劉 兵，季華建，周 揚(yáng)，趙 亮

1.新疆質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督審核評(píng)價(jià)中心，新疆 塔城 830002 2.獨(dú)山子石化公司研究院，新疆 克拉瑪依 833600

1 球罐的基本情況

該容器1995年8月投用，2006年6月檢驗(yàn)時(shí)，磁粉檢測發(fā)現(xiàn)多處表面裂紋，打磨深度不到1mm后裂紋消除，綜合評(píng)級(jí)定為2級(jí)。2009年對(duì)該容器進(jìn)行了聲發(fā)射檢測及全面檢驗(yàn)。

表1 1000m3球罐基本技術(shù)參數(shù)

2 聲發(fā)射檢測

2.1 基本原理[1]

材料受外力或內(nèi)力作用會(huì)產(chǎn)生變形或斷裂，并以彈性波形式釋放出應(yīng)變能的現(xiàn)象，稱為聲發(fā)射（Acoustic Emission，簡稱AE）。用儀器檢測、記錄、分析聲發(fā)射信號(hào)并利用聲發(fā)射信號(hào)推斷聲發(fā)射源的方法就是聲發(fā)射檢測技術(shù)。材料在應(yīng)力作用下產(chǎn)生塑性變形、裂紋萌生與擴(kuò)展、夾雜物的斷裂和脫開等，是結(jié)構(gòu)失效的重要機(jī)制，也是典型的聲發(fā)射源。利用聲發(fā)射技術(shù)對(duì)壓力容器進(jìn)行檢測時(shí)，通過對(duì)壓力容器加壓，使壓力容器內(nèi)存在的活性缺陷受力活動(dòng)，產(chǎn)生聲發(fā)射信號(hào)，然后參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)檢測到的聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行評(píng)價(jià),并對(duì)聲發(fā)射源的級(jí)別進(jìn)行評(píng)定。

2.2 特點(diǎn)[1]

聲發(fā)射技術(shù)是根據(jù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部發(fā)出的應(yīng)力波來判斷內(nèi)部損傷程度的一種新型動(dòng)態(tài)無損檢測方法。它可以在構(gòu)件或材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、缺陷或潛在缺陷處于運(yùn)動(dòng)變化的過程中進(jìn)行檢測。聲發(fā)射檢測已應(yīng)用于航空、航天、石油、化工、鐵路、汽車、建筑和電力等許多領(lǐng)域，是一種重要的無損檢測技術(shù)，與常規(guī)無損檢測技術(shù)相比有兩個(gè)基本特點(diǎn)：一是對(duì)動(dòng)態(tài)缺陷敏感，在缺陷萌生和擴(kuò)展過程中能實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)；二是聲發(fā)射波來自缺陷本身而不是外部，從而會(huì)得到更多的缺陷信息。

2.3 聲發(fā)射檢測儀及參數(shù)設(shè)置：

本次檢測使用美國 PAC生產(chǎn)的SAMOS多通道全數(shù)字化聲發(fā)射檢測分析儀。儀器采用AE源定位檢測分析軟件，傳感器為DP-15I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100kHz～400kHz，耦合劑為2#真空脂。

2.4 傳感器布置

傳感器的布置在聲發(fā)射檢測過程中非常重要，傳感器的布置直接影響聲發(fā)射檢測的信號(hào)采集。對(duì)于該容器，為保證足夠的定位精度和小信號(hào)的檢出率，確定所需傳感器的個(gè)數(shù)為36個(gè)。傳感器靠近焊縫擺放，為了方便計(jì)算缺陷的位置，通常把傳感器布置為三角形。本次對(duì)該球罐檢測采用任意三角形進(jìn)行定位。傳感器定位如圖1、2所示。傳感器分7層分布，每層間距為3294mm，最大間距為4279mm。

圖1 傳感器分布正視圖

圖2 傳感器分布背面圖

2.5 加載[2]

在球罐的聲發(fā)射檢測時(shí)，需要對(duì)球罐進(jìn)行加載。本次檢測擬采用液壓加載的方式，水壓試驗(yàn)的試驗(yàn)壓力是根據(jù)TSG R7001-2004《壓力容器定期檢驗(yàn)規(guī)則》中第四章《耐壓試驗(yàn)》來決定的：

