等时域特征，区分连续型泄漏信号与突发型干扰信号;频域分析，通过快速傅里叶变换将时域信号转换为频域信号，提取信号的主频、能量谱等频域特征，区分不同干扰源的频率特性;小波变换分析，采用小波阈值去噪方法，滤除环境噪声，提取泄漏信号的有效特征，提升信号信噪比;模式识别分析，基于机器学习算法，构建泄漏信号与干扰信号的分类模型，实现信号的自动识别与分类。

　　干扰源识别遵循“特征匹配、多维度验证”的原则。首先，通过时域特征区分连续型与突发型信号，滤除结构噪声。其次，通过频域特征区分不同频率的干扰信号，滤除流体噪声、机械噪声。再次，通过传感器定位分析，判断信号来源。若信号仅出现在单个传感器，多为局部干扰;若信号出现在多个相邻传感器，且定位在储罐结构上，多为真实泄漏信号。最后，通过长期趋势监测，判断是否为真实泄漏。若信号持续存在且幅值稳定上升，可判定为真实泄漏;若信号为间歇性、突发性，多为干扰信号。通过多维度验证，有效排除干扰，提升泄漏检测的准确性。

　　泄漏定位与定量评估方法

　　泄漏定位是声发射检测技术的核心功能之一，基于时差定位法实现泄漏点的精准定位。时差定位法的原理为：泄漏产生的声发射信号以相同的速度向四周传播，不同位置的传感器接收到信号的时间存在差异;通过计算信号到达各传感器的时间差，结合声速在储罐结构中的传播速度，即可计算出泄漏点的位置。对于LNG储罐，声速在9%镍钢内罐中的传播速度约为5900m/s，在混凝土外罐中的传播速度约为3500m/s。需根据传感器布置位置，选择对应的声速参数，提高定位精度。定位误差可控制在0.5m以内，满足工程应用需求。

　　泄漏定量评估是基于声发射信号特征，实现泄漏量的量化评估。研究表明，LNG泄漏量与声发射信号的能量、幅值呈正相关。通过建立泄漏量与信号特征的标定曲线，可实现泄漏量的定量计算。标定方法为：在储罐试验阶段，模拟不同泄漏量的泄漏工况，采集对应的声发射信号，提取信号的能量、幅值等特征，建立泄漏量与信号特征的拟合模型;在实际运行中，通过采集的信号特征，代入拟合模型，即可计算出实际泄漏量。同时，结合信号的持续时间、趋势变化，评估泄漏的发展趋势，实现泄漏风险的分级预警。

　　本文作者单位为嘉兴市港区天然气有限公司

　　责任编辑：陆晓如