1000m3液化氣球罐聲發(fā)射檢測(cè)

對(duì)1000m3液化氣球罐進(jìn)行聲發(fā)射檢測(cè)，采用整體監(jiān)測(cè)與局部監(jiān)測(cè)兩種方法，通過(guò)降低門檻值，提高檢測(cè)靈敏度，共發(fā)現(xiàn)有效聲發(fā)射源23處，復(fù)驗(yàn)其中21處存在裂紋缺陷。
關(guān)鍵詞：球罐　聲發(fā)射檢測(cè)　缺陷

0 前言
壓力容器廣泛應(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(jì)遭受嚴(yán)重破壞，生命和財(cái)產(chǎn)蒙受重大損失。另一方面，為了增加企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力，承壓設(shè)備必須長(zhǎng)周期運(yùn)行，并且維護(hù)和檢驗(yàn)成本必須最小化。
聲發(fā)射檢測(cè)可以在壓力容器的工作狀態(tài)下，通過(guò)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(hào)，利用聲發(fā)射儀采集信號(hào)，可以快速找出聲發(fā)射源的位置，針對(duì)這些聲發(fā)射源進(jìn)行復(fù)驗(yàn)和評(píng)定，從而達(dá)到縮短檢修周期、降低成本的目的。
本文對(duì)1000m3液化氣球罐進(jìn)行聲發(fā)射檢測(cè)，采用整體監(jiān)測(cè)與局部監(jiān)測(cè)相結(jié)合的方法，發(fā)現(xiàn)有效聲發(fā)射源23處，復(fù)驗(yàn)其中21處存在裂紋缺陷。
1 球罐概況
石化股份有限公司貯運(yùn)廠一臺(tái)液化石油氣球罐，位號(hào)為G909，設(shè)計(jì)壓力：1.8Mpa+靜壓力，設(shè)計(jì)溫度：-10－50℃，最高操作壓力為1.6MPa，操作溫度：常溫，直徑：F12410mm，容積：1000m3 ，介質(zhì)：液化石油氣，主體材質(zhì)：SPV50Q，公稱壁厚：34mm。該球罐由日本CBI株式會(huì)社設(shè)計(jì)制造，由三化建現(xiàn)場(chǎng)組焊，1987年11月投用，2001年4月檢驗(yàn)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)對(duì)接焊縫熔合線內(nèi)表面存在大量裂紋，進(jìn)行了消氫處理、補(bǔ)焊返修、整體消應(yīng)力處理，水壓試驗(yàn)合格后一直沿用至今。
2 檢測(cè)方案
本次檢測(cè)采用北京聲華科技有限公司SWAES－35型和SWAES－50型多通道全數(shù)字化聲發(fā)射檢測(cè)分析儀2臺(tái)，采用WAE2002源定位檢測(cè)分析軟件，傳感器為SR150型（帶前置放大器，可自激發(fā)標(biāo)定）諧振型傳感器，中心頻率為150KHZ，主放大器增益為40dB，帶通頻率為20-120KHZ。
采用SWAES－50型聲發(fā)射儀的46個(gè)通道數(shù)對(duì)球罐進(jìn)行整體監(jiān)測(cè)，采用球面定位；采用SWAES－35型聲發(fā)射儀的32個(gè)通道數(shù)對(duì)球罐上下大環(huán)縫進(jìn)行監(jiān)測(cè)，采用線性定位。
整體監(jiān)測(cè)：總共46個(gè)探頭（共五層，第一、四層6個(gè)，第二、五層10個(gè)，第三層12個(gè)，球罐頂部、底部中心各布置一個(gè)（避開人孔）），排列成三角型陣列，探頭在容器上的具體部位如圖1所示。

　
主視圖　　　　　　　　　　　　　　　　　　俯視圖
圖1 整體監(jiān)測(cè)傳感器布置示意圖
局部監(jiān)測(cè)：總共32個(gè)探頭（共兩層，分布在上下大環(huán)縫周圍，排列成圓周型，探頭在容器上的具體部位如圖2所示。

