陳慧媛

（青海大學 化工學院，西寧 810016）

0 引言

聲發(fā)射檢測技術作為一種新的無損檢驗方法，被廣泛應用于石油化工、電力、材料試驗、民用工程、航空航天、金屬加工等各個工業(yè)領域。將聲發(fā)射在線檢測技術引入化工容器檢測工作中來，可以在不對聲發(fā)射源部位進行常規(guī)無損檢測復驗的情況下，直接給出聲發(fā)射源的性質及危險程度，能有效避免人力、物力、財力的浪費，防止拆裝檢修過程中的人為差錯，大大提高化工容器檢測的安全系數(shù)和經(jīng)濟效益。[1]國外于20世紀60年代初就開始了此類研究上作，目前在石油化上、天然氣和核能等行業(yè)中得到廣泛應用；國內(nèi)聲發(fā)射檢測技術最近20年有了飛速的發(fā)展，在航空航天及巖石大壩等領域取得成功的應用和推廣，但在化工容器檢測領域還有待進一步研究和推廣。

1 聲發(fā)射檢測技術及化工容器在線檢測的優(yōu)點

聲發(fā)射是材料中局域源能量快速釋放而產(chǎn)生瞬態(tài)彈性波的現(xiàn)象，有時也稱為應力波發(fā)。聲發(fā)射源分為兩類，在應力作用下直接與變形和斷裂機制有關的彈性波發(fā)射源為通常意義上的聲發(fā)射源；流體泄漏、摩擦、撞擊、燃燒等與變形和斷裂機制無直接關系的彈性波發(fā)射源被稱為二次聲發(fā)射源。化工容器無損檢測一般應用二次聲發(fā)射源。

聲發(fā)射技術應用在化工容器在線檢測中主要優(yōu)點有：

1）對化工容器完整性無影響，不需拆卸，通過布置高靈敏度的傳感器在閥體外部，判定化工容器內(nèi)部是否泄漏；

2）檢測方便，不影響正常的生產(chǎn);結果直觀，可直接定量，測出化工容器泄漏量；

3）對被檢化工容器的接近要求不高，可用于難于或不能接近的環(huán)境下檢測，如高低溫、核輻射、易燃、易爆或毒性等環(huán)境；

4）保證設備安全運行，減少環(huán)境污染和降低檢維修成本。

2 聲發(fā)射檢測技術在化工容器檢測中的應用

聲發(fā)射檢測技術在我國化工容器檢測中已得到初步運用，主要運用在化工壓力容器管道和閥門泄漏在線檢測，在其他方面也有著廣闊的應用前景。本文以Z44Y-320型高壓截止閥泄露聲發(fā)射檢測實驗為例，簡要介紹聲發(fā)射技術在化工容器在線檢測中的應用。

2.1 檢測原理

高壓截止閥(Z44Y-320)是天然氣注氣間工藝管線的重要部件，其安全性直接影響整個注采系統(tǒng)。目前，常規(guī)檢驗方法是對高壓截止閥進行耐壓及密封性試驗，但對其整體安全性的評價做得較少?？衫寐暟l(fā)射技術對閥體做監(jiān)測與應力測定試驗。

當管道和閥門的嚴密性較差時，會有少量汽或水經(jīng)閥瓣和閥座之間的縫隙噴射而出，產(chǎn)生高速射流，由此產(chǎn)生的聲發(fā)射波是連續(xù)的，信號比較強烈，幅度大小與泄漏速率成正比。彈性波會沿著閥體傳播到材料的表面，引起可以用聲發(fā)射傳感器探測的表面位移，探測器由于壓電效應會將材料的機械振動轉化為電信號，然后被放大、處理和記錄。對記錄的聲發(fā)射信號進行分析和判斷，可以掌握閥門的泄漏情況。[2]聲發(fā)射檢測原理如圖1所示。

圖1 聲發(fā)射檢測原理圖

2.2 檢測系統(tǒng)

閥門泄漏聲發(fā)射檢測系統(tǒng)主要由傳感器、前置放大器、主放大器及濾波器等硬件系統(tǒng)，數(shù)據(jù)信號采集系統(tǒng)和存儲顯不分析系統(tǒng)組成，其結構簡圖如圖2所示。

