崔云龍* 孫志鵬
(泰安市特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院)
某公司現(xiàn)有1 個(gè)1 000 m3球形儲(chǔ)罐在用,由于球罐屬于特種設(shè)備,根據(jù)TSG 21—2016《固定式壓力容器安全技術(shù)規(guī)程》,GB/T 30579—2014《承壓設(shè)備損傷模式識(shí)別》,GB 12337—2014《鋼制球形儲(chǔ)罐》中的相關(guān)規(guī)定,檢驗(yàn)人員對(duì)該球罐進(jìn)行安全狀況評(píng)定后,確定其檢驗(yàn)周期為3 年。由于該球罐在日常使用中起到供氣保壓的作用,若開(kāi)罐檢驗(yàn),企業(yè)就必須停產(chǎn),將會(huì)對(duì)使用單位造成巨大損失,影響生產(chǎn)進(jìn)度。經(jīng)與專家和技術(shù)人員協(xié)商研究后,于2019 年10月29 日首次利用聲發(fā)射技術(shù)對(duì)球罐進(jìn)行檢測(cè),檢測(cè)結(jié)果為合格。設(shè)備參數(shù)如表1 所示。
檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)對(duì)球罐聲發(fā)射檢驗(yàn)方案進(jìn)行了討論和論證,專家委員會(huì)針對(duì)檢驗(yàn)項(xiàng)目和球罐的失效模式進(jìn)行了系統(tǒng)性的調(diào)整,氧氣球罐具體失效模式如表2 所示。球罐外表應(yīng)進(jìn)行以下檢驗(yàn)項(xiàng)目:外表面宏觀檢查(可以發(fā)現(xiàn)表面裂紋、局部腐蝕、沖刷腐蝕、機(jī)械損傷等問(wèn)題)、厚度測(cè)定(用于檢測(cè)均勻腐蝕、局部腐蝕問(wèn)題)、磁粉檢測(cè)(用于檢測(cè)外表面及近表面缺陷)、滲透檢測(cè)(用于檢測(cè)支腿角焊縫開(kāi)口缺陷)、超聲波檢測(cè)(用于檢測(cè)金屬內(nèi)部缺陷,制造遺留缺陷及其擴(kuò)展情況等),必要時(shí)可增加射線探傷、聲發(fā)射檢測(cè)及硬度測(cè)試。從表2 可以看出,無(wú)損檢測(cè)在球罐檢驗(yàn)工作中的重要性,利用聲發(fā)射技術(shù)可以在不開(kāi)罐情況下,對(duì)罐體上的活性缺陷進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控,準(zhǔn)確定位缺陷位置,再利用相控陣和TOFD 進(jìn)行檢測(cè),最終確定缺陷性質(zhì)。
表1 受檢設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)
表2 損傷模式及具體部位
由于不開(kāi)罐檢測(cè),上述檢驗(yàn)項(xiàng)目只能對(duì)外表面進(jìn)行系統(tǒng)檢驗(yàn),無(wú)法確定其內(nèi)部的損傷缺陷,利用聲發(fā)射技術(shù)可以系統(tǒng)定位缺陷及確定活性源的事件和數(shù)量,最終確定損傷的具體部位和原因。首先根據(jù)球罐容積及內(nèi)徑確定探頭布置數(shù)量,1 000 m3球罐的直徑約為12.3 m,建議相鄰探頭間距小于4 m,布置6 圈,共32 個(gè)傳感器,探頭布置情況如圖1 所示。中十字光標(biāo)為赤道帶基準(zhǔn)點(diǎn),沿圓弧往上、下各間距2 m,即為8 號(hào)探頭和17 號(hào)探頭位置。這兩圈的直徑為36 m,每圈布置9 個(gè)探頭,相鄰兩探頭間距為4.1 m。從8號(hào)探頭沿圓弧向上量3.8 m,即為2 號(hào)探頭處,這圈探頭直徑為22.8 m,布置6 個(gè)探頭,相鄰兩探頭間距為3.8 m,26~31 號(hào)探頭按相同順序布置,上下頂點(diǎn)各布置一個(gè)探頭。這樣探頭之間形成三角形定位,傳感器頻率為150 kHz 。利用磁夾具將傳感器固定在球罐表面,球罐表面應(yīng)打磨光滑并涂抹耦合劑使探頭耦合良好,信號(hào)傳輸正常。
