化工設備檢測中聲發(fā)射技術的運用實踐研究

張中利 何鑫業(yè)

摘 要：聲發(fā)射技術是目前日漸成熟的無損檢測技術，在化工設備檢測中得到了有效應用。本文通過分析聲發(fā)射技術的特點及檢測方法，對其在壓力容器和常壓儲罐中的應用效果展開了研究，核心目的為保證加強化工設備檢測，使其在石化企業(yè)中得到有效應用。

關鍵詞：化工設備；檢測；聲發(fā)射技術

中圖分類號：TB52 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）08-0049-01

1 聲發(fā)射技術特點

聲發(fā)射簡稱為AE，主要是指材料內(nèi)部在受到外界因素的影響下，與能量快速釋放同時產(chǎn)生的瞬態(tài)彈性波現(xiàn)象。在自然界中，聲發(fā)射是一種比較常見的物理現(xiàn)象，如果在音頻范圍內(nèi)釋放足夠多的應變能，就會聽見聲鳴，而且當木材折斷、金屬材料塑性形變或斷裂時都會出現(xiàn)聲發(fā)射信號。但是，聲發(fā)射信號強度較弱，人耳無法聽到，要在傳感器、電子儀器的基礎上才能被檢測出來。聲發(fā)射技術在應用時包括以下優(yōu)勢：（1）能夠檢測對結(jié)構安全有害的活性缺陷。通過聲發(fā)射技術可以對活性缺陷的動態(tài)信息進行檢驗，從而評價缺陷對結(jié)構安全造成的影響。（2）針對大型構件能夠進行整體或范圍的快速檢測，在提高檢測效率方面具有重要意義。（3）能夠為化工企業(yè)提供活性缺陷在時間、溫度等外部因素影響下的實際信息，在工業(yè)生產(chǎn)在線監(jiān)控中具有重要作用。（4）由于對被檢測件的接近要求不是特別高，應用其他方法無法在適當?shù)沫h(huán)境下完成檢測，如高低溫、易燃易爆等環(huán)境。（5）對于構件的幾何形狀不是特別敏感，應用聲發(fā)射技術會對形狀復雜的構件進行全面檢測[1]。

2 化工設備中聲發(fā)射技術檢測方法

2.1 聲發(fā)射技術的檢測流程

在化工設備檢測中，聲發(fā)射技術的應用流程為：做好各項檢測的準備工作；明確傳感器陣列；安置聲發(fā)射傳感器，確保聲發(fā)射技術耦合良好；完成接線后檢查線路，確定檢測條件；清除一切噪音干擾；校正檢測系統(tǒng)；評定數(shù)據(jù)處理結(jié)果；出示檢測報告。

2.2 聲發(fā)射源特征分析

要向?qū)て髽I(yè)中壓力容器聲發(fā)射信號源進行分析和解釋，務必充分了解現(xiàn)場壓力容器聲發(fā)射源特征，有可能遇到的缺陷包括：（1）裂紋拓寬。裂紋是導致化工設備損壞的根本原因，具體步驟為形成裂紋、裂縫尖端變形、裂紋拓寬等。當塑形材料受到外力作用時，由于第一相應質(zhì)點與基本材料變形不一致，通常會在質(zhì)點上面形成微孔，在外力組間增加時，微孔會不斷擴大，并且與相鄰微孔連接在一起，形成裂紋。裂紋尖端的應力比較集中，從而形成塑形區(qū)域，一旦受到外力作用，塑性區(qū)域就會出現(xiàn)微觀裂紋，逐漸擴展成宏觀裂紋。一般情況下，脆性材料大不會出現(xiàn)比較顯著的塑性變形，裂紋的形成原因為位錯塞積，發(fā)展速度非?？靃2]。（2）氣孔、未焊透、未熔合等焊接問題。壓力容器在焊接過程中，如果采用的焊接工藝不合理，就會導致出現(xiàn)焊接問題，如氣孔、夾渣以及未熔合等焊接問題經(jīng)常同時出現(xiàn)。據(jù)壓力容器聲發(fā)射試驗結(jié)果可知，當大部分缺陷處于正常水壓試驗條件下時，不會輕易產(chǎn)生聲發(fā)射信號，但是也有例外存在。上述缺陷所產(chǎn)生的聲發(fā)射定位源比較集中，在聲發(fā)射檢測過程中，通常在小于壓力容器運行壓力下才會產(chǎn)生聲發(fā)射定位源信號。（3）結(jié)構摩擦。在進行現(xiàn)場壓力容器加壓試驗時，容器殼體會發(fā)生一定的改變，導致整個結(jié)構在摩擦的情況下產(chǎn)生大量聲發(fā)射定位源信號。結(jié)構摩擦產(chǎn)生的原因包括容器支座、腳手架、保溫支撐環(huán)以及平臺等部位的焊接。（4）泄漏。裂紋人孔、穿透、法蘭的泄漏都會導致出現(xiàn)聲發(fā)射信號，該種聲發(fā)射信號具有連續(xù)性特點，所以不能采用時差定位法予以定位。但是，通過分析多通道儀器得出，探頭越接近泄漏源的通道，收集的聲發(fā)射信號就會越多，信號幅度、能量等參數(shù)也會越大。

