一臺8000m3球罐的聲發(fā)射檢驗

摘 要：將兩臺德國Vallen公司AMSY-5型36通道聲發(fā)射檢測系統(tǒng)并聯(lián)，對8000m3球罐進行了聲發(fā)射檢測，為目前國內(nèi)最大10000m3球罐采用聲發(fā)射檢測技術(shù)上奠定了基礎(chǔ)。
??? 關(guān)鍵字：8000m3球罐；聲發(fā)射檢驗；聲發(fā)射（AE）；無損檢測；評定 超聲波液位計 超聲波物位計 超聲波清洗機 超聲波測厚儀 洗片機
1 基本情況
某化肥廠一臺8250m3液氨球罐1975年由法國TISSOT公司設(shè)計和提供球片、零部件、焊條，1977年江蘇省設(shè)備安裝公司安裝，1978年2月投用，基本參數(shù)見表1。
?????????????????????? 表1 基本技術(shù)參數(shù)
設(shè)備名稱 設(shè)計壓力 設(shè)計溫度 工作介質(zhì) 主體材質(zhì) 公稱容積 公稱壁厚
8000m3液氨球罐 0.405MPa -10～4℃ 液氨 A52P1 8250m3 15.7/17.5/20.5/
24.7/21.5/21.5mm
??? 安裝時100%射線探傷，共拍4111張片，一次返修407張，二次返修54張，三次返修3張，探傷驗收標(biāo)準(zhǔn)ASMEVIII第一篇UW-51和UA-65。1978年2月投用。1980年8月首次檢驗，88年5月本所第二次檢驗，97年4月由金陵石化公司壓力容器檢驗中心站化肥分站第三次檢驗定為1級。第一次檢驗，發(fā)現(xiàn)罐壁輕度腐蝕，在下環(huán)縫（CD縫）下赤帶側(cè)，距第12#縱縫30mm處，發(fā)現(xiàn)一長12mm裂紋（焊接返修處），打磨0.2mm后消除，第二次檢驗時在下赤帶第6#縱縫自CD環(huán)縫向下1710mm有一長約8mm橫向裂紋，在上赤帶第1#縱縫自CB環(huán)縫向下3970mm有一縱向裂紋經(jīng)打磨消除（低于母材1mm）超探未發(fā)現(xiàn)現(xiàn)III區(qū)缺陷。第三次發(fā)現(xiàn)下溫帶22＃縫有裂紋長度分別為27，16，5mm（焊縫熱影響區(qū)縱向裂紋），打磨消除（低于母材1mm）[1]。
??? 2 檢驗背景
??? 鑒于該臺球罐體積龐大，外壁還有巖棉保溫，常規(guī)檢驗需要倒空置換、搭設(shè)內(nèi)外腳手架、拆除外部保溫，檢驗完畢后恢復(fù)原狀，做耐壓試驗、氣密試驗合格后方可投用，整個過程不僅需要耗費大量人力物力和維修費用，全過程檢修時間更是長達半年之久，用戶正是由于無法安排如此之長的裝置停產(chǎn)檢修時間，檢驗周期到期后一直拖延至今。本次檢驗用戶希望能將全程時間盡量控制在三個月之內(nèi)。
??? 3 檢驗方案
??? 3.1 球罐主要材質(zhì)分析
??? 由于球罐主要材質(zhì)為法國鋼板A52P1，查法國鋼板標(biāo)準(zhǔn)NFA36-205，該鋼板化學(xué)成分見表2，與國內(nèi)16MnR鋼成分比較，A52P1鋼中含Ni≤0.6%，16MnR中含Si在0.2~0.55%之間，其它元素基本一致，而Si與Ni兩種元素在低合金鋼中均有固溶強化和提高淬透性作用。力學(xué)性能方面兩種鋼材除屈服點和伸長率有微小差異外其他基本相同（見表3），因此聲發(fā)射檢測數(shù)據(jù)可以參照16MnR經(jīng)驗數(shù)據(jù)判斷，如出現(xiàn)疑問可以通過實驗提供更為準(zhǔn)確的依據(jù)。
???????????????????????? 表2 化 學(xué) 成 分
鋼號 化學(xué)成分（質(zhì)量分數(shù)），%
C Si Mn Ni V Cr P S
A52P1 ≤0.2 0.9～1.6 ≤0.6 ≤0.5 ≤0.5
?????????????????????? 表3 力 學(xué) 性 能
鋼號 交貨
狀態(tài) 鋼板厚度mm 拉伸強度 沖擊試驗 冷彎試驗
抗拉強度
b
MPa 屈服點
S
MPa 伸長率 5
% 溫度℃ V形沖擊功
AKV B=2a
180°
不小于 不小于
A52P1 正火 17～21 ≥510 355 22
??? 3.2檢驗方案
??? 綜合考慮該臺球罐的制造安裝狀況及歷史檢驗情況，同時盡量縮短檢修時間，我們初步擬定了檢驗方案。在倒空物料進行清洗置換的同時在外部搭設(shè)腳手架，僅拆除局部少量外壁保溫布置聲發(fā)射探頭，在做水壓試驗的同時進行聲發(fā)射監(jiān)測，視檢測情況確定重點檢查部位常規(guī)無損檢測復(fù)驗。如果集中在上半部考慮采用水浮法（扎竹筏控制液位高低來接近檢測部位），下半部則可考慮搭設(shè)少量腳手架。
?? 4 聲發(fā)射檢測
??? 4.1 聲發(fā)射檢測儀器及相關(guān)參數(shù)
