柴油加氫裝置的在線聲發射檢測與評定

摘 要：通過對柴油加氫裝置中選定的有代表性的塔、罐類型的容器同時進行在線聲發射檢測，將聲發射檢測、無損檢測復驗與外部檢驗的結果進行綜合分析，確定該裝置能否繼續安全使用至下一檢驗周期。探索石化設備長周期運行中在線檢驗的方法，并與下一次全面檢驗結果相比對，證明了聲發射方法檢測到的有效定位源與容器中存在的活性缺陷有較好的一一對應關系，總結出高溫承壓狀態下溫度和波導桿對聲發射信號的影響和內表面腐蝕缺陷所產生聲發射信號的判別。
關鍵詞聲發射（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
0 前言
柴油加氫裝置是石油化工行業中最常見的基本生產裝置之一，它是由大量長期在高溫承壓狀態下運行的壓力容器和壓力管道等設備組成。為保證其安全可靠地運行，按照《容規》和石化行業的有關管理規定，應定期停車進行檢驗檢測和維修。但隨著石化裝置運行周期的逐漸延長，在第二個檢修周期尚未來臨時，裝置中的許多壓力容器和壓力管道就已達到了檢驗周期，運行風險大大增加。
聲發射在線檢測可以在壓力容器的工作狀態下，通過改變裝置的生產操作工藝參數，使之滿足"Kaiser效應"，使裝置中壓力容器的活性缺陷可以產生聲發射信號，利用聲發射儀采集信號，進行在線檢驗，可以快速找尋出存在的活性缺陷，針對這些活性缺陷進行復驗和評定，從而決定能否延長這些壓力容器的檢驗周期。
1 概述
某煉油廠一套柴油加氫裝置，共有24臺壓力容器已到檢驗周期，因無法交出進行全面檢驗而申請采取外部檢驗+聲發射技術進行在線檢測，管理部門依據檢測結果來決定該24壓力容器能否延期檢驗。在該裝置到期壓力容器中，根據制造質量、操作參數、安全等級、事故危害程度等方面選出4臺壓力容器進行聲發射在線檢測，它們是硫化氫汽提塔C201、低壓氣體脫硫塔C203、汽提塔頂回流罐D201、酸性氣分液罐D204，具體參數見表1，而對其余壓力容器僅進行年度檢驗。
2 檢測儀器及參數
本次檢測使用的儀器為德國Vallen公司制造的AMSY-5型32通道聲發射檢測儀2臺，傳感器型號為RIC15R(帶旁通電路自標定)，共振頻率150KHz，檢測門檻值為45dB，增益40dB，濾波器帶寬為100-300 KHz，傳感器平均靈敏度為81dB，全波形采集和參數采集，定位方式為柱面定位。對硫化氫汽提塔C201加裝波導桿進行信號傳輸。
3 檢測方案
采用二次加載的方法，使檢測數據更充分，結果更可靠。加載前對所有通道進行自標定，得到良好的一一定位結果后開始進行升壓加載。加載結束后，再次對所有通道進行自標定。
經與裝置的工藝生產方進行商討，確定在檢測前一個多月開始降壓操作，將系統操作壓力調整至正常工藝操作壓力的90%左右，穩定操作一個月后進行聲發射檢測，檢測時系統的最高加載壓力值限定為1.1倍的正常工藝操作壓力。檢測時的加載程序見圖1。
表1 四臺容器具體參數
容器名稱 硫化氫汽提塔 低壓氣體脫硫塔 汽提塔頂回流罐 酸性氣分液罐
設計壓力 0.98 MPa 0.88 MPa 0.83MPa 0.88MPa
設計溫度 350℃ 80℃ 80℃ 80℃
規格 Ф2400×26573×(20+3) Ф1200×26409×12 Ф2400×7308×16 Ф1000×4433×8
材質 321+20R 20R 20R 20R
容積 76 m3 23.6 m3 32 m3 2.66 m3
操作壓力 0.8 MPa 0.70 MPa 0.65 MPa 0.70 MPa
介質 柴油、水、H2S C1-C4、水、H2S 粗柴油、C1～C4、H2S C1～C4、H2S
壁溫 280℃ 常溫 40℃ 40℃
4檢測結果及信號分析
