聲發(fā)射在役儲罐檢測中的應(yīng)用

張周平++胡阿妮

【摘 要】 儲罐是承受壓力類的特殊設(shè)施，大量地運用在石油、國防、化工、航天、機械、輕工、航空、冶金等工業(yè)方面的生產(chǎn)和人類生存上。隨著儲罐使用時間的增長，儲罐的安全及檢測評價成為了使用及管理者所關(guān)心的問題。本文首先介紹了聲發(fā)射檢測的基本原理以及優(yōu)點，然后從聲發(fā)射檢測實施的角度出發(fā)，探討了聲發(fā)射在役儲罐中的應(yīng)用。

【摘 要】 儲罐 ?聲發(fā)射 ?檢測 ?腐蝕

儲罐是承受壓力類的特殊設(shè)施，大量地運用在石油、國防、化工、航天、機械、輕工、航空、冶金等工業(yè)方面的生產(chǎn)和人類生存上。由于儲罐長時間處于壓力作用下，同時存在不可避免的老化，儲罐內(nèi)部原料及外部天氣等自然原因的腐蝕等自然和人為損壞等多種原因，儲罐裂紋破損的情況時有發(fā)生，這給工廠的安全生產(chǎn)帶來了巨大隱患。因此儲罐的生產(chǎn)監(jiān)測維護和安全運行已成為重要的研究課題，儲罐裂紋和缺陷的檢測和定位已成為一個日益緊迫的問題，迫切需要研究儲罐裂紋以及缺陷檢測技術(shù)和開發(fā)裂紋檢測靈敏度高、缺陷定位精度高的儲罐缺陷檢測系統(tǒng)。

1 聲發(fā)射檢測技術(shù)概述

材料里部某些范圍在受到外界（溫度或者應(yīng)力）的影響下，隨著能量迅速放出進而出現(xiàn)的瞬態(tài)彈性波現(xiàn)象叫做聲發(fā)射。聲發(fā)射起源于20世紀(jì)50年代，德國發(fā)明的一種檢測科技，在20世紀(jì)80年代初被人們慢慢認(rèn)同，隨后被眾多較為強大國家的注重，在工業(yè)應(yīng)用、試驗研究和理論研究范略實行大量的研究，也因此獲得了很大的成就。

1.1 聲發(fā)射檢測的基本原理

聲發(fā)射源發(fā)射出的彈性波會傳送到材料的表皮，導(dǎo)致能夠運用聲發(fā)射傳感器探察的表皮位移，這些探測器將材料的機械振動通過壓電效應(yīng)轉(zhuǎn)換為電信號，然后被放大、處理和記錄。依據(jù)探察的聲發(fā)射信號實行解析和推測，以便探尋材料釋放聲發(fā)射的體制。

1.2 聲發(fā)射檢測技術(shù)的優(yōu)點

聲發(fā)射檢測技術(shù)與其它的無損檢測技術(shù)相比，有一些好處，主要體現(xiàn)在：（1）聲發(fā)射屬于動態(tài)檢測技術(shù)，被檢測物體本身的能量信號能夠直接被聲發(fā)射探察到，并不類似于射線探傷或者超聲，來源于無損檢測儀器。（2）能夠獲取與缺陷的動態(tài)信號相關(guān)的信息，并且能夠了解缺陷的實質(zhì)的危害狀況、預(yù)期使用時長與機制的完整性。（3）聲發(fā)射檢測技術(shù)能夠探測到線狀缺陷，它可以探察到受到外加結(jié)構(gòu)應(yīng)力的作用下的缺陷的動態(tài)狀況，穩(wěn)態(tài)的缺陷不會釋放聲發(fā)射信號。（4）能夠供應(yīng)伴隨溫度、時間與載荷等外圍變量而改變的連續(xù)信號或者實時瞬態(tài)，適合運用在過程監(jiān)測和早期或者接近毀壞的預(yù)測。（5）對于被檢檢測的工件的靠近程度不大，因此適合運用在別的無損檢測技術(shù)很難或者沒法靠近（如劇毒、易爆、易燃、核輻射和高低溫等）的情況下的探測。（6）運用在在役設(shè)施的定期檢測，能夠縮減設(shè)施停產(chǎn)時間或不必停產(chǎn)。（7）運用在設(shè)施的加載試驗，能夠防止因未知不連續(xù)導(dǎo)致的系統(tǒng)災(zāi)難性失效與限定系統(tǒng)最高工作載荷。（8）不會受到設(shè)備的幾何形狀的影響，適合運用在別的技術(shù)無法檢測的復(fù)雜形狀設(shè)備，適合運用范略較廣，近乎一切材料在斷裂與變形時候都會釋放聲發(fā)射。

2 聲發(fā)射檢測技術(shù)的實行步驟

2.1 檢測儀器

檢測使用的儀器為智能聲發(fā)射儀，該儀器采用全波形采集技術(shù)，具有波形顯示和數(shù)據(jù)存儲功能，利用儲罐表面定位，并結(jié)合信號處理技術(shù)可以較好地對缺陷進行定量和定位。

