球罐聲發射檢驗方案探討

崔云龍* 孫志鵬

（泰安市特種設備檢驗研究院）

0 背景

某公司現有1 個1 000 m3球形儲罐在用，由于球罐屬于特種設備，根據TSG 21—2016《固定式壓力容器安全技術規程》，GB/T 30579—2014《承壓設備損傷模式識別》，GB 12337—2014《鋼制球形儲罐》中的相關規定，檢驗人員對該球罐進行安全狀況評定后，確定其檢驗周期為3 年。由于該球罐在日常使用中起到供氣保壓的作用，若開罐檢驗，企業就必須停產，將會對使用單位造成巨大損失，影響生產進度。經與專家和技術人員協商研究后，于2019 年10月29 日首次利用聲發射技術對球罐進行檢測，檢測結果為合格。設備參數如表1 所示。

1 檢驗項目

檢驗機構對球罐聲發射檢驗方案進行了討論和論證，專家委員會針對檢驗項目和球罐的失效模式進行了系統性的調整，氧氣球罐具體失效模式如表2 所示。球罐外表應進行以下檢驗項目：外表面宏觀檢查（可以發現表面裂紋、局部腐蝕、沖刷腐蝕、機械損傷等問題）、厚度測定（用于檢測均勻腐蝕、局部腐蝕問題）、磁粉檢測（用于檢測外表面及近表面缺陷）、滲透檢測（用于檢測支腿角焊縫開口缺陷）、超聲波檢測（用于檢測金屬內部缺陷，制造遺留缺陷及其擴展情況等），必要時可增加射線探傷、聲發射檢測及硬度測試。從表2 可以看出，無損檢測在球罐檢驗工作中的重要性，利用聲發射技術可以在不開罐情況下，對罐體上的活性缺陷進行動態監控，準確定位缺陷位置，再利用相控陣和TOFD 進行檢測，最終確定缺陷性質。

表1 受檢設備主要技術參數

表2 損傷模式及具體部位

由于不開罐檢測，上述檢驗項目只能對外表面進行系統檢驗，無法確定其內部的損傷缺陷，利用聲發射技術可以系統定位缺陷及確定活性源的事件和數量，最終確定損傷的具體部位和原因。首先根據球罐容積及內徑確定探頭布置數量，1 000 m3球罐的直徑約為12.3 m，建議相鄰探頭間距小于4 m，布置6 圈，共32 個傳感器，探頭布置情況如圖1 所示。中十字光標為赤道帶基準點，沿圓弧往上、下各間距2 m，即為8 號探頭和17 號探頭位置。這兩圈的直徑為36 m，每圈布置9 個探頭，相鄰兩探頭間距為4.1 m。從8號探頭沿圓弧向上量3.8 m，即為2 號探頭處，這圈探頭直徑為22.8 m，布置6 個探頭，相鄰兩探頭間距為3.8 m，26～31 號探頭按相同順序布置，上下頂點各布置一個探頭。這樣探頭之間形成三角形定位，傳感器頻率為150 kHz 。利用磁夾具將傳感器固定在球罐表面，球罐表面應打磨光滑并涂抹耦合劑使探頭耦合良好，信號傳輸正常。

2 聲發射技術檢驗過程

在檢驗過程中應注意以下安全要求：材料的壁溫應比材料的脆性轉變溫度高30 ℃；升壓過程中應配備可靠的安全防護措施 ；對于易燃、易爆等危險介質，應避免安全閥開啟導致危險后果。首先由檢驗人員在這臺球罐外壁搭設腳手架，并在球罐外表面均勻放置傳感器從而接收信號確保其覆蓋整個球罐，安裝傳感器的部位需先打磨至呈現金屬光澤再涂抹耦合劑，然后利用鐵磁夾具將傳感器固定牢固。其次進行聲發射內部系統測試和前期準備，確定其靈敏度、周圍背景噪聲（主要目的消除周圍干擾確保球罐接收有用信號）、定位校準，按NB/T 47013.9—2015 要求操作，所有要素合格后再進行加壓測試。

加壓測試按照GB/T 18182—2012《金屬壓力容器聲發射檢測及結果評價方法》標準中的要求進行；再通過幅值與時間的關系圖譜，建立球罐定位圖，最終進行加壓測試，升壓前需將管道與球罐斷開連接。將在役設備先升壓至工作壓力，保壓10 min 后，再升壓至工作壓力的1.1 倍，再保壓一定時間來確定球罐是否有活性缺陷。通過對缺陷的活性和強度進行分析，從而確定缺陷的等級，最終結合球罐損傷失效模式、參數、標準分析及檢測結果，評定該球罐為未發現明顯的集中定位源區出現。大部分球罐外表面具有保溫層，打磨難度大、效率低，采用聲發射檢驗只需對探頭附近進行打磨，打磨比例符合檢測要求即可。

3 總結

（1）聲發射檢測只能通過強度和活性結果定性、定量地確認缺陷，而不能直觀分析出缺陷對球罐的危害程度，只能對有擴展現象的缺陷進行分析。因此，對于投用年限較長的球罐，經聲發射技術檢測出缺陷后，還要進一步結合其他檢驗手段確認缺陷性質，采用聲發射技術檢測使用年限較短的球罐更為準確。

（2）聲發射技術在檢驗中存在的主要優勢是可靠性高，由于聲發射傳感器能接收到非常微弱的信號，同時排除很多環境噪聲，因此聲發射檢測比開罐檢驗更快排除故障，且無需開罐。由于聲發射檢驗只需在罐體外部放置傳感器即可進行檢驗，因此檢驗時間僅需1～2 d，且企業無需停產，不會造成能源、材料浪費，安全性更高。