聲發(fā)射技術(shù)在壓力容器檢測(cè)中的應(yīng)用

1、    聲發(fā)射技術(shù)在壓力容器檢測(cè)中的應(yīng)用    李夢(mèng)磊 陳立新 李鐵樹(shù)摘要：聲發(fā)射又稱應(yīng)力波發(fā)射,當(dāng)材料或零部件受外力作用發(fā)生變形、斷裂或內(nèi)部應(yīng)力超過(guò)屈服極限而進(jìn)入不可逆的塑性變形階段,都會(huì)以瞬態(tài)彈性波形式釋放出應(yīng)變能,這種現(xiàn)象稱為聲發(fā)射(ae)。在外部條件作用下,材料或零部件的缺陷或潛在缺陷改變狀態(tài)而自動(dòng)發(fā)出瞬態(tài)彈性波的現(xiàn)象亦稱為聲發(fā)射。由于這種聲發(fā)射彈性波能反映出材料的一些性質(zhì),故采用檢測(cè)聲發(fā)射信號(hào)的方法,可以判斷材料或設(shè)備的某種狀態(tài)。運(yùn)用儀器檢測(cè)、記錄、分析聲發(fā)射信號(hào),并利用聲發(fā)射信號(hào)診斷發(fā)射源狀態(tài)的技術(shù)稱為聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)。主要介紹聲發(fā)射技術(shù)在鍋爐

2、壓力容器檢測(cè)中的原理及其應(yīng)用。關(guān)鍵詞：聲發(fā)射技術(shù)壓力容器無(wú)損檢測(cè)檢驗(yàn)特點(diǎn)應(yīng)用中圖分類號(hào)：o434文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： a一、前言儲(chǔ)罐作為一種特殊設(shè)備，極易產(chǎn)生安全事故，其后果不堪設(shè)想。因此，加強(qiáng)儲(chǔ)罐管理，歸根結(jié)底為安全性與經(jīng)濟(jì)性兩大部分。以我國(guó)當(dāng)前在役儲(chǔ)罐的數(shù)量和檢測(cè)能力、維修能力來(lái)看，再考慮到特殊的生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境，在檢修期間完成所有的儲(chǔ)罐檢查工作，存在一定難度。因此，應(yīng)明確區(qū)分儲(chǔ)罐檢查的重點(diǎn)，科學(xué)判斷重大危險(xiǎn)源，提高決策科學(xué)性、精準(zhǔn)性，確保生產(chǎn)活動(dòng)的安全、有效開(kāi)展。但是以我國(guó)一些大型化工企業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀來(lái)看，化工裝置長(zhǎng)期運(yùn)行，甚至帶病作業(yè)，企圖通過(guò)延長(zhǎng)檢修周期的方式獲得經(jīng)濟(jì)效益，忽略由設(shè)備老化、長(zhǎng)期負(fù)載

3、運(yùn)行而產(chǎn)生的安全隱患。因此，如何采取既經(jīng)濟(jì)又安全的在線檢測(cè)技術(shù)，開(kāi)展有效的安全評(píng)價(jià)，已成為當(dāng)前值得深思的話題。當(dāng)前，聲發(fā)射技術(shù)已經(jīng)在國(guó)際范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用，可在金屬常壓儲(chǔ)罐不停產(chǎn)的情況下完成檢測(cè)工作，根據(jù)儲(chǔ)罐的原特性，對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，確定聲發(fā)射源的特征和儲(chǔ)罐的缺陷，進(jìn)一步推動(dòng)檢測(cè)技術(shù)與檢測(cè)設(shè)備的發(fā)展，為優(yōu)化儲(chǔ)罐開(kāi)罐檢驗(yàn)周期、提高風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估效率奠定基礎(chǔ)，具有一定現(xiàn)實(shí)意義。二、聲發(fā)射技術(shù)的特征與優(yōu)勢(shì)采用聲發(fā)射技術(shù)，主要通過(guò)在材料表面的耦合壓電陶瓷探頭，對(duì)材料中由聲發(fā)射源而產(chǎn)生的彈性波轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，利用電子設(shè)備放大并處理信號(hào)，記錄相關(guān)內(nèi)容，進(jìn)而獲得材料中聲發(fā)射源的參數(shù)，通過(guò)細(xì)致檢驗(yàn)與分析，則可獲知檢測(cè)

