相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)要求在2014年11月3日提交的臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)?2/122,911的優(yōu)先權(quán)，其全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用包含于此。

關(guān)于聯(lián)邦資助的研究或開(kāi)發(fā)的聲明

不適用

在光盤(pán)上提交的材料的通過(guò)引用的合并

不適用

背景技術(shù)：

儲(chǔ)存罐必須被周期性地檢查以確定罐是否需要更換或修理。檢查發(fā)現(xiàn)罐壁和地板中的腐蝕、裂紋、縫隙和其他異常情況。檢查技術(shù)可以包括聲學(xué)、電氣和/或機(jī)械技術(shù)。檢查報(bào)告通常包含基本的測(cè)量和金屬損失的估計(jì)。

罐必須是空的以用于檢查，因?yàn)闇y(cè)試人員必須進(jìn)入罐的內(nèi)部。因此，檢查填充有流體的罐壁變得昂貴和危險(xiǎn)。在大多數(shù)情況下，在至少兩個(gè)罐中的罐操作必須停止，以使得來(lái)自要被檢查的罐的流體可以被泵送至保持罐中。在檢查人員可以進(jìn)入要被檢查的罐之前，罐必須被清洗。檢查人員較有可能需要穿戴個(gè)人防護(hù)設(shè)備并將氧氣攜帶至檢查罐。一旦檢查完成，流體必須從保持罐泵送至所檢查的罐中。

圖1示出由煉油廠、存儲(chǔ)設(shè)施和管道使用的典型的罐。其他罐包括但不限于超級(jí)油輪上的罐、近海采油平臺(tái)、浮式生產(chǎn)儲(chǔ)卸船(fpso)、機(jī)場(chǎng)儲(chǔ)存罐和石油運(yùn)輸軌道車(chē)?？蓛?chǔ)存在這些類型的罐內(nèi)的揮發(fā)性石油產(chǎn)品包括易燃和易爆液體和氣體，并且在正常大氣條件下與空氣混合時(shí)可產(chǎn)生易燃或易爆液體、氣體、蒸氣或霧。針對(duì)這種類型的系統(tǒng)的正常工作溫度范圍在980-1050毫巴的正常大氣壓力下為-20c到+60c。使典型的罐退出運(yùn)行、清洗和檢查它可花費(fèi)大約5,000,000美元。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目標(biāo)是提供測(cè)試空的和滿的罐的完整性的設(shè)備和方法。本發(fā)明的另一目標(biāo)是提供罐的細(xì)化檢查。本發(fā)明的另一目標(biāo)是提供樣本點(diǎn)的精密定位信息。本發(fā)明的另一目標(biāo)是提供自動(dòng)化的檢查模式和校正。本發(fā)明的另一目標(biāo)是最小化危險(xiǎn)的工作條件。

附圖說(shuō)明

本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在參考附圖的優(yōu)選實(shí)施例的以下詳細(xì)描述中變得顯而易見(jiàn)，其中：

圖1是示例性罐的環(huán)境視圖；

圖2是rov的立體圖；

圖3是rov的底視圖；

圖4是rov的頂視圖；

圖5是從a-a截取的rov的側(cè)視圖；

圖6是示出安全區(qū)域操作的示意圖；

圖6a是示例性水聽(tīng)器基站的側(cè)透視圖；

圖7是示出示例性安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的示意圖；

圖8是多波束型相位陣列示意圖；

圖9a是示例性罐底部平面的示例性示意圖；

圖9b是rov定位的示例性示意圖；

圖9c是疊加在罐底部平面上的rov定位的示例性示意圖；

圖9d是示出來(lái)自多波束相位陣列的數(shù)據(jù)的示例性示意圖；

圖9e是疊加在罐底部地圖上的調(diào)查數(shù)據(jù)的示例性示意圖；

圖9f是疊加在罐底部地圖上的調(diào)查數(shù)據(jù)的示例性示意圖；

圖9g是示例性完成的調(diào)查地圖。

具體實(shí)施方式

在以下詳細(xì)描述中，參考形成其一部分的附圖。在圖中，在不同圖中的類似或相同符號(hào)的使用通常表示類似或相同的項(xiàng)，除非上下文以其他方式指出。

