壓力容器無(wú)損檢測(cè)
——聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)

谷曉森

（大慶煉化公司儲(chǔ)運(yùn)廠原料車(chē)間，黑龍江 大慶 163000）

壓力容器在石油化工、鋼鐵制造、食品檢測(cè)等多個(gè)行業(yè)領(lǐng)域中廣泛使用的設(shè)備，且與人們的日常生活具有緊密的聯(lián)系性。從一定程度上來(lái)說(shuō)，壓力容器屬于具有較高危險(xiǎn)性的特種承壓設(shè)備，承受著高溫、劇毒以及易燃等物質(zhì)的高壓，運(yùn)行的過(guò)程中易出現(xiàn)爆炸等危險(xiǎn)情況。而一旦出現(xiàn)爆炸或者泄漏等危險(xiǎn)情況，易出現(xiàn)火災(zāi)以及大面積中毒的情況，給周?chē)沫h(huán)境造成嚴(yán)重的污染。鑒于此，國(guó)內(nèi)外對(duì)于壓力容器的設(shè)計(jì)與制造設(shè)定了嚴(yán)格的要求，通過(guò)利用無(wú)損檢測(cè)技術(shù)檢驗(yàn)壓力容器是否達(dá)到合格的標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)多年的實(shí)踐，聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)成為了主要檢測(cè)壓力容器性能的無(wú)損檢測(cè)手段，取得效果比較顯著。

1 國(guó)內(nèi)壓力容器聲發(fā)射檢測(cè)的發(fā)展歷程

我國(guó)于20世紀(jì)70年代中期首先開(kāi)展了對(duì)壓力容器聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)的研究，并于80年代在中國(guó)特種設(shè)備檢測(cè)研究中心對(duì)壓力容器發(fā)射檢測(cè)技術(shù)作出了進(jìn)一步的完善研究，如對(duì)燕山石化、天津石化等化工場(chǎng)中的鍋爐壓力容器做出了細(xì)致的無(wú)損檢測(cè)，并取得了較好的檢測(cè)結(jié)果。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，我國(guó)的石化企業(yè)檢測(cè)單位與專(zhuān)業(yè)檢測(cè)單位相繼引進(jìn)了大型聲發(fā)射設(shè)備，廣泛地開(kāi)展對(duì)壓力容器的檢測(cè)工作，以便更好地確保壓力容器的使用安全性與規(guī)范性。

通過(guò)應(yīng)用聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)可以有效地鑒定壓力容器的性能是否達(dá)標(biāo)，防止出現(xiàn)安全事故。現(xiàn)階段，多個(gè)技術(shù)監(jiān)督系統(tǒng)與軍隊(duì)系統(tǒng)積極地購(gòu)買(mǎi)多通道的聲發(fā)射檢測(cè)設(shè)備，對(duì)壓力容器實(shí)行全方位的檢測(cè)工作。為了更好地規(guī)范壓力容器聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)的內(nèi)容與方法，國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局相繼出臺(tái)了《特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)管理規(guī)定》與《特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)人員考核與監(jiān)督管理規(guī)則》等兩大政策內(nèi)容。隨著相關(guān)政策的不斷完善與改進(jìn)，壓力容器的聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)成為了我國(guó)特種設(shè)備主要應(yīng)用的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。

2 聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)與應(yīng)用原理

2.1 應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

我們將材料內(nèi)部的局域部分在受到外界承載力影響或者溫度影響的作用下，能夠在其內(nèi)部產(chǎn)生釋放大量的瞬態(tài)彈性波的現(xiàn)象稱(chēng)之為聲發(fā)射。在實(shí)際的檢測(cè)中，受到聲發(fā)射信號(hào)強(qiáng)度較差的影響，人耳很難分辨出聲發(fā)射的信號(hào)信息。針對(duì)于此，在日常的檢測(cè)中我們必須借助靈活性與敏捷性較高的傳感器或者其它的電子設(shè)備才能夠完成有效地檢測(cè)。而聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)可以有效地滿足上述的要求，并且能夠在壓力容器的無(wú)損檢測(cè)中發(fā)揮出較大的功能與作用。以下結(jié)合自身的工作經(jīng)驗(yàn)，將聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)做出總結(jié)與歸納。

