基于聲發(fā)射的球罐檢驗

劉功祥*

（江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗研究院）

0 前言

球形儲罐是一種常見的大型儲存容器，常用于儲存、盛裝氣體、液體、液化氣體等介質(zhì)，其具有存儲容積大、受壓均衡、節(jié)省金屬材料及占地少等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于化工行業(yè)。球形儲罐中儲存的介質(zhì)一般是有毒有害的危險化學品，一旦球罐失效，后果是極為嚴重的。由于一些歷史原因，目前有許多超出設(shè)計壽命的球罐仍在使用。該類球罐檢驗時，目前常規(guī)的檢驗手段往往無法滿足檢測要求。

聲發(fā)射檢測技術(shù)是一種用儀器探測、記錄、分析聲發(fā)射信號和利用聲發(fā)射信號推斷聲發(fā)射源的技術(shù)。聲發(fā)射技術(shù)是一種新型的無損檢測方法，相對于傳統(tǒng)無損檢測方法，其具有可實時監(jiān)測、覆蓋范圍廣等優(yōu)勢，目前已被廣泛用于壓力容器的缺陷檢測和結(jié)構(gòu)完整性評價。

1 球罐主要技術(shù)參數(shù)

本次檢驗的球罐已投用超過20 年，其主要技術(shù)參數(shù)如表1 所示。

2 球罐檢驗過程

本次檢驗采用美國PAC 公司的SAMOS 型48 通道聲發(fā)射儀，傳感器型號為R15I。根據(jù)聲發(fā)射球面定位方式布置傳感器，具體如圖1 所示，聲發(fā)射儀器的具體參數(shù)設(shè)置情況如表2 所示[1-4]。

表1 液化石油氣球罐的主要技術(shù)參數(shù)

圖1 球罐聲發(fā)射傳感器布置

表2 聲發(fā)射儀器參數(shù)設(shè)定

2.1 程序加載

檢測時對盛裝有介質(zhì)的球罐進行2 次循環(huán)加壓與降壓，該檢測的主要目的是依據(jù)NB/T 47013.9—2012《承壓設(shè)備無損檢測 第9 部分：聲發(fā)射檢測》標準對球罐的焊接缺陷進行活性等級評價。檢測時可在球罐表面布置30 個傳感器，從而實現(xiàn)對加載過程中球罐的活性缺陷擴展情況進行有效監(jiān)測。檢測過程中的噪聲干擾均在可接受范圍內(nèi)。第一次加載試驗選定球罐的最高工作壓力為1.67 MPa，并以該壓力的1.1倍（即1.837 MPa）為最高試驗壓力進行2 個循環(huán)加載過程。具體參數(shù)加載情況如圖2 所示。

圖2 聲發(fā)射檢測加載過程載荷曲線

2.2 事件定位及匯總

聲發(fā)射檢測加載過程中球罐各階段情況如圖3～圖10 所示。

圖3 1.2 ～1.4 MPa升壓階段

圖4 1.4 MPa保壓階段

圖5 1.4～1.6 MPa升壓階段

圖6 1.6 MPa保壓階段

圖7 1.6～1.837 MPa升壓階段

圖8 1.837 MPa保壓階段

圖9 1.55～1.8 MPa升壓階段

圖10 1.8 MPa保壓階段

依據(jù)NB/T 47013.9—2012 標準，在2 次升壓和保壓過程中對容器進行聲發(fā)射檢測，并確定球罐內(nèi)部的聲發(fā)射源。經(jīng)使用單位管理人員確認，球罐日常使用壓力一般小于1.67 MPa，因此檢測時進行幾個壓力梯度的升壓過程，最終達到最高試驗壓力。在1.2～1.4 MPa 升壓階段和1.4～1.6 MPa 升壓階段中， 3號和10 號傳感器附近出現(xiàn)了少量的聲發(fā)射事件，然而這2 個壓力梯度的保壓階段則沒有出現(xiàn)聲發(fā)射事件。在1.55～1.8 MPa 升壓階段， 3 號和10 號傳感器附近又出現(xiàn)了2 次聲發(fā)射事件，但數(shù)量極少，按照NB/T 47013.9—2012 標準中第6.2 條表1 規(guī)定進行判別，這2 處聲發(fā)射源均為中活性。球罐材質(zhì)為16MnR，參照NB/T 47013.9—2012 標準第6.3 條表4規(guī)定，從各通道采集到的聲發(fā)射信號最大幅值均在60 dB 以下，判定聲發(fā)射源的強度等級為低強度。依據(jù)NB/T 47013.9—2012 標準第6.4 條中表5 規(guī)定，球罐上小環(huán)縫西側(cè)（3 號傳感器附近焊縫）的聲發(fā)射綜合等級判定為Ⅱ級，上大環(huán)縫南側(cè)（9 號傳感器至10號傳感器附近焊縫）的聲發(fā)射綜合等級判定為Ⅱ級。依據(jù)NB/T 47013.9—2012 標準中第7.2 條規(guī)定，可根據(jù)球罐的實際使用情況由檢驗人員確定是否采用其他無損檢測方法進行復(fù)驗。

3 結(jié)論

隨著我國石油化工行業(yè)迅速發(fā)展，液化石油氣球罐的需求量也呈現(xiàn)逐年上升趨勢。該類球罐定期檢驗，尤其是服役超過20 年以上的球罐檢驗時，應(yīng)該加強對其內(nèi)部缺陷的檢測。而聲發(fā)射檢測的主要目的就是根據(jù)聲發(fā)射源的部位，分析聲發(fā)射源的性質(zhì)。依據(jù)聲發(fā)射發(fā)生的時間或載荷，評定聲發(fā)射源的嚴重性。一般而言，超標聲發(fā)射源還要用其他無損檢測方法進行局部復(fù)檢，從而精確獲得缺陷的性質(zhì)與大小。由此可見，聲發(fā)射檢測技術(shù)在超期服役的球罐檢驗中的應(yīng)用將越來越廣泛。