在詳細(xì)描述、圖和權(quán)利要求中描述的所示實(shí)施例不意味著是限制性的。在不背離這里呈現(xiàn)的主旨的精神或范圍的情況下，可以利用其他實(shí)施例，并且可以作出其他改變。

本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解在此描述的部件(例如，操作)、裝置、對(duì)象和伴隨它們的論述為了概念清楚而用作示例并且各種構(gòu)造修改是可以考慮的。因此，如這里使用的，所闡述的具體示例和所附論述意圖代表它們更通用的分類。通常，任何具體示例的使用意圖代表它的分類，并且具體組件(例如，操作)、裝置和對(duì)象的不包含不應(yīng)當(dāng)被當(dāng)作限制性的。

為了展示的清楚，本申請(qǐng)可以使用正式大綱標(biāo)題。然而，可以理解，大綱標(biāo)題用于展示目的，并且不同類型的主旨可以在申請(qǐng)中論述(例如，裝置/結(jié)構(gòu)可以在過(guò)程/操作標(biāo)題下描述，和/或過(guò)程/操作可以在結(jié)構(gòu)/過(guò)程標(biāo)題下論述；和/或單個(gè)主題的描述可以跨越兩個(gè)或更多個(gè)話題標(biāo)題)。因此，正式大綱標(biāo)題的使用不意于以任何方式限制。

參考圖2-6，實(shí)施例被提供用于自動(dòng)化罐調(diào)查器(“rov”)(100)，其調(diào)動(dòng)至少超聲測(cè)量系統(tǒng)(200)和聲學(xué)跟蹤系統(tǒng)(401)以調(diào)查罐壁和底部以檢測(cè)腐蝕、裂紋、縫隙和其他異常情況。rov(100)、超聲測(cè)量系統(tǒng)(200)和聲學(xué)跟蹤系統(tǒng)(401)接收和發(fā)送數(shù)據(jù)至遙測(cè)系統(tǒng)(105)。遙測(cè)系統(tǒng)(105)是通過(guò)其接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的任何已知的自動(dòng)化通信過(guò)程。遙測(cè)系統(tǒng)(105)位于罐(10)外部的位置處。在一些實(shí)施例中，rov(100)進(jìn)一步包括犁(300)，其可以用于移除可能堵塞超聲測(cè)量系統(tǒng)(200)和要測(cè)量的表面之間的聲程的沉積物。

在一些實(shí)施例中，rov(100)具有六個(gè)傳統(tǒng)的水下推進(jìn)器(101)，用于在游動(dòng)時(shí)生成五自由度的原動(dòng)力：浪涌(正向/反向)、搖擺(左舷/右舷)、起伏(垂直)、轉(zhuǎn)動(dòng)(正向/反向)以及偏航(轉(zhuǎn)向左舷或右舷)。rov(100)在“飛行模式”中移動(dòng)通過(guò)液體至要被調(diào)查的罐的特定區(qū)域，并且之后轉(zhuǎn)變至“爬行模式”以用于使用連續(xù)履帶(102)和至少一個(gè)渦流發(fā)生器(103)的精確表面定位(在美國(guó)專利6/881,025中描述)。該移動(dòng)系統(tǒng)允許rov(100)保持不動(dòng)，以例如沿著垂直罐壁爬行，或犁過(guò)污泥。經(jīng)由連接至遙測(cè)系統(tǒng)(105)的電子通信電纜(411)來(lái)對(duì)rov(100)進(jìn)行供電和控制。

在一些實(shí)施例中，rov進(jìn)一步包括避障聲納(400)。避障聲納(400)可以是無(wú)源的或有源的，并且與遙測(cè)系統(tǒng)(105)進(jìn)行通信。

