大型球罐聲發(fā)射檢測技術(shù)研究

崔衛(wèi)東，張 莉

(河南省鍋爐壓力容器安全檢測研究院，河南鄭州 450016)

0 前言

大型球形儲罐廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，一旦發(fā)生泄漏或斷裂將有可能引發(fā)火災(zāi)、爆炸及中毒事故，使生產(chǎn)和經(jīng)濟遭受嚴重破壞，生命和財產(chǎn)蒙受重大損失。另一方面，為了增加企業(yè)的核心競爭力，承壓設(shè)備必須長周期運行，以使維護和檢驗成本達到最小化。

聲發(fā)射檢測可以在壓力容器的工作狀態(tài)下，通過改變壓力容器的工藝操作參數(shù)，使壓力容器存在的活性缺陷產(chǎn)生聲發(fā)射信號，利用聲發(fā)射儀采集信號，可以快速找出聲發(fā)射源的位置，針對這些聲發(fā)射源進行復(fù)驗和評定，以達到保證大型球罐安全使用的目的［1］。

本文對1 000 m3液化氣球罐進行聲發(fā)射檢測，采用整體檢測與局部檢測相結(jié)合的方法，發(fā)現(xiàn)有效聲發(fā)射源23處，復(fù)驗發(fā)現(xiàn)其中21處存在裂紋等缺陷。

1 球罐概況

洛陽煉油廠石化總廠一臺液化石油氣球罐，位號為G909;設(shè)計壓力:1.8MPa;設(shè)計溫度:-10～50℃;最高操作壓力為1.6 MPa;操作溫度:常溫;直徑:12 410 mm;容積:1 000 m3;介質(zhì):液化石油氣;主體材質(zhì):SPV50Q;公稱壁厚:34 mm。該球罐由日本CBI株式會社設(shè)計制造，由十一化建現(xiàn)場組焊，1997年12月投用，2005年4月檢驗過程中，發(fā)現(xiàn)對接焊縫熔合線內(nèi)表面存在大量裂紋，隨后廠方進行了消氫、補焊返修、整體消應(yīng)力處理，水壓試驗合格后一直沿用至今。

2 檢測方案的確定

本次檢測采用德國Vallen公司生產(chǎn)的AMSY5 ASIP-2型和AMSY5型多通道全數(shù)字化聲發(fā)射檢測分析儀，采用WAE2002源定位檢測分析軟件，傳感器為SR150型(帶前置放大器，可自激發(fā)標定)諧振型傳感器，中心頻率為150 kHz，主放大器增益為40 dB，帶通頻率為20 ～120 kHz。

使用AMSY5 ASIP-2型聲發(fā)射儀的46個通道數(shù)對球罐進行整體檢測，傳感器定位方式為球面定位;使用AMSY5型聲發(fā)射儀的32個通道數(shù)對球罐上下大環(huán)縫進行檢測，傳感器定位方式為線性定位［2］。

整體檢測探頭布置方式:總共46個探頭(共五層，第一、四層6個，第二、五層10個，第三層12個，球罐頂部、底部中心各布置一個(避開上下人孔))，排列成三角型陣列，探頭在容器上的具體部位如圖1所示。

局部檢測探頭布置方式:總共32個探頭(共兩層，分布在上下大環(huán)縫周圍，均勻分布排列成圓周型，探頭在容器上的具體部位如圖2所示。按照GB/T18182-2000的要求，聲發(fā)射檢測的壓力試驗程序采用兩次加壓循環(huán)過程，升壓介質(zhì)為軟化水，介質(zhì)溫度為20℃。

3 儀器校準和加載程序

對儀器通道靈敏度和衰減特性進行測量，每個通道響應(yīng)的幅度值與所有相關(guān)通道的平均幅度值之差不大于4 dB，滿足標準要求［3］。

檢測前，對現(xiàn)場噪聲進行30 min的噪聲測量，信號幅度＜52 dB;衰減測量情況較16MnR材料大，為了保證檢測精度，故將門檻值設(shè)置為40。

對整體檢測46個有代表性的三角形定位陣列進行定位校準，及對局部檢測32個有代表性的線性定位陣列進行定位校準，均得到良好的定位結(jié)果。

加載程序采用兩次加壓、保壓程序，第一次加壓循環(huán)試驗壓力為最高工作壓力的1.25倍，即2.0 MPa，第二次加壓循環(huán)試驗壓力為第一次試驗壓力的97%，即1.94 MPa，保壓時間均為20 min，兩次加載壓力均超過最高工作壓力。

4 檢測數(shù)據(jù)分析

本次檢測數(shù)據(jù)采集和分析，主要采用常用的參數(shù)采集和分析的方法。在檢測中門檻值設(shè)置較低，有效聲源信號和噪聲信號混雜出現(xiàn)，所以通過以下方式將其區(qū)分:

①通過設(shè)備采集到的波形進行判斷，本次檢測主要是為了發(fā)現(xiàn)球罐裂紋缺陷，其波形特征為突發(fā)信號，通過分析采集到的波形特征可以判斷是否為裂紋缺陷信號源。

②升壓開始前及兩次降壓過程中的信號識別，如果一個信號源在整個檢測過程中頻繁出現(xiàn)，包括在升壓開始前或兩次降壓過程中均出現(xiàn)，則該信號不一定是缺陷產(chǎn)生的信號。應(yīng)重點檢查該部位在球罐上的位置，分析是否因振動、腳手架碰撞摩擦、介質(zhì)進出流動、傳感器自激產(chǎn)生的噪聲信號。

③對于在焊縫附近及應(yīng)力集中區(qū)域出現(xiàn)的信號源，如果信號源只出現(xiàn)在一次升壓階段，即使屬于非活性信號源，也將其認為是有效聲發(fā)射源。

5 檢測結(jié)果與評價

對球罐進行在線整體檢測過程中共發(fā)現(xiàn)18處有效聲發(fā)射定位源，如表1所示;局部檢測過程中共發(fā)現(xiàn)12處有效聲發(fā)射定位源［4］，如表2所示。

表1 整體檢測聲發(fā)射源綜合等級

表2 局部檢測聲發(fā)射源綜合等級

整體檢測與局部檢測共有7處信號源重疊，分別是(L1=S11、L2=S12、L3=S13、L4=S14、L7=S8、L9=S9、L11=S6)，故本次檢測共計發(fā)現(xiàn) 23 處有效聲發(fā)射源(下極板拼縫2處，下大環(huán)縫8處，上環(huán)縫6處，上極圈Y型拼縫1處，赤道帶縱縫4處，母材2處)，見圖3。根據(jù)GB/T 18182-2000《金屬壓力容器聲發(fā)射檢測及結(jié)果評價方法》對聲發(fā)射源進行綜合等級劃分，決定對綜合等級為B級以上的聲發(fā)射源信號進行復(fù)驗，因此所有聲發(fā)射源信號均需復(fù)檢，聲發(fā)射源復(fù)驗結(jié)果見表3。

圖3 聲發(fā)射源定位圖

經(jīng)過對上述23處聲發(fā)射源部位MT、UT復(fù)驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)21處源部位存在表面裂紋缺陷(另外母材上有2處，沒有發(fā)現(xiàn)超標缺陷，可能是聲發(fā)射檢測過程中應(yīng)力釋放的結(jié)果，或者是在升壓過程中罐壁與支柱間的摩擦造成信號源)。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》，對檢測結(jié)果得到如下結(jié)論:對有缺陷聲發(fā)射源嚴重度級別進行評定，結(jié)果為“嚴重”和“很嚴重”，需要修復(fù)處理。

表3 聲發(fā)射源復(fù)驗結(jié)果

6 結(jié)論

對于因各種原因不能停止運行而又已到壓力容器檢驗周期必須檢驗的球罐，可采用聲發(fā)射技術(shù)實現(xiàn)在用球罐的在役檢測，但同時需要注意以下幾個問題。

①采用整體檢測與局部檢測相結(jié)合的方法，可提高危害源的檢出率;檢測時一般采用兩次升壓與兩次保壓四個階段進行，這對于分析和識別有效聲發(fā)射源信號非常重要。

②噪聲信號對判斷缺陷有一定的影響，如:介質(zhì)注入到容器中、加載泵的機械振動及介質(zhì)的泄漏。對于一般性噪聲信號可通過波形來區(qū)分;由一些結(jié)構(gòu)原因造成的噪聲干擾源，在檢測開始前應(yīng)設(shè)法排除，否則影響檢測結(jié)果。

③通過設(shè)備的運行及開停車記錄、運行參數(shù)、介質(zhì)成分、載荷變化及運行中異常情況等資料的了解，判斷出容易產(chǎn)生缺陷的部位，對聲發(fā)射信號源的分析有很大幫助。

④本次檢測是在水壓試驗條件下實施的，但可以推廣到利用介質(zhì)加壓的方式進行，從而實現(xiàn)工作狀態(tài)下的在線檢測。對于液化氣球罐，最好是在檢測前一個月將最大操作壓力至少降低15%，以確保安全。

［1］GB/T12604.4-2004《無損檢測術(shù)語 聲發(fā)射檢測》［S］.北京:國家標準委，2004.9.

［2］沈功田，劉時風(fēng)，戴 光.聲發(fā)射檢測［M］.北京:特種設(shè)備無損檢測委員會，2005.6.

［3］GB/T18182-2000《金屬壓力容器聲發(fā)射檢測及結(jié)果評價方法》［S］.北京:國家標準委，2000.6.

［4］崔衛(wèi)東.1 000 m3球罐聲發(fā)射檢驗報告［R］.鄭州:河南省鍋爐壓力容器安全檢測研究院，2010.