第一，區(qū)別于常規(guī)的無(wú)損檢測(cè)方法，聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)在大體上屬于一種動(dòng)態(tài)檢測(cè)方法，可以有效地探測(cè)到被測(cè)物本身具備的能量信息。在這一點(diǎn)上與射線探傷方法等由無(wú)損檢測(cè)儀器提供的檢測(cè)內(nèi)容具有明顯的區(qū)別。通過(guò)應(yīng)用聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)可以有效地檢測(cè)出設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)存在的缺陷或者隱患，結(jié)合動(dòng)態(tài)分析的方法，能夠?qū)υO(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)的損害程度做出合理化的評(píng)析。

第二，聲發(fā)射檢測(cè)方法對(duì)被檢測(cè)設(shè)備內(nèi)部的線性缺陷反應(yīng)敏感，可以有效地探測(cè)到外加結(jié)構(gòu)應(yīng)力下線性存在的缺陷問(wèn)題，最重要的是，在檢測(cè)的過(guò)程中，較穩(wěn)定的缺陷不會(huì)產(chǎn)生聲發(fā)射信號(hào)，對(duì)于大型構(gòu)件而言，利用聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)可以快速地完成整體檢測(cè)，極大程度上可以有效地提升檢測(cè)的實(shí)際效率。除此之外，在實(shí)際檢測(cè)的過(guò)程中，聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)能夠探測(cè)與評(píng)析整個(gè)壓力容器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的缺陷狀態(tài)。

第三，聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)可以根據(jù)容器內(nèi)部缺陷的變化狀態(tài)為外界提供有效的信息，基本上可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控的檢測(cè)要求，這一點(diǎn)要比傳統(tǒng)的檢測(cè)方法更加細(xì)致化與科學(xué)化。且對(duì)于在役壓力容器而言，通過(guò)利用聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)對(duì)其開(kāi)展定期性的檢測(cè)。在此基礎(chǔ)上，可以結(jié)合具體的檢測(cè)與反饋信息縮短檢驗(yàn)的停產(chǎn)時(shí)間，或者是根據(jù)具體的信息判斷是否需要生產(chǎn)。另外，對(duì)于一些難以接近檢測(cè)環(huán)境的設(shè)備而言，聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)也可以完成遠(yuǎn)程監(jiān)控的檢測(cè)工作。

2.2 應(yīng)用原理

一般來(lái)說(shuō)，壓力容器聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)主要涉及到的應(yīng)用原理為：基于壓力容器聲發(fā)射信號(hào)源分析與解釋的基礎(chǔ)上，對(duì)壓力容器進(jìn)行檢測(cè)實(shí)驗(yàn)。在實(shí)際的應(yīng)用中，發(fā)現(xiàn)裂紋擴(kuò)展現(xiàn)象是現(xiàn)場(chǎng)壓力容器使用過(guò)程中極容易出現(xiàn)的問(wèn)題。這里所說(shuō)的裂紋主要是指容器尖端受到塑性變形的影響，進(jìn)一步地?cái)U(kuò)展了裂紋的變形速度。對(duì)于塑性材料而言，在其受到強(qiáng)烈外力的作用下，由于第一相硬質(zhì)點(diǎn)與基體材料變形不同步的影響，因此第一相硬質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生微孔時(shí)很容易在外力的作用下，在微孔表面形成初始裂紋。

隨著裂紋的不斷拓展，裂紋尖端很容易受到塑性區(qū)域的作用而形成宏觀性裂紋，會(huì)對(duì)壓力容器的使用性能產(chǎn)生較為嚴(yán)重的影響，很容易出現(xiàn)爆炸的情況。為了有效地避免上述情況的出現(xiàn)，我們可以通過(guò)利用聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)對(duì)壓力容器的具體損害點(diǎn)和出現(xiàn)裂紋的位置進(jìn)行準(zhǔn)確的定位，并對(duì)實(shí)際的損害情況作出合理的評(píng)估與預(yù)測(cè)，避免裂紋情況的進(jìn)一步擴(kuò)大。