本次檢測是在該裝置使用過程中，用介質加壓進行聲發射整體檢測。從系統壓力分別為0.59-0.72MPa開始對被檢4臺容器進行聲發射數據采集，共進行二次加壓和二次保壓過程。在加壓和保壓過程中，硫化氫汽提塔未出現有效聲發射定位源信號。低壓氣體脫硫塔出現有效聲發射定位源信號S1（強活性、中強度），S2（弱活性、中強度），S3（弱活性、中強度），S4（非活性、中強度），S5（非活性、中強度），S6（非活性、中強度），S7（非活性、中強度），見圖2-4。汽提塔頂回流罐出現有效聲發射定位源信號S1（非活性、中強度），見圖5。酸性氣分液罐出現有效聲發射定位源信號S1（強活性、中強度），S2（活性、中強度），S3（活性、中強度），見圖6-9。
根據《金屬壓力容器聲發射檢測及結果評價方法》(GB/T18182-2000)，檢測結果見表2：
表2 檢測結果
容器名稱 有效定位源 源的活度 源的強度 綜合等級 常規無損檢測復驗
低壓氣體脫硫塔 S1 強活性 中強度 經現場確認該處為貧胺溶液入口，角焊縫外表面無裂紋，判斷為介質注入容器所產生的信號
S2 弱活性 中強度 C級 經UT復驗，焊縫中有一深7mm,高2mm，長5mm的缺陷
S3 弱活性 中強度 C級 經UT復驗，焊縫中有一深4mm,高3mm，長4mm的缺陷
S4 非活性 中強度 A級 不需進行
S5 非活性 中強度 A級 不需進行
S6 非活性 中強度 A級 不需進行
S7 非活性 中強度 A級 不需進行
汽提塔頂回流罐 S1 非活性 中強度 A級 不需進行
酸性氣分液罐 S1 強活性 中強度 經現場確認該處為酸性氣入口，角焊縫外表面無裂紋，判斷為介質注入容器所產生的信號
S2 活性 中強度 D級 經UT、MT復驗，未發現外表面和埋藏缺陷，比對圖紙，疑為內件碰撞磨擦內壁所產生的信號
S3 活性 中強度 經現場確認該處為酸性氣出口，角焊縫外表面無裂紋，判斷為介質輸出容器所產生的信號
根據聲發射檢測結果，在有代表性的關鍵設備上未發現存在危害的活性缺陷。該24臺壓力容器可以延期檢驗。
5 聲發射檢測與全面檢驗結果的比較
次年1月，該裝置停車進行全面檢驗，針對該4臺進行聲發射檢測的容器中出現有效定位源信號的部位和硫化氫汽提塔，檢驗單位重新進行復驗檢測，比對結果見下表：
容器名稱 聲發射檢測結果 全面檢驗結果
硫化氫汽提塔 無有效定位源 H1環焊縫基層處有一長5mm的條渣，H5環焊縫基層處有一長6mm的條渣，H2環焊縫內表面有一長8mm深1mm的環向裂紋
低壓氣體脫硫塔 S1 角焊縫內表面無裂紋
S2 焊縫中有一長4mm的條渣
S3 焊縫中有一長4mm的條渣
S4 內表面有一4×5mm深2mm的蝕坑，表面有垢層
S5 內表面有一4×6mm深2mm的蝕坑，表面有垢層
S6 內表面有一3×3mm深1.5mm的蝕坑，表面有垢層
S7 內表面有多個Φ2-3mm深1.5mm的蝕坑，表面有垢層
汽提塔頂回流罐 S1 筒體母材內部及內表面無缺陷
酸性氣分液罐 S1 角焊縫內表面無裂紋
S2 筒體母材內部及內表面無缺陷，有金屬絲網碰擦內壁面痕跡
S3 角焊縫內表面無裂紋
無有效定位源 底部內表面有多個Φ1.5-2mm深約0.5-1.0mm的蝕坑
6 結論
1． 聲發射檢測技術可以應用于承壓設備的在線監測，檢測到的聲發射有效定位源與容器中存在的活性缺陷有較好的一一對應關系。是一種安全、可靠、實用的方法。
2． 應用聲發射檢測技術可以在不停車、不清罐的情況下對在用容器進行檢驗，具有檢測速度快、缺陷定位準、檢驗費用省等優點，符合石化設備長周期運行的需要。
3． 高溫承壓狀態下，聲發射信號的傳播速度和波形都有一定的改變。
4． 使用波導桿后，聲發射信號有一定的歧變，信號的幅值有一定的減少，采集到的聲發射信號的分布較為彌散，活性缺陷所產生的聲發射信號不能形成明顯的有效定位源。
5． 較小的腐蝕缺陷不能產生有效定位源信號。
殘余應力釋放、振動、蝕坑表面垢層的剝落、內件碰撞磨擦、介質改變流動狀況等均會產生大量聲發射噪聲信號，可通過門檻值的設定進行濾除，通過波形分析進行判別。