1000m3液化氣球罐聲發射檢測

摘 要：對1000m3液化氣球罐進行聲發射檢測，采用整體監測與局部監測兩種方法，通過降低門檻值，提高檢測靈敏度，共發現有效聲發射源23處，復驗其中21處存在裂紋缺陷。
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
壓力容器廣泛應用于各行各業，一旦發生泄漏或斷裂將有可能引發火災、爆炸及中毒事故，使生產和經濟遭受嚴重破壞，生命和財產蒙受重大損失。另一方面，為了增加企業的核心競爭力，承壓設備必須長周期運行，并且維護和檢驗成本必須最小化。
聲發射檢測可以在壓力容器的工作狀態下，通過改變壓力容器的工藝操作參數，使壓力容器存在的活性缺陷產生聲發射信號，利用聲發射儀采集信號，可以快速找出聲發射源的位置，針對這些聲發射源進行復驗和評定，從而達到縮短檢修周期、降低成本的目的。
本文對1000m3液化氣球罐進行聲發射檢測，采用整體監測與局部監測相結合的方法，發現有效聲發射源23處，復驗其中21處存在裂紋缺陷。
1 球罐概況
石化股份有限公司貯運廠一臺液化石油氣球罐，位號為G909；設計壓力：1.8MPa；設計溫度：-10－50℃；最高操作壓力為1.6MPa；操作溫度：常溫；直徑： 12410mm；容積：1000m3；介質：液化石油氣；主體材質：SPV50Q；公稱壁厚：34mm。該球罐由日本CBI株式會社設計制造，由三化建現場組焊，1987年11月投用，2001年4月檢驗過程中，發現對接焊縫熔合線內表面存在大量裂紋，進行了消氫處理、補焊返修、整體消應力處理，水壓試驗合格后一直沿用至今。
2 檢測方案
本次檢測采用北京聲華科技有限公司SWAES－35型和SWAES－50型多通道全數字化聲發射檢測分析儀2臺，采用WAE2002源定位檢測分析軟件，傳感器為SR150型（帶前置放大器，可自激發標定）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20-120kHz。
采用SWAES－50型聲發射儀的46個通道數對球罐進行整體監測，采用球面定位；采用SWAES－35型聲發射儀的32個通道數對球罐上下大環縫進行監測，采用線性定位。
整體監測：總共46個探頭（共五層，第一、四層6個，第二、五層10個，第三層12個，球罐頂部、底部中心各布置一個（避開人孔）），排列成三角型陣列，探頭在容器上的具體部位如圖1所示。
局部監測：總共32個探頭（共兩層，分布在上下大環縫周圍，排列成圓周型，探頭在容器上的具體部位如圖2所示。
聲發射檢測的壓力試驗程序采用兩次加壓循環過程，采用充潔凈水升壓的方式，按照GB/T18182-2000的要求，并結合球罐現場的實際情況進行。