式中：PT-試驗(yàn)壓力（MPa）；

P-操作壓力（MPa）；

[σ]-容器元件材料在試驗(yàn)溫度下的許用應(yīng)力，MPa；

[σ]T-容器元件材料在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力，MPa；

在起始?jí)毫?.25MPa開始對(duì)球罐進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，共進(jìn)行了2個(gè)加壓循環(huán)。第一次加載自1.25MPa-1.56MPa，在試驗(yàn)壓力1.56MPa載荷下保壓30min后卸載至1.25MPa，然后繼續(xù)加載至1.51MPa（第一次試驗(yàn)壓力的97%）[3]，在1.51MPa載荷下保壓10min后卸載。加載過程如圖3所示：

圖3 加載程序圖

2.6 檢驗(yàn)結(jié)果

2.6.1 聲發(fā)射檢測結(jié)果分析

聲發(fā)射檢測過程中，對(duì)加載、保載及卸載階段的測量數(shù)據(jù)分段記錄，在兩次加載循環(huán)(對(duì)應(yīng)升(降)壓過程)中，各區(qū)域聲發(fā)射源的活度、強(qiáng)度[3]呈降低趨勢，第二次加載過程中產(chǎn)生的聲發(fā)射信號(hào)量明顯少于第一次加載過程。在整個(gè)監(jiān)測過程中得到1個(gè)有效的聲發(fā)射定位源信號(hào)A（以下簡稱源A），如圖3、圖4所示。并根據(jù)GB/T18182—2000《金屬壓力容器聲發(fā)射檢測及結(jié)果評(píng)價(jià)方法》第8節(jié)《檢測結(jié)果評(píng)價(jià)》[3]對(duì)加壓過程中源B的活度、強(qiáng)度以及綜合等級(jí)進(jìn)行了評(píng)定，對(duì)這個(gè)聲發(fā)射源綜合等級(jí)評(píng)價(jià)為C級(jí)，如表2所示：表中“○”代表有信號(hào)，“X”代表無信號(hào)。

圖4 第一次保壓（1.56MPa） 聲發(fā)射源定位圖正面

表2 信號(hào)源綜合等級(jí)評(píng)價(jià)[3]

2.6.2 常規(guī)無損檢測結(jié)果

聲發(fā)射檢測結(jié)束后，又對(duì)聲發(fā)射檢測發(fā)現(xiàn)的源A分別進(jìn)行了表面熒光磁粉檢測未發(fā)現(xiàn)異常，隨后對(duì)該源A部位進(jìn)行了射線檢測和超聲波檢測，檢測結(jié)果如下：射線檢測發(fā)現(xiàn)該源部位存在一處Ⅲ級(jí)條形缺陷；超聲波檢測該缺陷深度為15.00mm，長度為9.0mm。

綜合以上的檢測結(jié)果，對(duì)源A進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)，決定對(duì)源A部位不進(jìn)行返修，缺陷保留。

3 結(jié)論

1）利用聲發(fā)射對(duì)1000m3液態(tài)烴球罐的上半部分進(jìn)行了檢測，該容器在最高試驗(yàn)壓力1.56MPa下未出現(xiàn)超標(biāo)活性缺陷；并將檢測結(jié)果與常規(guī)射線檢測和超聲波檢測結(jié)果進(jìn)行了比較,結(jié)果具有較好的符合性；

2）作為一項(xiàng)新的無損檢測技術(shù)，它最能直接反映材料內(nèi)部缺陷，一方面及時(shí)排除了大量帶缺陷運(yùn)行的壓力容器的爆炸隱患，降低了惡性事故的發(fā)生，確保了這些壓力容器的安全運(yùn)行，取得了重大的社會(huì)效益；另一方面，聲發(fā)射檢測大大縮短了壓力容器的檢驗(yàn)周期，并減少了盲目返修和報(bào)廢壓力容器所帶來的損失，為廣大壓力容器用戶帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]費(fèi)宏偉，岳亞霖.1000m3液化氣球罐的聲發(fā)射檢測[J].壓力容器，2005，22(5)：56-58.

[2]TSG R7001-2004，壓力容器定期檢驗(yàn)規(guī)則[S].

[3]GB/T 18182-2000，金屬壓力容器聲發(fā)射檢測及結(jié)果評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[S].