聲發(fā)射技術(shù)在球罐檢驗中的應(yīng)用

馬 力

（濱州市特種設(shè)備檢驗研究所，山東濱州256600）

目前，聲發(fā)射技術(shù)已廣泛應(yīng)用于球罐的檢驗檢測[1-4]。聲發(fā)射技術(shù)在球罐檢驗檢測中具有對缺陷進(jìn)行動態(tài)檢測，并能按缺陷動態(tài)特性進(jìn)行評定的優(yōu)點，尤其在設(shè)備不能開罐檢驗時，相較于傳統(tǒng)的無損檢測方法，聲發(fā)射技術(shù)實時監(jiān)測、覆蓋范圍廣的優(yōu)勢更加凸顯。

1 檢測背景

此次檢驗對象為某化工企業(yè)400 m3事故風(fēng)罐，該設(shè)備主要用于調(diào)節(jié)凈化風(fēng)的供應(yīng)量，保障供氣官網(wǎng)的氣量穩(wěn)定，具體技術(shù)參數(shù)見表1。由于該球罐的停工會對整個廠區(qū)的生產(chǎn)產(chǎn)生影響，因此，選擇采用聲發(fā)射技術(shù)在不停工不開罐的情況下進(jìn)行定期檢驗，對球罐整體進(jìn)行缺陷活動性檢測。

表1 球罐技術(shù)參數(shù)

聲發(fā)射設(shè)備采用某公司的SAEU2S 型聲發(fā)射設(shè)備，傳感器型號為SRI150。采用球面定位，傳感器布置圖如圖1所示。每層傳感器垂直間距為3 590 mm，赤道層傳感器水平間距為3 590 mm，赤道層上下相鄰兩層傳感器水平間距為3 395 mm。

圖1 傳感器布置圖

2 聲發(fā)射檢測過程

2.1 加載過程

采用聲發(fā)射技術(shù)對球罐進(jìn)行整體檢測，加載曲線如圖2所示。

第一次加壓循環(huán)：球罐從0.4 MPa 開始升壓，達(dá)到最高工作壓力0.6 MPa 后，保壓10 min，然后繼續(xù)升壓至最高工作壓力的1.1倍為0.66 MPa，穩(wěn)壓30 min。

第二次加壓循環(huán)：球罐壓力降到0.6 MPa，穩(wěn)壓5 min，繼續(xù)升壓至0.64 MPa，穩(wěn)壓10 min。

2.2 檢測過程

圖2 加載曲線

檢測過程中，球罐頂部需要人員操控閥門以實現(xiàn)壓力的升降，因此在球罐頂部會產(chǎn)生干擾信號，在分析結(jié)果時應(yīng)排除球罐頂部的人員干擾信號。

一次升壓階段分兩段加壓（0.4～0.6，0.6～0.66），在第一階段（0.4～0.6）升壓過程中，在排除干擾信號發(fā)現(xiàn)S2 聲發(fā)射源信號，聲發(fā)射強(qiáng)度在72 db 如圖3 所示。在0.6 MPa 保壓階段，未檢測到有效的聲發(fā)射源信號。繼續(xù)升壓（0.6～0.66），未檢測到S2位置的聲源信號，但在上極板位置發(fā)現(xiàn)聲源信號S1，信號強(qiáng)度74 db，如圖4所示。0.66 MPa保壓30 min，未發(fā)現(xiàn)有效的聲源信號。

圖3 一次升壓0.4～0.6 MPa升壓信號

圖4 一次升壓0.6～0.66 MPa升壓信號

二次升壓階段（0.6～0.64），在S1 位置又發(fā)現(xiàn)聲發(fā)射定位源信號，信號強(qiáng)度70 db左右，如圖5所示，二次保壓階段未發(fā)現(xiàn)有效的聲源信號。

3 聲發(fā)射結(jié)果評定

圖5 二次升壓0.6～0.64 MPa升壓信號

經(jīng)過聲發(fā)射檢測，發(fā)現(xiàn)兩處聲發(fā)射定位源信號，通過聲發(fā)射定位源信號反定位，S2聲發(fā)射定位源位于下極板T 型焊縫處，S1 聲發(fā)射定位源位于上極板T 型焊縫處，根據(jù)NB/T47013.9—2012 進(jìn)行評定。評定結(jié)果如表1所示。

表1 聲發(fā)射源信號綜合評定

S2聲發(fā)射定位源評定為I級，不需要進(jìn)行驗證。由表1 得，S1 聲發(fā)射定位源信號，評定級別為II 級，考慮該球罐對整個廠區(qū)的重要性以及聲發(fā)射定位源位于T型焊縫，決定對S1聲發(fā)射定位源進(jìn)行驗證。

4 復(fù) 驗

采用常規(guī)無損檢測方法超聲和射線對S1 聲發(fā)射定位源進(jìn)行驗證，超聲檢測發(fā)現(xiàn)，缺陷深度5.6 mm，長度15 mm，根據(jù)NB/T47013—2015應(yīng)評為III級。射線檢測發(fā)現(xiàn)，在S1 定位源位置發(fā)現(xiàn)條形缺陷，長度13 mm，寬度2 mm，根據(jù)NB/T47013—2015 應(yīng)評為II 級，如圖6 所示，根據(jù)《固定式壓力容器安全監(jiān)察技術(shù)規(guī)程》，條形缺陷允許存在，安全狀況等級定為3級，可以繼續(xù)使用。

圖6 S1定位源位置射線底片

5 聲發(fā)射信號源成因分析

S2 聲發(fā)射定位源信號只出現(xiàn)在0.4～0.6 MPa 升壓過程中，信號在升壓至0.55 MPa后開始出現(xiàn)。在保壓和二次加壓循環(huán)均未發(fā)現(xiàn)聲發(fā)射定位源信號，這是因為球罐工作壓力一般都在0.5 MPa 左右，當(dāng)壓力升至0.5 MPa 以上時，S2 位置焊縫處的殘余應(yīng)力開始釋放，因此會產(chǎn)生聲發(fā)射定位源信號，殘余應(yīng)力釋放后，無論在升壓和保壓階段，將不再產(chǎn)生聲發(fā)射定位源信號。

S1聲發(fā)射定位源信號均出現(xiàn)在兩次加壓循環(huán)的升壓階段，而保壓階段均未收到信號，這說明S1 位置的缺陷在壓力波動時有擴(kuò)展延伸的傾向，因此，在使用球罐時要保證球罐內(nèi)的壓力穩(wěn)定，盡量避免壓力的波動，特別是急速的升壓工況；并對球罐的情況進(jìn)行實時監(jiān)測。在下次檢驗時，應(yīng)將S1 位置作為重點部位進(jìn)行檢驗。

6 結(jié) 論

通過對球罐的聲發(fā)射檢測，可以得出如下結(jié)論：

（1）球罐存在條形缺陷，在壓力升高時，缺陷有擴(kuò)展的傾向。因此，該球罐使用時，應(yīng)盡量避免壓力的快速波動。

（2）通過聲發(fā)射檢測結(jié)果以及超聲和射線的復(fù)驗結(jié)果可知，聲發(fā)射檢測是可行的，檢測結(jié)果可靠。

（3）聲發(fā)射檢測的檢測結(jié)果受人為因素、腳手架、流體流動等因素影響比較大，因此在檢測過程中應(yīng)設(shè)法排除各種噪聲源的干擾。