聲發射技術下氨制冷系統壓力容器在線安全檢測的探究

林文舉，周吉軍

（新疆維吾爾自治區特種設備檢驗研究院，新疆 烏魯木齊 830011）

聲發射技術下氨制冷系統壓力容器在線安全檢測的探究

林文舉，周吉軍

（新疆維吾爾自治區特種設備檢驗研究院，新疆 烏魯木齊 830011）

受現有冷庫壓力容器的結構和工作特性影響，按照傳統定期檢查方法，必須要先使容器停運，并對部分結構拆卸，但部分使用冷庫壓力容器的行業為保證生產任務的順利完成，并不允許對其采取強制停機及拆卸昂貴的保溫層，這就導致冷庫壓力容器定期檢查工作在開展的過程中存在較大的阻力，冷庫壓力容器存在一定的安全隱患。在此背景下，本文針對聲發射技術下氨制冷系統壓力容器在線安全檢測展開研究，為達到打消用戶顧慮的同時完成定期檢查工作的效果作出努力。

聲發射技術；氨制冷系統壓力容器；在線安全檢測

在對氨制冷系統的各類壓力容器進行定期檢查時，除要對其外表面狀況進行觀察外，還要對其是否存在缺陷、缺陷存在的原因、缺陷的類型以及缺陷處理后容器性能是否仍然滿足工程實際需要等方面進行判斷，以保證壓力容器使用的連續性和安全性。聲發射技術基礎上的在線安全檢測技術如果可以順利實現，可以保證在以上檢查工作順利完成的同時，避免停機和拆卸，對提升檢查的效率和檢查的全面性具有積極的作用。

1 聲發射技術下氨制冷系統壓力容器在線安全檢測的優缺點分析

基于聲發射技術基礎上的在線檢測，除可以在容器不停機的情況下，通過一次檢驗對容器整體結構狀況產生較全面的了解，通過連續檢測實時掌握關鍵結構性能外，在線狀缺陷檢測、環境耐受性等方面也具有明顯優勢，但其通常只能判斷缺陷的位置、強度等，要進一步判斷其性質需要與其他無損檢測方法結合應用，而且容易受到外界環境的干擾，受發射信號不可逆特性影響，人為失誤導致檢測數據丟失的可能性較大。

2 聲發射技術下氨制冷系統壓力容器在線安全檢測的實施過程

在實施過程中，要盡可能挖掘其優勢，規避其缺陷，為對其實施過程產生更加全面的了解，筆者以對1臺設計壓力和溫度分別為2.0MPa和50℃的貯氨器進行基于聲發射技術的在線安全監測為例，對其進行分析。在實施在線安全檢測中，選擇PXUT-350B超聲波探傷儀和XX2505射線探傷儀、SAMOS聲發射檢測儀作為主要設備，具體操作如下。

2.1 初步檢測過程

（1）布置探頭。考慮到多通道聲發射儀檢測立式和臥式的壓力容器時平面定位效果較理想，而對幾何形狀壓力容器選用三角形定位更適用，所以在對選擇的氨制冷系統壓力容器進行檢測時，將探頭按照平面定位形式布置，其中三道環縫和環縫附近分別應用6個和2個，而端頭分別應用1個。

（2）設置加壓程序。溫度上下浮動會導致氨制冷系統中的壓力發生改變，所以在聲射線檢測過程中，有效的控制貯氨器閥門流量并對氨機進行適當的調節，可實現對冷卻空氣和冷凝水流量的調控，是氨制冷系統中氨的溫度達到預期的效果，進而改善系統的工作壓力。案例中選擇的貯氨器在近1年內工作壓力上限達到1.85MPa，而近3個月內工作壓力上限為1.5MPa，滿足相關標準的要求，所以在對其進行加載試驗的過程中，可以直接選擇1.8MPa作為壓力上限。加壓過程如圖1所示。