4、材料內(nèi)部的缺陷狀況。如果采取多通道方式，還可以確定產(chǎn)生缺陷的精確位置。1.應(yīng)用特征聲發(fā)射技術(shù)主要根據(jù)壓力容器內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的壓力波情況，判斷內(nèi)部缺陷情況或具體位置，是一種全新無(wú)損的動(dòng)態(tài)檢測(cè)方法。聲發(fā)射技術(shù)可以應(yīng)用于材料或者構(gòu)件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，檢測(cè)存在的各種缺陷，當(dāng)期已經(jīng)在汽車、鐵路、航天航空、石油化工、電力等諸多領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。與常規(guī)檢測(cè)技術(shù)相比，聲發(fā)射技術(shù)主要具備以下特征：其一，加強(qiáng)對(duì)動(dòng)態(tài)缺陷的檢測(cè)靈敏度，在缺陷萌生階段或者不斷擴(kuò)展過(guò)程中，均可發(fā)現(xiàn)；其二，聲發(fā)射波主要通過(guò)缺陷自身來(lái)傳遞，因此可以獲得更多有關(guān)缺陷的參數(shù)信息，提高檢測(cè)靈敏度與精準(zhǔn)性。2. 聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)一般常規(guī)的無(wú)損檢測(cè)方法,都只能檢

5、測(cè)“靜態(tài)”缺陷,而發(fā)展中的缺陷才是鍋爐壓力容器中最危險(xiǎn)的隱患。聲發(fā)射檢測(cè)是基于金屬材料在應(yīng)力作用下發(fā)生塑性變形和缺陷擴(kuò)展時(shí)會(huì)發(fā)出聲信號(hào)的物理現(xiàn)象為原理,采用多通道換能器并利用現(xiàn)代的電子處理技術(shù)進(jìn)行信號(hào)采集和分析,從而得到部件在加載時(shí)缺陷的動(dòng)態(tài)信息。用聲發(fā)射對(duì)承載設(shè)備的監(jiān)聽(tīng),對(duì)結(jié)構(gòu)材料中的“動(dòng)態(tài)”缺陷進(jìn)行檢測(cè)和定位,以評(píng)定結(jié)構(gòu)的完整性。聲發(fā)射檢測(cè)不必像其他常規(guī)探傷方法“必須充分接近缺陷位置”和“逐一掃描”才能進(jìn)行檢驗(yàn),而是靠有限的幾個(gè)“固定不動(dòng)的”傳感器就有可能對(duì)整個(gè)設(shè)備的完整性做出評(píng)定。事實(shí)上,大多數(shù)壓力容器事故是由焊接缺陷引起的。因此,有效地進(jìn)行焊接缺陷的檢驗(yàn)和缺陷評(píng)定在相當(dāng)程度上也就是有效

6、地進(jìn)行了壓力容器的檢驗(yàn)。常規(guī)壓力容器檢測(cè)方法是焊縫的全面常規(guī)無(wú)損檢測(cè)如超聲波探傷、x射線、射線、磁粉探傷和著色探傷等。一般情況要對(duì)壓力容器的所有焊縫進(jìn)行不少于20%比例的x射線焊縫內(nèi)部探傷,有時(shí)甚至要進(jìn)行100%焊縫常規(guī)無(wú)損探傷(超聲波或射線探傷),必要時(shí)還要對(duì)焊縫缺陷部位進(jìn)行斷裂力學(xué)評(píng)定,工作量大、檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng)、勞動(dòng)強(qiáng)度大。而聲發(fā)射技術(shù)檢測(cè)時(shí)由多通道換能器接收受壓部件受載時(shí)材料內(nèi)部缺陷因屈服、開(kāi)裂、裂紋擴(kuò)展等強(qiáng)烈變形現(xiàn)象所發(fā)出的聲波信號(hào)(應(yīng)力波或能量波),從而對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行采集、處理、分析,以得到產(chǎn)生聲發(fā)射信號(hào)缺陷的情況參數(shù),如應(yīng)力波幅度大小、次數(shù)或個(gè)數(shù)的多少、應(yīng)力波缺陷源的部位、出現(xiàn)應(yīng)力波的

7、載荷等,從而達(dá)到缺陷評(píng)定的目的。三、聲發(fā)射技術(shù)在壓力容器中的實(shí)施以某公司的液化石油氣球罐為例，其設(shè)計(jì)壓力為1.7mpa，溫度約50，在常溫狀態(tài)下完成操作，最高操作壓力1.6mpa，該罐于2001年5月投入使用，2011年9月進(jìn)行第4次全面檢驗(yàn)，通過(guò)表面磁粉檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)共有5處裂紋問(wèn)題，經(jīng)過(guò)打磨處理后全部消除，應(yīng)用聲發(fā)射技術(shù)再次復(fù)探，為合格狀態(tài)。以下將對(duì)具體檢驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行分析：1.檢驗(yàn)儀器的應(yīng)用在該檢測(cè)過(guò)程中，主要應(yīng)用智能聲發(fā)射儀器，以全波形采集技術(shù)為主，具備數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、波形顯示等功能，通過(guò)在儲(chǔ)罐的表面進(jìn)行定位，再加上信號(hào)處理技術(shù)的支持作用，可以科學(xué)、可靠地確定缺陷位置，完成定位和定量過(guò)程。2.布置傳