??? 檢測中使用了兩臺德國Vallen公司AMSY-5型36通道聲發(fā)射檢測系統(tǒng)并聯(lián)，由其中一臺主機控制，如圖2所示。主要參數(shù)：背景噪聲<45dB；門檻值：50dB；模擬源：HBφ0.5mm鉛芯折斷信號；傳感器：傳感器為VS150-RIC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，放大器增益為34dB，帶通頻率為100-300kHz,定位方式為球面定位，全波形采集和參數(shù)采集，傳感器平均靈敏度為90dB。
??? 4.2 傳感器布置
??? 這正是本次檢測最大難點所在，由于我們檢驗的球罐容積達到8250m3，是目前我國有記載采用聲發(fā)射檢測的最大球罐，原先我們考慮控制最大傳感器間距不超過5m，但經(jīng)過測算除上下人孔各布置一個傳感器外最少需要7層共計100個傳感器，需要三臺AMSY-5型36通道聲發(fā)射檢測系統(tǒng)，難度相當(dāng)大。因此我們預(yù)先在球罐罐壁采用鉛芯模擬源實際測了距離-衰減曲線，數(shù)據(jù)見表4。據(jù)此我們只需將最大傳感器間距控制在6.5m以內(nèi)就可以了，最終確定的傳感器布置如圖所示，上下人孔各布置一個傳感器，中間共布置6層，最大垂直間距為5.63m；赤道帶上下各布一層，每層16個傳感器，最大橫向間距為4.8m；上下溫帶各布置兩層，分別為一層10個傳感器，最大橫向間距為6.16m和一層8個傳感器，最大橫向間距為4.27m，共計70通道。
表4 距離-衰減數(shù)值表
距 離（m） 0．1 0．5 1 2 4 6 6.5
信號幅值（dB） 94 90 88 85 74 64 60
??? 4.3 加壓過程
??? 由于該球罐上次水壓至今已超過10年，本次檢驗我們擬采取液壓加載方式，但該罐盛滿水后總重超過8700t,水壓試驗難度相當(dāng)大。我們仔細查閱了該球罐當(dāng)年的安裝資料，對該球罐基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)有了充分了解，同時對該球罐16根支柱實際不垂直度及多年使用后不均勻沉降程度進行現(xiàn)場測量[2]，確認該球罐能夠承受液壓試驗的液體重量。通過查閱該罐近年來運行記錄得知操作壓力均控制在0.3MPa以下，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)[3]及現(xiàn)場實際條件確定最高試驗壓力為0.405MPa，加載過程力求平穩(wěn)，同時在充水過程中對基礎(chǔ)的沉降進行實測記錄，一旦發(fā)現(xiàn)不正常的較大沉降量就立即停止充液。圖示為實際加載曲線，采用二次加載方式，希望獲得更多有價值的信號。
??? 4.4 檢測結(jié)果及分析
??? 本次聲發(fā)射檢測是球罐在用清潔水加壓過程中，進行聲發(fā)射整體監(jiān)測。壓力從0.3MPa開始對被檢球罐進行聲發(fā)射數(shù)據(jù)采集，共進行兩個加壓循環(huán)。在兩個循環(huán)加壓和保壓過程中均未出現(xiàn)有效聲發(fā)射定位源信號。僅在第4、7、37通道出現(xiàn)一定數(shù)量的聲信號，典型信號波形等如圖5所示，采用關(guān)聯(lián)圖分析信號特征，上升時間、持續(xù)時間較短（1～20us）,能量在（100～800）之間，信號幅值集中在70～85（如圖6所示），再仔細核查數(shù)據(jù)表，相同通道收到的聲信號具備較多類似特征（如圖7所示），綜合上述情況，結(jié)合壓力容器檢測中不同源產(chǎn)生聲信號的主要特性和參數(shù)范圍[4][5]，我們分析以上信號應(yīng)為噪聲信號中的電子噪音，因此該球罐聲發(fā)射檢測未發(fā)現(xiàn)危害性缺陷。
??? 4.5 常規(guī)無損檢測復(fù)驗
??? 出于慎重起見，我們在球罐底部搭設(shè)了兩層腳手架，對歷年來檢驗中曾發(fā)現(xiàn)裂紋等缺陷部位，主要是下極板環(huán)縫及拼縫、下溫帶縱環(huán)縫內(nèi)表面進行了熒光磁粉檢測，對焊縫內(nèi)是否存在埋藏缺陷進行了超聲波探傷，均未發(fā)現(xiàn)危害性缺陷，驗證了聲發(fā)射檢測結(jié)果的正確性。
??? 5 結(jié)論
??? 1）由于材料性能對聲發(fā)射信號特征及傳播特性有較大影響，目前國內(nèi)16MnR材料用得較多且積累了較成熟的實踐經(jīng)驗，國家標(biāo)準(zhǔn)聲發(fā)射源強度部分也是據(jù)此確定的，因此當(dāng)壓力容器主體材料非16MnR鋼時應(yīng)慎重對待，缺乏實踐經(jīng)驗時需要通過實驗方法確定。
??? 2）大型球罐投用時間較長，采用聲發(fā)射檢測時加載方式應(yīng)充分考慮基礎(chǔ)承受能力，充液過程中應(yīng)對基礎(chǔ)的沉降進行實測記錄，一旦發(fā)現(xiàn)不正常的較大沉降量就立即停止充液，充氣加載則應(yīng)在檢測前制定詳細的安全措施，確保聲發(fā)射檢驗加載過程安全。
??? 3）本次檢驗通過兩臺德國Vallen公司AMSY-5型36通道聲發(fā)射檢測系統(tǒng)并聯(lián)，由其中一臺主機控制的方式完成了對8000m3球罐的檢測，為目前國內(nèi)最大10000m3球罐采用聲發(fā)射檢測技術(shù)上奠定了基礎(chǔ)。