圖1 案例氨制冷系統壓力容器加壓程序簡圖

（3）調試儀器。為保證聲發射在線檢測中獲得的信息的準確性與全面性，必須結合檢測的需要，先對相關的參數進行設置。筆者在設置的過程中，應用AEWin聲發射和采集的相關軟件時，將固定門檻值和前放增益值均設定為40dB,將PDT設置為1000μs、HDT設置為2000μs、HLT設置為20000μs，在設定的過程中，需要進行背景噪聲測試，即啟動設置的探頭并對行列表信息進行觀察，從中提取各通道幅值上限。另外，在聲發射檢測的過程中，要保證各通道的靈敏度均在90dB及其以上，而且偏差在3dB以下，如果在在線檢測的過程中，無法達到以上要求必須進行傳感器耦合，必要的情況下甚至要更換。在對案例貯氨器進行檢測時獲得的各通道靈敏度的整體平均值與各自檢測平均值之間的偏差在2dB以內，所以滿足要求。除上述參數設置外，衰減值和準確度也是需要調整的重點，前者在測量時通常選擇鉛筆芯折斷信號為主要測量方法，而且要選擇不連續結構進行；而后者在校準的過程中，要保證定位精度在傳感器間距的5%以內，在對案例貯氨器進行準確度校準的過程中，發現在聲發射速度在每秒鐘5250m的情況下，其定位誤差一直處于傳感器間距上限的5%以下，滿足要求。

（4）實施加載。在對案例貯氨器加載過程進行聲發射在線檢測的過程中，發現在加載的壓力值在1.5MPa以下的情況下，獲得的聲發射信號相對分散；但在加載的壓力值進一步提升的情況下，部分區域開始出現相對集中的聲發射源，這種集中程度在壓力值達到1.6MPa的情況下，達到最高。在加載的壓力值達到設定的上限1.8MPa的情況下，如果進行持續30分鐘的保壓，那么原本出現的聲發射源數量會逐漸減少。

（5）檢測獲取數據分析。在分析的過程中，首先要結合GB/T18182-2000的相關規定，對獲取的聲發射源集團進行級別的劃分，例如在案例貯氨器檢測中獲取的三個聲發射源集團中有1個為D級，另外兩個為C級，由此可以判斷三個聲發射源集團所在的位置均可能對氨制冷系統壓力容器的安全性產生影響。

2.2 結合檢測結果進行復檢

在以上基于聲發射技術的在線檢測工作完成后，還要對確定可能影響貯氨器安全性的位置進行復檢，主要完成以下工作：

進行超聲波檢測。這主要是為了進一步確定氨制冷系統壓力容器內部存在的缺陷的規格、方向等具體的信息，在具體檢測過程中，縱波斜射、雙斜探頭橫波、雙直探頭一次波等均是較常見的方式。在對案例貯氨器進行超聲波檢測的過程中，選擇PXUT-350B超聲波儀以及K1和K2斜探頭，并按照外壁雙側鋸齒形的方式進行掃查，在掃查的過程中發現，在初次在線檢測中發現的三個聲發射源所在位置均出現了較顯著的反射波，而其中存在兩個發射波的波幅最為強烈，其發射波波高分別達到76dB和60dB、缺陷長度分別達到了12mm和8mm、深度分別達到了1.5mm和10mm，即使波幅相對較穩定的區域的波高、長度和深度也分別達到了55dB、2mm和9.5mm。結合檢測結果可以判斷，在案例貯氨器中存在兩個安全系數較低的線性裂紋狀的缺陷和1處較靠近結構表面的缺陷。

射線檢測。由于氨制冷系統壓力容器本身并不設有人孔，所以在判斷其存在缺陷的基礎上，要對其進行定性，只能選擇射線探傷的方法，在操作的過程中，利用XX2505射線探傷機，以雙壁單影的方式進行，曝光量為每分鐘15mA。在射線檢測的過程中發現，其中已經確定為線性裂紋狀缺陷的位置裂紋長度分別達到12mm和8mm，而表面位置缺陷的長度為2mm。

安全評價。在以上檢測結果獲取后，要對氨制冷系統壓力容器的安全狀況進行評價，在評價的過程中，要結合凱賽爾效應和菲利西蒂效應進行，如果在在線檢測的過程中，聲發射應力水平相對較低，則可以判斷壓力容器的結構損傷相對較嚴重。考慮到案例貯氨器的三個確定缺陷在分析中發現，僅有1個缺陷需要進行針對性的打磨處理，1個缺陷需要緊密的動態跟蹤，而表面位置附近的缺陷，目前不需要針對性的處理。

3 結語

通過上述分析可以發現，現階段人們已經認識到定期檢查氨制冷系統壓力容器，對提升其使用的連續性和安全性，優化用戶維修替換方案等方面的重要性，以及傳統定期檢查方式實施過程中存在較大阻力的原因，并在實踐中有意識的結合壓力容器定期檢查的工作內容、聲發射技術的特點等，積極探索基于聲發射技術的在線安全檢測技術，這是氨制冷系統壓力容器檢測工作、信息化、自動化水平提升的體現，應在不斷完善的基礎上積極推廣。

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1671-0711（2017）04（下）-0062-02