聲發(fā)射技術(shù)在大型壓力容器檢驗(yàn)中的應(yīng)用研究

關(guān)昕妍 范梟 陳浩

摘要：伴隨著化學(xué)性質(zhì)工業(yè)企業(yè)的擴(kuò)大，其化學(xué)性質(zhì)工作中壓力容器的檢測(cè)、維護(hù)工作越來(lái)越引起廣大使用者的關(guān)注，在當(dāng)前聲波技術(shù)發(fā)展迅猛的時(shí)刻，如何通過(guò)聲波發(fā)射技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力容器的損壞檢測(cè)成為當(dāng)前新的檢測(cè)工作重點(diǎn)。本文主要分析探討了聲發(fā)射技術(shù)在大型壓力容器檢驗(yàn)中的應(yīng)用情況，以供參閱。

關(guān)鍵詞：聲發(fā)射技術(shù)；大型壓力容器；檢驗(yàn)；應(yīng)用

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，天然氣的需求量日益增加，對(duì)于天然氣管網(wǎng)安全性的要求也日趨嚴(yán)格，焊接技術(shù)作為城市天然氣管網(wǎng)施工的關(guān)鍵技術(shù)，直接關(guān)系到工程質(zhì)量、施工效率、施工成本以及管線(xiàn)運(yùn)行期間的安全可靠性。如何發(fā)現(xiàn)并消除裂紋、夾渣、氣孔等焊接缺陷，最大限度的保證焊接質(zhì)量、保障管道安全運(yùn)行，同時(shí)盡可能不對(duì)管道造成破壞性影響，是燃?xì)夤こ探ㄔO(shè)者始終關(guān)心的問(wèn)題。

1聲發(fā)射技術(shù)的特征與優(yōu)勢(shì)

聲發(fā)射技術(shù)是化工行業(yè)檢驗(yàn)壓力容器的重要技術(shù)，其應(yīng)用時(shí)間不長(zhǎng)，但是收到的效果比較好。壓力容器的正常運(yùn)行是保證化工企業(yè)穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)的基礎(chǔ)，如果化工單位沒(méi)有對(duì)裝置以及設(shè)備進(jìn)行定期的檢驗(yàn)，則可能造成壓力容器帶病作業(yè)，不利于保證企業(yè)運(yùn)行的安全性。壓力容器出老化或者故障后，可能存在較大的安全隱患，所以，相關(guān)人員一定要采用聲發(fā)射技術(shù)對(duì)壓力容器進(jìn)行檢驗(yàn)，并通過(guò)對(duì)檢驗(yàn)結(jié)果的分析，對(duì)其存在的缺陷進(jìn)行改進(jìn)與處理。聲發(fā)射技術(shù)主要是利用材料表面的耦合壓電陶瓷探頭，通過(guò)彈性波與信號(hào)的轉(zhuǎn)化，用電子設(shè)備將信號(hào)放大，通過(guò)獲得材料中聲發(fā)射源的參數(shù)，對(duì)壓力設(shè)備安全運(yùn)行狀況進(jìn)行檢驗(yàn)，獲取其內(nèi)部缺陷的具體位置以及設(shè)計(jì)狀況。聲發(fā)射技術(shù)主要是根據(jù)容器內(nèi)部產(chǎn)生的壓力波，判斷其內(nèi)部缺陷存在的具體位置，其屬于全新無(wú)損的動(dòng)態(tài)檢驗(yàn)技術(shù)。聲發(fā)射技術(shù)可以對(duì)容器的內(nèi)部結(jié)果進(jìn)行檢測(cè)，其應(yīng)用范圍比較廣，主要在航天航空、石油化工行業(yè)中應(yīng)用比較多，而且對(duì)保證壓力容器的安全性發(fā)揮著重要作用。聲發(fā)射技術(shù)是對(duì)傳統(tǒng)技術(shù)的改進(jìn)與優(yōu)化，其采用動(dòng)態(tài)檢測(cè)的方式，提高了檢測(cè)的靈敏度；聲發(fā)射主要通過(guò)內(nèi)部缺陷的傳遞，獲取缺陷位置的具體參數(shù)，其檢測(cè)的準(zhǔn)確性比較高，所以，在工業(yè)行業(yè)中得到了廣泛的推廣。聲發(fā)射技術(shù)的探測(cè)能量主要由被測(cè)物體自身提供，屬于動(dòng)態(tài)性檢測(cè)技術(shù)，而射線(xiàn)探傷或者超聲探傷方式，則主要利用無(wú)損檢測(cè)儀器完成；聲發(fā)射技術(shù)對(duì)動(dòng)態(tài)信息較為敏感，可以根據(jù)獲得的參數(shù)客觀(guān)評(píng)價(jià)缺陷實(shí)際情況、危害程度、結(jié)構(gòu)完整性、使用壽命等；同時(shí)采用該技術(shù)，還可在外加結(jié)構(gòu)應(yīng)力情況下，探測(cè)內(nèi)部缺陷的活動(dòng)規(guī)律，如果缺陷較為穩(wěn)定，則不會(huì)發(fā)出聲發(fā)射信號(hào)，以此提高判斷的準(zhǔn)確性。通過(guò)聲發(fā)射技術(shù)，提供可以隨著時(shí)間、溫度、荷載力等外部變化而產(chǎn)生的瞬態(tài)信號(hào)或者連續(xù)信號(hào)，可以應(yīng)用于監(jiān)控過(guò)程，并預(yù)報(bào)早期破壞、臨近破壞等可能性；另外，該技術(shù)對(duì)接近被檢工件的距離要求不高，對(duì)于難以接近的環(huán)境下，如劇毒、高溫、核輻射、易燃易爆等，也可完成檢測(cè)過(guò)程；針對(duì)正在運(yùn)行中的設(shè)備，可以實(shí)行定期檢測(cè)，在不需要停產(chǎn)的情況下，滿(mǎn)足設(shè)備運(yùn)行需求；在設(shè)備加載試驗(yàn)中，可以避免系統(tǒng)失效問(wèn)題，同時(shí)限制系統(tǒng)的最高荷載量，避免引發(fā)災(zāi)難或事故。

2聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)在大型壓力容器檢驗(yàn)中的應(yīng)用

2.1聲發(fā)射技術(shù)在化工大型壓力容器定期檢驗(yàn)中的應(yīng)用

我們對(duì)試件做拉伸試驗(yàn)時(shí)，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到材料的塑性變形區(qū)域時(shí)，聲發(fā)射的發(fā)射率急劇增加，經(jīng)過(guò)最大值后又逐步減少。一般認(rèn)為這一聲發(fā)射是由于材料的位錯(cuò)移動(dòng)而產(chǎn)生的。在被檢設(shè)備中存在裂紋等危害缺陷情況下，裂紋頂端產(chǎn)生應(yīng)力集中，致使該部位比其他部位更早的進(jìn)入塑性變形區(qū)域而引發(fā)聲發(fā)射信號(hào)，這為我們對(duì)壓力容器定期檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)一些裂紋等危害性缺陷提供了一個(gè)前提條件。經(jīng)過(guò)材料的反復(fù)加壓和卸載，人們發(fā)現(xiàn)當(dāng)加了一次載荷使材料產(chǎn)生聲發(fā)射信號(hào)之后卸去載荷，第二次再加載載荷時(shí)則在所加載荷未超過(guò)第一次加載時(shí)的應(yīng)力值之前，便沒(méi)有聲發(fā)射信號(hào)產(chǎn)生。這一不可逆的現(xiàn)象就稱(chēng)為“凱賽爾效應(yīng)”，它也常被用于壓力容器的定期檢驗(yàn)。根據(jù)聲發(fā)射不可逆效應(yīng)———?jiǎng)P賽爾效應(yīng)，對(duì)在用壓力容器因已承受過(guò)一定的壓力，故在定期檢驗(yàn)中再次進(jìn)行水壓試驗(yàn)時(shí)，當(dāng)壓力不超過(guò)使用時(shí)的最高工作壓力，則不出現(xiàn)聲發(fā)射信號(hào)。有可能造成缺陷的漏檢。因此我們?cè)谧黾虞d試驗(yàn)時(shí)一定要高于壓力容器的最高工作壓力才不會(huì)造成缺陷漏檢。若壓力容器在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，產(chǎn)生了疲勞裂紋或應(yīng)力腐蝕裂紋等缺陷，則在較低的壓力下就會(huì)產(chǎn)生聲發(fā)射信號(hào)。這樣，在壓力容器定期檢驗(yàn)的水壓試驗(yàn)中用聲發(fā)射監(jiān)測(cè)就能發(fā)現(xiàn)裂紋的擴(kuò)展信號(hào)。