聲學(xué)跟蹤系統(tǒng)(401)有助于rov(100)避開(kāi)障礙并在罐內(nèi)航行。聲學(xué)跟蹤系統(tǒng)(401)包括至少一個(gè)聲波發(fā)射器(403)和可操作地附接至容器(10)的壁的外側(cè)的至少三個(gè)水聽(tīng)器基站(402)；優(yōu)選地，水聽(tīng)器基站(402)磁性地附接。優(yōu)選地，聲學(xué)跟蹤系統(tǒng)(401)包括至少四個(gè)水聽(tīng)器基站(402a,402b,402c,402d)。優(yōu)選地，四個(gè)水聽(tīng)器基站(402a,402b,402c,402d)以變化的高度安裝在罐的北、東、南和西側(cè)。為了減輕由于罐內(nèi)部的結(jié)構(gòu)(例如，梯子和管道)的聲學(xué)遮蔽引起的潛在問(wèn)題，可以使用多于四個(gè)水聽(tīng)器基站(402)。

聲波發(fā)射器(403)和水聽(tīng)器基站(402)具有共同的時(shí)鐘。優(yōu)選地，時(shí)鐘具有μs精確度。為了標(biāo)記rov(100)的位置，一同時(shí)電子定時(shí)脈沖去往聲波發(fā)射器(403)，以用信號(hào)通知其發(fā)送出脈沖，以及去往水聽(tīng)器基站(402)，以用信號(hào)通知每個(gè)水聽(tīng)器基站(402)啟動(dòng)其時(shí)鐘。在每個(gè)水聽(tīng)器基站(402)接收到來(lái)自聲波發(fā)射器(403)的脈沖時(shí)，共同的時(shí)鐘停止。來(lái)自每個(gè)水聽(tīng)器基站的‘飛行時(shí)間’數(shù)據(jù)被傳遞至遙測(cè)系統(tǒng)(105)，在該處，數(shù)據(jù)可以通過(guò)任何已知的三角測(cè)量算法被傳遞以精確地定位rov(100)。

參考圖7，在一些實(shí)施例中，rov(100)具有安全聯(lián)鎖裝置(410)。rov(100)可以通過(guò)高電壓供電。因?yàn)閞ov(100)必須能夠在液體中移動(dòng)，它不能被制造得防爆，否則其將會(huì)太重而不能“游動(dòng)”。然而，一旦rov(100)在罐中液體的表面之下，其不再處于危險(xiǎn)區(qū)域中。安全聯(lián)鎖裝置(410)用于確保rov(100)在過(guò)渡通過(guò)危險(xiǎn)區(qū)域時(shí)從不帶電。rov(100)可以僅在其位于罐中液體的表面之下的安全距離時(shí)通電。

安全聯(lián)鎖裝置(410)包括兩個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)：本質(zhì)安全的壓力變送器(430)和聲學(xué)跟蹤系統(tǒng)(401)。本質(zhì)安全的壓力變送器(430)將持續(xù)測(cè)量rov(100)的頂部的環(huán)境壓力；隨著壓力增大，rov(100)的深度在罐中增大。本質(zhì)安全的壓力變送器(430)測(cè)量流體柱的重量和環(huán)境大氣壓力的總和；環(huán)境壓力可以隨時(shí)間變化很大。因此，位于安全區(qū)域中的大氣壓力變送器(431)將持續(xù)監(jiān)測(cè)環(huán)境大氣壓力。大氣壓力變送器(431)和本質(zhì)安全的壓力變送器(430)之間的差可以用于更精確地測(cè)量rov(100)的深度，從而確認(rèn)其位于rov禁區(qū)之下。

優(yōu)選地，定制ex額定臍帶電纜(411)將從安全區(qū)域中的遙測(cè)系統(tǒng)(105)連接至rov(100)。在臍帶電纜(411)內(nèi)，分離的有套且被屏蔽的雙絞線對(duì)用于安全聯(lián)鎖裝置(410)。臍帶電纜(411)中剩余的導(dǎo)體和光纖提供用于電源、rov(100)控制和傳感器數(shù)據(jù)的通路。優(yōu)選地，臍帶電纜(411)利用以下材料來(lái)包套，該材料與罐中的流體相容并且足夠柔韌以允許rov(100)具有自由移動(dòng)。優(yōu)選地，臍帶電纜(411)是非漂浮的并且將沉到填充有液體的罐的底部。