主視圖　　　　　　　　　　　　　　　　　 俯視圖
圖2 局部監(jiān)測(cè)傳感器布置示意圖
聲發(fā)射檢測(cè)的壓力試驗(yàn)程序采用兩次加壓循環(huán)過(guò)程，采用充潔凈水升壓的方式，按照GB/T18182-2000的要求，并結(jié)合球罐現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況進(jìn)行。
3 加載程序
檢測(cè)前，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)噪聲進(jìn)行測(cè)量，信號(hào)＜52dB；衰減測(cè)量情況較16MnR材料大，為了保證檢測(cè)精度，故將門檻值設(shè)置為40 dB。
對(duì)整體監(jiān)測(cè)44個(gè)有代表性的三角形定位陣列進(jìn)行定位校準(zhǔn)和對(duì)局部監(jiān)測(cè)32個(gè)有代表性的線性定位陣列進(jìn)行定位校準(zhǔn)，均得到良好的一一定位結(jié)果。
采用兩次加壓、保壓程序。
4 檢測(cè)數(shù)據(jù)分析
本次檢測(cè)數(shù)據(jù)分析，主要采用常用的參數(shù)分析的方法。但由于門檻值設(shè)置較低，有效聲源信號(hào)和噪聲信號(hào)混雜出現(xiàn)，所以通過(guò)以下方式將其區(qū)分：
(1) 波形判斷，區(qū)分突發(fā)信號(hào)、連續(xù)信號(hào)以及傳感器自激信號(hào)。本次檢測(cè)主要是檢測(cè)球罐裂紋缺陷，主要是突發(fā)信號(hào)；
(2) 未開始升壓前及兩次降壓過(guò)程的信號(hào)識(shí)別。如果一個(gè)信號(hào)源在整個(gè)檢測(cè)過(guò)程中頻繁出現(xiàn)，包括未開始升壓前或兩次降壓過(guò)程中，則該信號(hào)不一定是缺陷產(chǎn)生的信號(hào)。應(yīng)重點(diǎn)檢查該部位在球罐上的位置，分析是否因振動(dòng)、腳手架碰撞磨擦、介質(zhì)進(jìn)出流動(dòng)、傳感器自激產(chǎn)生的噪聲信號(hào)；
(3) 對(duì)于焊縫附近及應(yīng)力集中區(qū)域，即使只出現(xiàn)在一次升壓階段，屬于非活性，也將其認(rèn)為是有效聲發(fā)射源；
5 檢測(cè)結(jié)果與評(píng)價(jià)
該球罐在進(jìn)行在線整體監(jiān)測(cè)過(guò)程中罐體發(fā)現(xiàn)18處有效聲發(fā)射定位源，如表1所示；局部監(jiān)測(cè)過(guò)程中罐體發(fā)現(xiàn)12處有效聲發(fā)射定位源，如表2所示。
表1 整體監(jiān)測(cè)聲發(fā)射源綜合等級(jí)
聲源序號(hào) 升壓1　保壓1　升壓2　保壓2 活度 強(qiáng)度 綜合等級(jí)
S1 ×　　 Ο　　 ×　　 × 非活性 高強(qiáng)度 B
S2 *** 弱活性 高強(qiáng)度 D
S3 *** 弱活性 高強(qiáng)度 D
S4 *** 弱活性 高強(qiáng)度 D
S5 Ο　　 Ο　　 ×　　 Ο 活性 高強(qiáng)度 E
S6 Ο　　 ×　　 ×　　 × 非活性 高強(qiáng)度 B
S7 Ο　　 ×　　 ×　　 × 非活性 高強(qiáng)度 B
S8 Ο　　 ×　　 ×　　 × 非活性 高強(qiáng)度 B
S9 Ο　　 ×　　 ×　　 × 非活性 高強(qiáng)度 B
S10 Ο　　 ×　　 ×　　 × 非活性 高強(qiáng)度 B
S11 Ο　　 ×　　 ×　　 × 非活性 高強(qiáng)度 B
S12 Ο　　 ×　　 ×　　 × 非活性 高強(qiáng)度 B
S13 Ο　　 ×　　 ×　　 × 非活性 高強(qiáng)度 B
S14 Ο　　 ×　　 ×　　 × 非活性 高強(qiáng)度 B
S16 Ο　　 ×　　 ×　　 × 非活性 高強(qiáng)度 B
S16 Ο　　 ×　　 ×　　 × 非活性 高強(qiáng)度 B
S17 Ο　　 ×　　 ×　　 Ο 弱活性 高強(qiáng)度 D
S18 Ο　　 ×　　 ×　　 Ο 弱活性 高強(qiáng)度 D

表2 局部監(jiān)測(cè)聲發(fā)射源綜合等級(jí)
聲源序號(hào) 升壓1　保壓1　升壓2　保壓2 活度 強(qiáng)度 綜合等級(jí)
L1 Ο　　 ×　　 ×　　 Ο 弱活性 高強(qiáng)度 D
L2 Ο　　 ×　　 Ο　　 Ο 活性 高強(qiáng)度 E
L3 Ο　　 ×　　 ×　　 × 非活性 高強(qiáng)度 B
L4 Ο　　 ×　　 ×　　 Ο 弱活性 高強(qiáng)度 D
L5 Ο　　 Ο　　 ×　　 Ο 活性 中強(qiáng)度 D
L6 Ο　　 Ο　　 ×　　 Ο 活性 中強(qiáng)度 D
L7 Ο　　 ×　　 ×　　 × 非活性 高強(qiáng)度 B
L8 Ο　　 Ο　　 Ο　　 × 活性 中強(qiáng)度 D
L9 Ο　　 ×　　 ×　　 × 非活性 高強(qiáng)度 B
L10 Ο　　 Ο　　 Ο　　 Ο 強(qiáng)活性 高強(qiáng)度 F
L11 Ο　　 ×　　 ×　　 × 非活性 高強(qiáng)度 B
L12 Ο　　 Ο　　 Ο　　 × 活性 中強(qiáng)度 D
整體監(jiān)測(cè)與局部監(jiān)測(cè)共有7處信號(hào)源重疊（L1=S11、L2＝S12、L3＝S13、L4＝S14、L7＝S8、L9＝S9、L11＝S6），故共計(jì)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4。根據(jù)GB/T 18182-2000《金屬壓力容器聲發(fā)射檢測(cè)及結(jié)果評(píng)價(jià)方法》對(duì)聲發(fā)射源進(jìn)行綜合等級(jí)劃分，均需復(fù)驗(yàn)。