8、感器結(jié)合該球罐的實(shí)際容積狀況，精準(zhǔn)確定傳感器的數(shù)量，也就是聲發(fā)射儀的通道數(shù)量設(shè)置。有關(guān)傳感器的位置，可以隨意擺放，在儀器中輸入球罐體積、焊縫結(jié)構(gòu)等參數(shù)之后，則可利用軟件完成計(jì)算過(guò)程，并制定傳感器的布置圖。一般情況下，可以將傳感器盡量靠近焊縫，為了明確缺陷所處位置，可以呈三角形布置。3.加載與測(cè)試在對(duì)球罐進(jìn)行定期檢驗(yàn)過(guò)程中，采用聲發(fā)射技術(shù)，涉及到加載過(guò)程。一般檢驗(yàn)球罐時(shí)，需要進(jìn)行水壓試驗(yàn)，因此可以利用水壓的荷載力，結(jié)合球罐設(shè)計(jì)的壓力，確定水壓試驗(yàn)值。在加壓及保壓過(guò)程中，可完成聲發(fā)射信號(hào)的采集工作。4. 聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用聲發(fā)射檢測(cè)通常與壓力容器水壓試驗(yàn)過(guò)程中同步進(jìn)行,以確定活動(dòng)發(fā)展性焊接缺陷可

9、能存在的區(qū)域。第一步檢測(cè)所需的時(shí)間大約是水壓試驗(yàn)所需時(shí)間,檢測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)保存在計(jì)算機(jī)的磁盤和有關(guān)圖表上,并在容器殼體上可推算出聲發(fā)射源的位置。由于聲發(fā)射檢測(cè)是計(jì)算機(jī)控制缺陷自動(dòng)數(shù)據(jù)采集,數(shù)據(jù)可靠性高,人為因素干擾小,數(shù)據(jù)可長(zhǎng)期保存,結(jié)果顯示簡(jiǎn)單明了,對(duì)查出的聲發(fā)射源定位性能極佳。應(yīng)用聲發(fā)射技術(shù)進(jìn)行缺陷檢測(cè)與評(píng)定的第二步是對(duì)已查出的聲發(fā)射源進(jìn)行常規(guī)無(wú)損檢測(cè)復(fù)驗(yàn)。根據(jù)定位結(jié)果通過(guò)復(fù)驗(yàn)來(lái)確認(rèn)哪些聲發(fā)射源是與焊接缺陷有關(guān)的,哪些是噪聲干擾源和其它原因產(chǎn)生的源。第二步工作量一般較小,例如某50m3儲(chǔ)罐僅需對(duì)11個(gè)聲發(fā)射源共約3m長(zhǎng)的焊縫進(jìn)行常規(guī)無(wú)損復(fù)驗(yàn)。應(yīng)用聲發(fā)射技術(shù)進(jìn)行焊接缺陷檢驗(yàn)與評(píng)定的第三步是在第一

10、步聲發(fā)射檢測(cè)結(jié)果和第二步常規(guī)無(wú)損檢測(cè)復(fù)驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上進(jìn)行缺陷評(píng)定。第三步的具體內(nèi)容就是根據(jù)聲發(fā)射壓力容器檢測(cè)數(shù)據(jù)和有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)以及常規(guī)無(wú)損檢測(cè)數(shù)據(jù)、有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和壓力容器事故失效分析的數(shù)據(jù)對(duì)聲發(fā)射源焊接缺陷進(jìn)行評(píng)定。四、結(jié)語(yǔ)由上可見(jiàn)，隨著我國(guó)化工生產(chǎn)模式由單純煉油型轉(zhuǎn)變?yōu)槭突ば?，再加上高壓加氫等配置的投入使用，涉及到越?lái)越多的復(fù)雜壓力容器，而正是由于各種壓力容器的運(yùn)行條件、環(huán)境較為苛刻，因此對(duì)檢驗(yàn)技術(shù)、檢驗(yàn)水平、檢驗(yàn)結(jié)果提出更高要求。為了滿足壓力容器發(fā)展的需要，推行聲發(fā)射技術(shù)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。參考文獻(xiàn)1同長(zhǎng)虹.聲發(fā)射診斷在壓力容器在線檢測(cè)中的應(yīng)用j.石油化工設(shè)備，2005（2）.2侯素霞，羅積軍，徐軍，馬進(jìn).基于聲發(fā)射技術(shù)的壓力容器應(yīng)力腐蝕檢測(cè)研究j.腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù)，2006（3）.3崔麗娜.聲發(fā)射技術(shù)在儲(chǔ)罐檢測(cè)中的應(yīng)用j.壓力容器，2