為了確保rov(100)在操作期間與危險(xiǎn)區(qū)域安全地隔離，rov禁區(qū)(420)從罐中液體的表面向下延伸至預(yù)定深度。rov(100)可以僅在其處于rov禁區(qū)(420)之下的流體中時(shí)通電。如果在部署期間或在操作期間，rov(100)接近rov禁區(qū)(420)，則操作者將被至少聽(tīng)覺(jué)和/或視覺(jué)警報(bào)(421)警告。如果rov(100)進(jìn)入rov禁區(qū)(420)，則系統(tǒng)將被立即自動(dòng)斷電，并且明顯不同的聽(tīng)覺(jué)/視覺(jué)警報(bào)(442)將標(biāo)識(shí)關(guān)閉的原因。

參考圖1-6、8，優(yōu)選地，超聲測(cè)量系統(tǒng)(200)是多波束型相位陣列。相位陣列超聲測(cè)量系統(tǒng)(200)包括多個(gè)超聲換能器，其中的每一個(gè)可以被單獨(dú)地脈沖調(diào)制。通過(guò)改變每個(gè)換能器的定時(shí)以沿著行一個(gè)接一個(gè)地脈沖調(diào)制，相長(zhǎng)干涉的模式以設(shè)置角度產(chǎn)生波束。換句話說(shuō)，波束可以被電子地操縱。優(yōu)選地，波束輪廓在換能器之間具有小于2db的下降，從而允許在罐底部的非常高密度的能量以改進(jìn)性能。波束型相位陣列系統(tǒng)(200)可以以被設(shè)計(jì)為檢查罐壁和底部的模式被操縱。在一些實(shí)施例中，根據(jù)罐尺寸或疑似異常，可以使用多于一個(gè)波束型相位陣列系統(tǒng)(200)。

操縱波束型相位陣列系統(tǒng)(200)允許罐檢查器利用定義的搜索模式以使得不同類型的異常被發(fā)現(xiàn)并準(zhǔn)確定義。rov(100)的搜索模式取決于要被檢查的環(huán)境的特性。與所選擇的檢查模式無(wú)關(guān)，示例性搜索模式除其他之外包括增大的同心圓、減小的同心圓、網(wǎng)格模式、逐個(gè)板，rov(100)提供罐的接近連續(xù)的檢查。采集樣本所利用的頻率通過(guò)超聲脈沖重復(fù)頻率和rov(100)的速度來(lái)確定。距離分辨率(δr)是超聲頻率(f)、被測(cè)試的介質(zhì)中的聲速(cδt)和脈沖的數(shù)量(δt)的函數(shù)：

δr＝cδt/f*δt/2

rov(100)通常針對(duì)每個(gè)傳輸周期使用單個(gè)脈沖，因而δt＝1。

例如，假定在水中的6.2mhz的超聲頻率的單個(gè)脈沖(1500m/s)，距離分辨率將是121μm(0.0048”)。給定10”線性陣列，橫向分辨率將是類似的，垂直分辨率是橫向分辨率的一半。

參考圖9a-9g，遙測(cè)系統(tǒng)(105)編譯由超聲測(cè)量系統(tǒng)(200)和聲學(xué)跟蹤系統(tǒng)(401)接收到的數(shù)據(jù)以測(cè)量罐中的異常。遙測(cè)系統(tǒng)逐個(gè)樣本幀地時(shí)間標(biāo)識(shí)來(lái)自超聲測(cè)量系統(tǒng)(200)和聲學(xué)跟蹤系統(tǒng)(401)的每個(gè)幀中的數(shù)據(jù)采集。關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的每個(gè)集合的時(shí)間戳提供每個(gè)超聲樣本在何處被采集以及是否發(fā)現(xiàn)異常的直接的3d定位。在一個(gè)實(shí)施例中，罐底部地圖(900)在罐(10)的調(diào)查之前被載入遙測(cè)系統(tǒng)(105)中。罐底部地圖(900)至少描述了罐標(biāo)識(shí)、罐位置、罐尺寸、位置和原型，如每個(gè)底板的安裝厚度、以及任何障礙物(例如，集油槽、管道)。相關(guān)數(shù)據(jù)可以覆蓋在組成調(diào)查報(bào)告的導(dǎo)入的罐地圖上。