圖3 聲發(fā)射源定位圖
經(jīng)過(guò)對(duì)上述23處聲發(fā)射源部位MT、UT復(fù)驗(yàn)，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2處，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)超標(biāo)缺陷，懷疑聲發(fā)射檢測(cè)過(guò)程中應(yīng)力釋放的結(jié)果）。根據(jù)GB/T18182—2000《金屬壓力容器聲發(fā)射檢測(cè)及結(jié)果評(píng)價(jià)方法》，對(duì)檢測(cè)結(jié)果得到如下結(jié)論：
對(duì)有缺陷聲發(fā)射源嚴(yán)重度級(jí)別進(jìn)行評(píng)定，結(jié)果為“嚴(yán)重”和“很嚴(yán)重”。
表3 聲發(fā)射源復(fù)驗(yàn)結(jié)果
序號(hào) 位 置 缺陷長(zhǎng)度mm 備　 注 序號(hào) 位 置 缺陷長(zhǎng)度mm 備　 注
1 S1 10-30 多條裂紋 14 S14、L4 10-120 多條裂紋
2 S2 20-50 多條裂紋 15 S15 10-70 多條裂紋
3 S3 20-30 多條裂紋 16 S16 10-40 多條裂紋
4 S4 20-40 多條裂紋 17 S17 30 裂紋
5 S5 無(wú)磁痕顯示 － 18 S18 30-70 多條裂紋
6 S6、L11 40-60 多條裂紋 19 L5 30-120 多條裂紋
7 S7 50 裂紋 20 L6 20-190 多條裂紋
8 S8、L7 20-150 多條裂紋 21 L8 10-40 多條裂紋
9 S9、L9 30-50 多條裂紋 22 L10 20-40 多條裂紋
10 S10 無(wú)磁痕顯示 － 23 L12 10-30 多條裂紋
11 S11、L1 20-60 多條裂紋
12 S12、L2 20-50 多條裂紋
13 S13、L3 20-100 多條裂紋
6 結(jié)論
對(duì)于因各種原因不能停運(yùn)行而又已到壓力容器檢驗(yàn)周期必須檢驗(yàn)的球罐，可采用聲發(fā)射技術(shù)實(shí)現(xiàn)在用球罐的在役檢測(cè)。
(1)采用整體監(jiān)測(cè)與局部監(jiān)測(cè)相結(jié)合的方法，相互之間即印證，又可以互補(bǔ)，從而提高危害源的檢出率；
(2)對(duì)于衰減較大的材料，通過(guò)降低門檻值，保證檢測(cè)的靈敏度；
(3)最好采用兩個(gè)升壓、保壓階段，未開始升壓前及兩次降壓過(guò)程的數(shù)據(jù)采集對(duì)于有效聲發(fā)射源與噪聲信號(hào)的識(shí)別也很重要；
(4)通過(guò)波形判斷可以濾去一部分噪聲信號(hào)；
(5)檢驗(yàn)人員應(yīng)當(dāng)對(duì)被檢設(shè)備運(yùn)行記錄，開停車記錄，有關(guān)運(yùn)行參數(shù)，介質(zhì)成份，載荷變化情況，以及運(yùn)行中出現(xiàn)的異常情況等資料有所掌握，應(yīng)能判斷出有可能產(chǎn)生何種缺陷以及缺陷產(chǎn)生的部位，這對(duì)聲發(fā)射信號(hào)分析有很大幫助；
(6)本次檢測(cè)雖然是在水壓試驗(yàn)條件下實(shí)施的，但可以推廣到利用介質(zhì)加壓的方式進(jìn)行，對(duì)于液化氣球罐，最好是在檢測(cè)前一個(gè)月將最大操作壓力至少降低15%，確保安全。
參考文獻(xiàn)
[1] 1000m3球罐聲發(fā)射檢驗(yàn)報(bào)告[R]. 南京:南京市鍋爐壓力容器監(jiān)督檢驗(yàn)所,2005.
[2] 沈功田，劉時(shí)風(fēng)、戴光《聲發(fā)射檢測(cè)》[M]. 2004 08
[3] GB/T18182-2000《金屬壓力容器聲發(fā)射檢測(cè)及結(jié)果評(píng)價(jià)方法》