圖2 聲發(fā)射在線檢測系統(tǒng)結構簡圖

目前在化工容器閥門泄露檢測中應用較廣的在線檢測系統(tǒng)為美國PAC公司生產(chǎn)的5120型閥門泄漏聲發(fā)射檢測系統(tǒng)，其結構如圖3所示。其中傳感器是根據(jù)壓電效應制成的，將彈性波轉換成電壓信號沿信號線傳輸?shù)綑z測儀。[3]噪聲信號的電壓一般很低，信號微弱，長距離傳輸，信噪比必然降低，在主傳感器后設置前置放大器，提高信噪比。主放大器為二級放大，主要為提高整個系統(tǒng)的動態(tài)范圍。在整個聲發(fā)射檢測過程，信號比較復雜，有機械噪聲和電噪聲等，設置濾波器可避免噪聲對閥門泄漏信號的影響，濾波器的工作頻率是根據(jù)環(huán)境噪聲及閥門泄漏噪聲的頻率特性來確定，通常中心頻率在40HZ左右。

圖3 5120型聲發(fā)射檢測系統(tǒng)

2.3 檢測過程與實例

2.3.1 實驗準備

1）利用兩個焊好盲板的帶頸法蘭及透鏡墊圈，密封截止閥兩側法蘭，連接盲板上的接管與液壓伺服疲勞試驗機液壓管，以做靜態(tài)液壓試驗及液壓疲勞試驗，試驗系統(tǒng)主要由注油泵、倍壓器、控制柜等組成。為了減少閥內(nèi)容積，保證液壓加載速度，在閥內(nèi)裝入一直徑為40 mm的圓鋼。

2）為了在靜壓試驗過程和液壓疲勞試驗過程中進行聲發(fā)射在線監(jiān)測，使用2通道聲發(fā)射檢測分析系統(tǒng)(5120, U SA)。

3）在閥門殼體上，選擇10個典型部位粘貼電阻應變片，以進行縱向與橫向的應變測量。采用YJD-17型動靜態(tài)應變儀與20點接線箱。

4）在閥門殼體上布置14個聲發(fā)射傳感器。為檢驗聲發(fā)射監(jiān)測系統(tǒng)的靈敏度，以及檢驗閥門的各個部位是否處于儀器系統(tǒng)所設置的線定位區(qū)域以內(nèi)，在開始疲勞試驗前，對儀器進行標定，在疲勞試驗過程中，每隔1小時重復這一步驟，以保證儀器監(jiān)測系統(tǒng)對閥門監(jiān)測的有效性。

2.3.2 實驗步驟

1）靜壓油壓試驗，壓力為0～35 MPa；

2）液壓疲勞至 5 432次后做靜壓油壓試驗，壓力為0～35MPa；

3）液壓疲勞至1萬次后做靜壓油壓試驗，壓力為0～38MPa；

4）應變測量，井推算出各測量點的相當應力，以評定閥門的安全性；

5）連續(xù)的聲發(fā)射監(jiān)測，以評定閥門材料中是否有明顯的活動性缺陷及閥門的完整性。

2.3.3 實驗結果與分析

表1 第10測試點的應變和應力值（MN/m2）

在試驗過程中，聲發(fā)射監(jiān)測系統(tǒng)沒有記錄到有效聲發(fā)射信號，儀器的參量同前，而且也沒有背景噪聲信號的干擾。試驗結果表明：在整個連續(xù)聲發(fā)射監(jiān)測過程中，未發(fā)現(xiàn)明顯的材料缺陷活動和由于微泄漏而產(chǎn)生的聲發(fā)射信號。最大的當量應力值為83.23 MN/m2，低于材料的許用當量應力值，可以認為閥門的完整性較好[4]。

3 結束語

閥門的在線檢測技術現(xiàn)在已逐步成為熱點。根據(jù)實踐，聲發(fā)射技術應用于閥門在線檢測中，可減少約25%的不必要浪費，彌補了常規(guī)無損檢測方法在閥門檢驗中的空白。然而，閥門聲發(fā)射檢驗標準現(xiàn)在還沒有出臺，受設備和檢驗經(jīng)驗等的影響，微量泄漏檢測靈敏度也需要提高。因此，還需要在實踐中總結經(jīng)驗，建立起強大的閥門泄漏聲發(fā)射檢測技術參數(shù)數(shù)據(jù)庫，以便該檢測方法的廣泛應用。

[1] 徐彥廷,劉富君,王亞東.大型立式儲罐綜合檢測技術[J].無損檢測,2007,29(8):482-485.

[2] 方學鋒.基于聲發(fā)射技術的閥門泄漏在線檢測方法[J].化工機械,2007,34(1):52-54.

[3] 徐彥廷,王亞東,劉富君,姚舜剛.聲發(fā)射技術在探測儲罐底板泄漏位置中的應用[J].無損檢測,2007,29(9):506-508.