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    化工設備檢測中聲發(fā)射技術的運用實踐研究

    2018-06-20 07:42:06張中利何鑫業(yè)
    中國科技縱橫 2018年8期
    關鍵詞:化工設備檢測

    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.

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