1000m3液態(tài)烴球罐的聲發(fā)射檢測

劉 兵，季華建，周 揚，趙 亮

1.新疆質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督審核評價中心，新疆 塔城 830002 2.獨山子石化公司研究院，新疆 克拉瑪依 833600

1 球罐的基本情況

該容器1995年8月投用，2006年6月檢驗時，磁粉檢測發(fā)現(xiàn)多處表面裂紋，打磨深度不到1mm后裂紋消除，綜合評級定為2級。2009年對該容器進(jìn)行了聲發(fā)射檢測及全面檢驗。

表1 1000m3球罐基本技術(shù)參數(shù)

2 聲發(fā)射檢測

2.1 基本原理[1]

材料受外力或內(nèi)力作用會產(chǎn)生變形或斷裂，并以彈性波形式釋放出應(yīng)變能的現(xiàn)象，稱為聲發(fā)射（Acoustic Emission，簡稱AE）。用儀器檢測、記錄、分析聲發(fā)射信號并利用聲發(fā)射信號推斷聲發(fā)射源的方法就是聲發(fā)射檢測技術(shù)。材料在應(yīng)力作用下產(chǎn)生塑性變形、裂紋萌生與擴展、夾雜物的斷裂和脫開等，是結(jié)構(gòu)失效的重要機制，也是典型的聲發(fā)射源。利用聲發(fā)射技術(shù)對壓力容器進(jìn)行檢測時，通過對壓力容器加壓，使壓力容器內(nèi)存在的活性缺陷受力活動，產(chǎn)生聲發(fā)射信號，然后參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對檢測到的聲發(fā)射信號進(jìn)行評價,并對聲發(fā)射源的級別進(jìn)行評定。

2.2 特點[1]

聲發(fā)射技術(shù)是根據(jù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部發(fā)出的應(yīng)力波來判斷內(nèi)部損傷程度的一種新型動態(tài)無損檢測方法。它可以在構(gòu)件或材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、缺陷或潛在缺陷處于運動變化的過程中進(jìn)行檢測。聲發(fā)射檢測已應(yīng)用于航空、航天、石油、化工、鐵路、汽車、建筑和電力等許多領(lǐng)域，是一種重要的無損檢測技術(shù)，與常規(guī)無損檢測技術(shù)相比有兩個基本特點：一是對動態(tài)缺陷敏感，在缺陷萌生和擴展過程中能實時發(fā)現(xiàn)；二是聲發(fā)射波來自缺陷本身而不是外部，從而會得到更多的缺陷信息。

2.3 聲發(fā)射檢測儀及參數(shù)設(shè)置：

本次檢測使用美國 PAC生產(chǎn)的SAMOS多通道全數(shù)字化聲發(fā)射檢測分析儀。儀器采用AE源定位檢測分析軟件，傳感器為DP-15I型（帶前置放大器，可自激發(fā)標(biāo)定）諧振型傳感器，中心頻率為150KHz，主放大器增益為40dB，帶通頻率為100kHz～400kHz，耦合劑為2#真空脂。

2.4 傳感器布置

傳感器的布置在聲發(fā)射檢測過程中非常重要，傳感器的布置直接影響聲發(fā)射檢測的信號采集。對于該容器，為保證足夠的定位精度和小信號的檢出率，確定所需傳感器的個數(shù)為36個。傳感器靠近焊縫擺放，為了方便計算缺陷的位置，通常把傳感器布置為三角形。本次對該球罐檢測采用任意三角形進(jìn)行定位。傳感器定位如圖1、2所示。傳感器分7層分布，每層間距為3294mm，最大間距為4279mm。

圖1 傳感器分布正視圖

圖2 傳感器分布背面圖

2.5 加載[2]

在球罐的聲發(fā)射檢測時，需要對球罐進(jìn)行加載。本次檢測擬采用液壓加載的方式，水壓試驗的試驗壓力是根據(jù)TSG R7001-2004《壓力容器定期檢驗規(guī)則》中第四章《耐壓試驗》來決定的：