2.2聲發(fā)射技術(shù)在核電站大型壓力容器中的應(yīng)用

為了解決能源問(wèn)題，同時(shí)也是出于對(duì)環(huán)保問(wèn)題的重視，世界各國(guó)核能工業(yè)正在迅速發(fā)展，目前我國(guó)有幾百座核電站正在運(yùn)轉(zhuǎn)，并且新的核電站還正在興建。但事情往往存在兩面性，當(dāng)一次次核電事故發(fā)生時(shí)，又使得人們對(duì)核電站的安全更為擔(dān)憂(yōu)。因此，如何保障核電站尤其是反應(yīng)堆等核心壓力容器的安全成為核電發(fā)展的重中之重。通過(guò)聲發(fā)射在線(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)可以使得我們對(duì)核反應(yīng)堆等核心設(shè)備安全狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)。聲發(fā)射在核反應(yīng)堆中的應(yīng)用主要有如下幾個(gè)方面：（1）核壓力容器及回路系統(tǒng)水壓試驗(yàn)時(shí)的監(jiān)測(cè)；（2）定期檢修后水壓試驗(yàn)的監(jiān)測(cè)；（3）放射性物質(zhì)泄漏的監(jiān)測(cè)；（4）開(kāi)停機(jī)及失水事故緊急停堆時(shí)對(duì)熱沖擊的監(jiān)測(cè)；（5）對(duì)某些重點(diǎn)部位的實(shí)時(shí)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)；通過(guò)這些監(jiān)測(cè)對(duì)核反應(yīng)堆壓力容器的安全狀況進(jìn)行整體評(píng)價(jià)，以便早期做出反應(yīng)，防止事故發(fā)生。

3結(jié)束語(yǔ)

總而言之，聲發(fā)射檢測(cè)是無(wú)損檢測(cè)的新技術(shù)，作為在役壓力容器定期檢驗(yàn)的一種主要方法是非常有效和完全可行的。我們應(yīng)該大力推廣這一高新技術(shù)，使聲發(fā)射檢測(cè)這一方法更廣泛地應(yīng)用到我們的檢驗(yàn)工作中，以提高檢驗(yàn)、檢測(cè)水平及效率，確保設(shè)備的安全和正常運(yùn)行。隨著工藝技術(shù)發(fā)展，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、運(yùn)行條件苛刻的壓力容器將會(huì)越來(lái)越多，這對(duì)檢測(cè)技術(shù)和水平必然提出更高的要求，為適應(yīng)這一快速發(fā)展的需要，開(kāi)展聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)在壓力容器檢測(cè)中的應(yīng)用研究已經(jīng)成為一種勢(shì)在必行的趨勢(shì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]高顏銘.聲發(fā)射技術(shù)在大型壓力容器檢驗(yàn)中的應(yīng)用研究[J].消費(fèi)導(dǎo)刊.2018（37）.

[2]朱玉明.聲發(fā)射技術(shù)在大型壓力容器檢驗(yàn)中的應(yīng)用研究[D].南京林業(yè)大學(xué).2016.

[3]顧錦輝.聲發(fā)射技術(shù)在壓力容器檢驗(yàn)中的應(yīng)用探討[J].城市建設(shè)理論研究（電子版）.2015（09）.

（作者單位：葫蘆島市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)所）