除此之外，還會(huì)有一種情況導(dǎo)致裂紋情況的出現(xiàn)，那就是壓力容器在實(shí)際運(yùn)行或者試驗(yàn)的時(shí)候，其受到荷載力的作用使得自身的內(nèi)壁承受超出規(guī)定范圍的應(yīng)力壓力，使得容器內(nèi)部組織遭到一定的破壞，且這種“破壞”會(huì)隨著應(yīng)力作用時(shí)間的延長(zhǎng)而加速壓力容器內(nèi)部的錯(cuò)位移動(dòng)情況。一般來(lái)說(shuō)，材料強(qiáng)度最薄弱的位置會(huì)最先產(chǎn)生裂紋，且受到荷載力的作用會(huì)不斷延伸。在裂紋產(chǎn)生的時(shí)候，經(jīng)常會(huì)伴有微弱的音響信號(hào)。此時(shí)我們可以利用聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)擴(kuò)大設(shè)備發(fā)出的音響信號(hào)，在此基礎(chǔ)上利用計(jì)算機(jī)處理方法，準(zhǔn)確地找到裂紋的具體位置。

3 壓力容器無(wú)損檢測(cè)中聲發(fā)射技術(shù)的應(yīng)用流程

3.1 基本流程

壓力容器在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，需要按照現(xiàn)行的流程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)行聲發(fā)射檢測(cè)過(guò)程。一般來(lái)說(shuō)，在具體的檢測(cè)過(guò)程中，首先需要做的是進(jìn)行各項(xiàng)設(shè)備的檢測(cè)，確定好需檢測(cè)的設(shè)備。其次需要做的是確定傳感器陣列以及完成傳感器的布置工作。在此基礎(chǔ)上檢測(cè)線路是否連接完整與準(zhǔn)確，在此過(guò)程中需要及時(shí)地排除噪聲的干擾，避免檢測(cè)出現(xiàn)相應(yīng)的誤差。最后，工作人員結(jié)合聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)的具體原理，全方位地實(shí)行系統(tǒng)校驗(yàn)，并結(jié)合具體的問(wèn)題進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，收集好聲發(fā)射信號(hào)。在完成上述步驟流程之后，相關(guān)人員需要結(jié)合具體的檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)果分析工作，并整理得出檢測(cè)報(bào)告。

3.2 在線測(cè)定流程

一旦檢測(cè)設(shè)備存在缺陷問(wèn)題，由于實(shí)際需求不能立即停產(chǎn)時(shí)，相關(guān)人員需要借助在線檢測(cè)技術(shù)完成對(duì)壓力容器設(shè)備的質(zhì)量評(píng)測(cè)工作。具體的操作為將設(shè)備升壓到最大的工作壓力狀態(tài)下，并持續(xù)地保持升壓直到壓力升到最大值停止。在此基礎(chǔ)上保持一段時(shí)間，使容器內(nèi)部的壓力保持在恒定的壓力狀態(tài)下，此時(shí)工作人員應(yīng)該仔細(xì)地收集聲發(fā)射信號(hào)且做出分析，及時(shí)地發(fā)現(xiàn)壓力容器內(nèi)部的缺陷位置，根據(jù)內(nèi)部的裂紋情況，判定壓力容器的穩(wěn)定狀態(tài)。

3.3 缺陷評(píng)定流程

在對(duì)設(shè)備缺陷進(jìn)行評(píng)估的時(shí)候，需要做好以下幾點(diǎn)，首先，相關(guān)人員需要清空容器，做好發(fā)射源部位的確定工作；其次，需要在檢測(cè)的過(guò)程中運(yùn)用多種檢測(cè)技術(shù)確定容器殼體是否存在缺陷問(wèn)題；第三，在缺陷的評(píng)定過(guò)程中，相關(guān)人員必須嚴(yán)格遵守相關(guān)規(guī)定對(duì)壓力容器的內(nèi)部及表面進(jìn)行全方位的檢測(cè)，并對(duì)容器壁開(kāi)展測(cè)厚檢測(cè)工作。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，在正常生產(chǎn)的前提條件下，通過(guò)利用聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)可以確保容器的使用性能與運(yùn)行水準(zhǔn)達(dá)到規(guī)范化的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)能夠確保容器的安全使用效果與延長(zhǎng)容器的檢驗(yàn)周期，極大程度上可以為使用者帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益與安全化的使用效果。現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)的聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)，所體現(xiàn)出來(lái)的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)尚未滿足使用者的實(shí)際需求。針對(duì)于此，相關(guān)人員應(yīng)加大對(duì)聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)的研究力度，有效地完善聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)在壓力容器無(wú)損檢測(cè)中的使用效果，滿足聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展要求。

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