3 化工設備檢測中聲發(fā)射技術的應用

3.1 聲發(fā)射檢測系統(tǒng)的原理

圖1為的聲發(fā)射檢測系統(tǒng)原理圖，由此可知，聲發(fā)射檢測系統(tǒng)主要由聲發(fā)射源、聲電轉(zhuǎn)換、信號放大、信號處理以及信號記錄與顯示組成。在實際的檢測過程中，聲發(fā)射源即設備缺陷發(fā)射出的彈性波。彈性波在設備中傳播會達到材料表面，而材料表面安裝的傳感器能夠檢測并收集彈性波，從而引發(fā)振動，逐漸將振動信號轉(zhuǎn)換成電信號。之后對信號進行放大、處理等操作，變成相應的特征參數(shù)，顯示之后記錄下來。最終經(jīng)過分析實現(xiàn)缺陷位置、缺陷類型、發(fā)生時間以及荷載量的判定[3]。

3.2 在壓力容器無損檢測中的應用

作為一種動態(tài)無損檢測技術，聲發(fā)射技術憑借著動態(tài)性、實時性、高效性以及整體性等特點，在壓力容器質(zhì)量檢驗、在線監(jiān)測等方面得到了廣泛應用。目前，我國已經(jīng)制定并發(fā)布了與之相關的檢測評價標準，采用聲發(fā)射技術與應力測定兩種方法檢驗加氫精制預反應器，結(jié)果表明，新檢驗技術及評價方法在評定容器安全時，能夠確保容器的安全性和可行性。在壓力容器中應用聲發(fā)射技術，主要對容器中活性缺陷進行研究，能夠在水壓試驗或其他試驗中應用少量的固定換能器，從而獲得準確的活性缺陷動態(tài)信息，另外，可以利用時差定位、區(qū)域定位等方法確定活性缺陷中聲發(fā)射源位置。以美國MANSANTO化工企業(yè)利用聲發(fā)射技術對內(nèi)部大量的壓力容器進行了檢測，而且該技術在日本、意大利以及中國等眾多國家都得到了有效應用。

3.3 在常壓儲罐檢測中的應用

常壓儲罐在化工企業(yè)中是一種非常容易發(fā)生事故的設備，要想確?；ぴO備的有效應用，一定要順利解決儲罐中存在的安全性、經(jīng)濟性等問題。通過對我國儲罐擁有量、檢測水平以及特殊生產(chǎn)技藝進行分析，在規(guī)定的時間內(nèi)無法完成所有儲罐的檢驗和維修。在這種情況下，對于危險性強、需要重點檢查的儲罐無法在科學依據(jù)下完成全面檢查，使化工設備存在安全隱患，直接影響化工企業(yè)生產(chǎn)效率，甚至會造成經(jīng)濟損失。現(xiàn)階段，大部分化工企業(yè)為了提升自身的經(jīng)濟效益，制定化工設備長周期運行制度，即兩年一檢修或三年一檢修。雖然延長檢修周期的方法能夠增強企業(yè)經(jīng)濟效益，但是化工設備的安全得不到保障，導致生產(chǎn)過程存在眾多問題。因此，目前急需一種經(jīng)濟、安全的儲罐檢測方法，通過聲發(fā)射技術的應用，可以對金屬常壓儲罐進行不停產(chǎn)的檢測。如果能夠在源特性的基礎上對聲發(fā)射源特性及儲罐活性缺陷之間的關系進行分析，將會為全新、可靠性強、高效性的檢測技術的開發(fā)奠定基礎，有利于儲罐開罐檢驗周期及風險的評定[4]。

4 結(jié)語

綜上所述，石油化工產(chǎn)業(yè)主要是在石油的基礎上生產(chǎn)各種化工產(chǎn)品，而化工設備則是應用在石油企業(yè)中的設備，直接決定著化工企業(yè)的生產(chǎn)水平。由此可見，化工設備的檢測顯得十分重要，可以利用聲發(fā)射技術對壓力容器、常壓儲罐進行檢測，促進石油化工企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻

[1]曹廣法.聲發(fā)射技術的化工設備應用[J].自然科學：文摘版，2016，（2）：00185-00185.

[2]張國強.聲發(fā)射技術在化工壓力設備檢測與診斷中的應用[J].軍民兩用技術與產(chǎn)品，2015，（22）.

[3]任聰靜，陳敏，曹翌佳，等.聲發(fā)射技術在化工過程中的應用[J].化工進展，2011，30（5）：918-929.

[4]畢學文.聲發(fā)射檢測技術在化工生產(chǎn)中的開發(fā)與應用[D].華東理工大學，2011.