在檢驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)注意以下安全要求:材料的壁溫應(yīng)比材料的脆性轉(zhuǎn)變溫度高30 ℃;升壓過(guò)程中應(yīng)配備可靠的安全防護(hù)措施 ;對(duì)于易燃、易爆等危險(xiǎn)介質(zhì),應(yīng)避免安全閥開(kāi)啟導(dǎo)致危險(xiǎn)后果。首先由檢驗(yàn)人員在這臺(tái)球罐外壁搭設(shè)腳手架,并在球罐外表面均勻放置傳感器從而接收信號(hào)確保其覆蓋整個(gè)球罐,安裝傳感器的部位需先打磨至呈現(xiàn)金屬光澤再涂抹耦合劑,然后利用鐵磁夾具將傳感器固定牢固。其次進(jìn)行聲發(fā)射內(nèi)部系統(tǒng)測(cè)試和前期準(zhǔn)備,確定其靈敏度、周圍背景噪聲(主要目的消除周圍干擾確保球罐接收有用信號(hào))、定位校準(zhǔn),按NB/T 47013.9—2015 要求操作,所有要素合格后再進(jìn)行加壓測(cè)試。
加壓測(cè)試按照GB/T 18182—2012《金屬壓力容器聲發(fā)射檢測(cè)及結(jié)果評(píng)價(jià)方法》標(biāo)準(zhǔn)中的要求進(jìn)行;再通過(guò)幅值與時(shí)間的關(guān)系圖譜,建立球罐定位圖,最終進(jìn)行加壓測(cè)試,升壓前需將管道與球罐斷開(kāi)連接。將在役設(shè)備先升壓至工作壓力,保壓10 min 后,再升壓至工作壓力的1.1 倍,再保壓一定時(shí)間來(lái)確定球罐是否有活性缺陷。通過(guò)對(duì)缺陷的活性和強(qiáng)度進(jìn)行分析,從而確定缺陷的等級(jí),最終結(jié)合球罐損傷失效模式、參數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)分析及檢測(cè)結(jié)果,評(píng)定該球罐為未發(fā)現(xiàn)明顯的集中定位源區(qū)出現(xiàn)。大部分球罐外表面具有保溫層,打磨難度大、效率低,采用聲發(fā)射檢驗(yàn)只需對(duì)探頭附近進(jìn)行打磨,打磨比例符合檢測(cè)要求即可。
(1)聲發(fā)射檢測(cè)只能通過(guò)強(qiáng)度和活性結(jié)果定性、定量地確認(rèn)缺陷,而不能直觀分析出缺陷對(duì)球罐的危害程度,只能對(duì)有擴(kuò)展現(xiàn)象的缺陷進(jìn)行分析。因此,對(duì)于投用年限較長(zhǎng)的球罐,經(jīng)聲發(fā)射技術(shù)檢測(cè)出缺陷后,還要進(jìn)一步結(jié)合其他檢驗(yàn)手段確認(rèn)缺陷性質(zhì),采用聲發(fā)射技術(shù)檢測(cè)使用年限較短的球罐更為準(zhǔn)確。
(2)聲發(fā)射技術(shù)在檢驗(yàn)中存在的主要優(yōu)勢(shì)是可靠性高,由于聲發(fā)射傳感器能接收到非常微弱的信號(hào),同時(shí)排除很多環(huán)境噪聲,因此聲發(fā)射檢測(cè)比開(kāi)罐檢驗(yàn)更快排除故障,且無(wú)需開(kāi)罐。由于聲發(fā)射檢驗(yàn)只需在罐體外部放置傳感器即可進(jìn)行檢驗(yàn),因此檢驗(yàn)時(shí)間僅需1~2 d,且企業(yè)無(wú)需停產(chǎn),不會(huì)造成能源、材料浪費(fèi),安全性更高。