2.2 傳感器的布置

根據(jù)儲罐的不同容積來確定所需傳感器的個數(shù)，即聲發(fā)射儀的通道數(shù)。傳感器的布置的方位可隨意，先輸入焊縫結(jié)構(gòu)與儲罐的體積，軟件會計算設(shè)備，能夠提供比較好的傳感器擺放圖。在一般情況下，傳感器布置在接近焊縫，若需要方便計算缺陷的方位，一般將傳感器擺放成三角形。

2.3 加載與檢測

對于儲罐的定期檢測，實行聲發(fā)射檢驗時，必須對儲罐進行加載。然而對儲罐完整的檢測時，必須進行水壓測驗，因而將水壓當(dāng)作載荷。依據(jù)儲罐的設(shè)置壓力來判定水壓測驗的壓力，在實施保壓與加壓時收集聲發(fā)射釋放的信號。

2.4 缺陷的定位與定量

因為此設(shè)備能夠?qū)崟r采集檢測結(jié)果，因此在收集信號的時就能夠獲得缺陷的能量方位與大小，并且檢驗完成后，還能夠?qū)Υ娴男畔嵭薪馕觯员氵M一步推斷缺陷。

3 聲發(fā)射在役儲罐檢測的應(yīng)用

3.1 聲發(fā)射檢測技術(shù)的應(yīng)用范圍

現(xiàn)今，聲發(fā)射技術(shù)注重運用在別的檢測技術(shù)很難或者無法運用的構(gòu)建與環(huán)境，當(dāng)前在石化方面主要運用在壓力管線、球形容器、低溫容器的檢驗與結(jié)構(gòu)全面性評論，檢測埋地管道的泄漏和常壓儲罐的底部泄漏等方面。另外，在電力工業(yè)、材料試驗、民用工程、航天航空、金屬加工以及交通運輸?shù)阮I(lǐng)域都有一定的應(yīng)用。

3.2 聲發(fā)射在役儲罐檢測應(yīng)用中易出現(xiàn)的問題以及預(yù)防措施

（1）儲罐壁側(cè)板內(nèi)部與外部防腐層掉落、局部區(qū)域穿洞、嚴(yán)重腐蝕。（2）罐頂板變形嚴(yán)重，腐蝕穿孔，防腐層大面積脫落罐頂板腐蝕嚴(yán)重。（3）儲罐底部板嚴(yán)重腐蝕、直至穿孔。儲罐罐底板防腐層大部分掉落，嚴(yán)重破損，罐底幾乎失去防腐層。罐底板腐蝕減薄嚴(yán)重，并存在大量大面積蝕坑或腐蝕嚴(yán)重造成大面積穿孔;也存在儲罐底部板出現(xiàn)一些點蝕。

此些問題對于儲罐的安全運作將造成很大的隱患，即使現(xiàn)今的檢測技術(shù)和檢測方式已經(jīng)能夠探測出很多隱患，但依然存在一定的局限性。例如，對于儲罐壁部板和儲罐底部板的檢驗，要求儲罐在停產(chǎn)狀況下，并且需要儲罐里部的介質(zhì)全部清理，這不僅影響到儲罐的正常運行，還要投入大量的人力、財力進行清罐工作，檢驗部門的檢驗周期也因此變長，給用檢雙方都帶來很大的不便;除此之外，目前的檢測技術(shù)，探測到的大部分屬于靜態(tài)的缺陷，在儲罐的運用進程中，特別要防止的是在運行過程中發(fā)展的活性缺陷，這種缺陷一旦由于各種原因而發(fā)生失穩(wěn)擴展或穿孔等，就會導(dǎo)致設(shè)備提前失效，縮短使用壽命，并發(fā)生嚴(yán)重的泄漏、爆炸事故，因此，研究在用儲罐中活性缺陷的檢測，具有重大的社會效益和經(jīng)濟效益。

總而言之，聲發(fā)射作為一種較為新型的檢測手段，已在壓力容器、壓力管道、起重機械等很多領(lǐng)域有所應(yīng)用。聲發(fā)射檢測活性源的特點很合適檢測和經(jīng)濟性、安全性有一定關(guān)系的特定設(shè)施。作為目前越來越成熟的聲發(fā)射檢測技術(shù)，因具有簡捷、經(jīng)濟、靈敏度高，又能檢測“動態(tài)”缺陷等特點，已發(fā)展成為金屬壓力容器檢測和安全評定的主要無損檢測方法之一。因為聲發(fā)射檢測通常在儲罐受載時實行動態(tài)全面監(jiān)控，因此較適合對那些難以實行內(nèi)部檢驗和焊縫中存在大量超標(biāo)缺陷的壓力容器的檢驗和安全評定。了解目前的儲罐檢測技術(shù)，并且熟知最新檢驗檢測方式，才能夠使儲罐檢測技術(shù)獲得更大的成。

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