式中：PT-試驗壓力（MPa）；

P-操作壓力（MPa）；

[σ]-容器元件材料在試驗溫度下的許用應(yīng)力，MPa；

[σ]T-容器元件材料在設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力，MPa；

在起始壓力為1.25MPa開始對球罐進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，共進(jìn)行了2個加壓循環(huán)。第一次加載自1.25MPa-1.56MPa，在試驗壓力1.56MPa載荷下保壓30min后卸載至1.25MPa，然后繼續(xù)加載至1.51MPa（第一次試驗壓力的97%）[3]，在1.51MPa載荷下保壓10min后卸載。加載過程如圖3所示：

圖3 加載程序圖

2.6 檢驗結(jié)果

2.6.1 聲發(fā)射檢測結(jié)果分析

聲發(fā)射檢測過程中，對加載、保載及卸載階段的測量數(shù)據(jù)分段記錄，在兩次加載循環(huán)(對應(yīng)升(降)壓過程)中，各區(qū)域聲發(fā)射源的活度、強度[3]呈降低趨勢，第二次加載過程中產(chǎn)生的聲發(fā)射信號量明顯少于第一次加載過程。在整個監(jiān)測過程中得到1個有效的聲發(fā)射定位源信號A（以下簡稱源A），如圖3、圖4所示。并根據(jù)GB/T18182—2000《金屬壓力容器聲發(fā)射檢測及結(jié)果評價方法》第8節(jié)《檢測結(jié)果評價》[3]對加壓過程中源B的活度、強度以及綜合等級進(jìn)行了評定，對這個聲發(fā)射源綜合等級評價為C級，如表2所示：表中“○”代表有信號，“X”代表無信號。

圖4 第一次保壓（1.56MPa） 聲發(fā)射源定位圖正面

表2 信號源綜合等級評價[3]

2.6.2 常規(guī)無損檢測結(jié)果

聲發(fā)射檢測結(jié)束后，又對聲發(fā)射檢測發(fā)現(xiàn)的源A分別進(jìn)行了表面熒光磁粉檢測未發(fā)現(xiàn)異常，隨后對該源A部位進(jìn)行了射線檢測和超聲波檢測，檢測結(jié)果如下：射線檢測發(fā)現(xiàn)該源部位存在一處Ⅲ級條形缺陷；超聲波檢測該缺陷深度為15.00mm，長度為9.0mm。

綜合以上的檢測結(jié)果，對源A進(jìn)行了綜合評價，決定對源A部位不進(jìn)行返修，缺陷保留。

3 結(jié)論

1）利用聲發(fā)射對1000m3液態(tài)烴球罐的上半部分進(jìn)行了檢測，該容器在最高試驗壓力1.56MPa下未出現(xiàn)超標(biāo)活性缺陷；并將檢測結(jié)果與常規(guī)射線檢測和超聲波檢測結(jié)果進(jìn)行了比較,結(jié)果具有較好的符合性；

2）作為一項新的無損檢測技術(shù)，它最能直接反映材料內(nèi)部缺陷，一方面及時排除了大量帶缺陷運行的壓力容器的爆炸隱患，降低了惡性事故的發(fā)生，確保了這些壓力容器的安全運行，取得了重大的社會效益；另一方面，聲發(fā)射檢測大大縮短了壓力容器的檢驗周期，并減少了盲目返修和報廢壓力容器所帶來的損失，為廣大壓力容器用戶帶來了巨大的經(jīng)濟效益。

[1]費宏偉，岳亞霖.1000m3液化氣球罐的聲發(fā)射檢測[J].壓力容器，2005，22(5)：56-58.

[2]TSG R7001-2004，壓力容器定期檢驗規(guī)則[S].

[3]GB/T 18182-2000，金屬壓力容器聲發(fā)射檢測及結(jié)果評價標(biāo)準(zhǔn)[S].