3 加載程序
檢測前，對現場噪聲進行測量，信號＜52dB；衰減測量情況較16MnR材料大，為了保證檢測精度，故將門檻值設置為40 dB。
對整體監測44個有代表性的三角形定位陣列進行定位校準和對局部監測32個有代表性的線性定位陣列進行定位校準，均得到良好的一一定位結果。
采用兩次加壓、保壓程序。
4 檢測數據分析
本次檢測數據分析，主要采用常用的參數分析的方法。但由于門檻值設置較低，有效聲源信號和噪聲信號混雜出現，所以通過以下方式將其區分：
(1) 波形判斷，區分突發信號、連續信號以及傳感器自激信號。本次檢測主要是檢測球罐裂紋缺陷，主要是突發信號；
(2) 未開始升壓前及兩次降壓過程的信號識別。如果一個信號源在整個檢測過程中頻繁出現，包括未開始升壓前或兩次降壓過程中，則該信號不一定是缺陷產生的信號。應重點檢查該部位在球罐上的位置，分析是否因振動、腳手架碰撞磨擦、介質進出流動、傳感器自激產生的噪聲信號；
(3) 對于焊縫附近及應力集中區域，即使只出現在一次升壓階段，屬于非活性，也將其認為是有效聲發射源；
5 檢測結果與評價
該球罐在進行在線整體監測過程中罐體發現18處有效聲發射定位源，如表1所示；局部監測過程中罐體發現12處有效聲發射定位源，如表2所示。
表1 整體監測聲發射源綜合等級
聲源序號 升壓1 保壓1 升壓2 保壓2 活度? 強度 綜合等級
S1?????? ×???? Ο???? ×???? ×? 非活性 高強度? B
S2?????? Ο???? Ο???? ×???? ×? 弱活性 高強度? D
S3?????? Ο???? Ο???? ×???? ×? 弱活性 高強度? D
S4?????? Ο???? Ο???? ×???? ×? 弱活性 高強度? D
S5?????? Ο???? Ο???? ×???? Ο? 活性?? 高強度? E
S6?????? Ο???? ×???? ×???? ×? 非活性 高強度? B
S7?????? Ο???? ×???? ×???? ×? 非活性 高強度? B
S8?????? Ο???? ×???? ×???? ×? 非活性 高強度? B
S9?????? Ο???? ×???? ×???? ×? 非活性 高強度? B
S10????? Ο???? ×???? ×???? ×? 非活性 高強度? B
S11????? Ο???? ×???? ×???? ×? 非活性 高強度? B
S12????? Ο???? ×???? ×???? ×? 非活性 高強度? B
S13????? Ο???? ×???? ×???? ×? 非活性 高強度? B
S14????? Ο???? ×???? ×???? ×? 非活性 高強度? B
S16????? Ο???? ×???? ×???? ×? 非活性 高強度? B
S16????? Ο???? ×???? ×???? ×? 非活性 高強度? B
S17????? Ο???? ×???? ×???? Ο? 弱活性 高強度? D
S18????? Ο???? ×???? ×???? Ο? 弱活性 高強度? D
表2 局部監測聲發射源綜合等級
聲源序號 升壓1 保壓1 升壓2 保壓2 活度?? 強度?? 綜合等級
L1??????? Ο???? ×??? ×??? Ο?? 弱活性? 高強度??? D
L2??????? Ο???? ×??? Ο??? Ο?? 活性??? 高強度??? E
L3??????? Ο???? ×??? ×??? ×?? 非活性? 高強度??? B
L4??????? Ο???? ×??? ×??? Ο?? 弱活性? 高強度??? D
L5??????? Ο???? Ο??? ×??? Ο?? 活性??? 中強度??? D
L6??????? Ο???? Ο??? ×??? Ο?? 活性??? 中強度??? D
L7??????? Ο???? ×??? ×??? ×?? 非活性? 高強度??? B
L8??????? Ο???? Ο??? Ο??? ×?? 活性??? 中強度??? D
L9??????? Ο???? ×??? ×??? ×?? 非活性? 高強度??? B
L10?????? Ο???? Ο??? Ο??? Ο?? 強活性? 高強度??? F
L11?????? Ο???? ×??? ×??? ×?? 非活性? 高強度??? B
L12?????? Ο???? Ο??? Ο??? ×?? 活性??? 中強度??? D
整體監測與局部監測共有7處信號源重疊（L1=S11、L2＝S12、L3＝S13、L4＝S14、L7＝S8、L9＝S9、L11＝S6），故共計23處有效聲發射源（下極板拼縫2處，下大環縫8處，上環縫6處，上極圈Y型拼縫1處，赤道帶縱縫4處，母材2處），見圖4。根據GB/T 18182-2000《金屬壓力容器聲發射檢測及結果評價方法》對聲發射源進行綜合等級劃分，均需復驗。

圖3 聲發射源定位圖
經過對上述23處聲發射源部位MT、UT復驗，結果發現21處源部位存在表面裂紋缺陷（另外母材上2處，沒有發現超標缺陷，懷疑聲發射檢測過程中應力釋放的結果）。根據GB/T18182-2000《金屬壓力容器聲發射檢測及結果評價方法》，對檢測結果得到如下結論：
對有缺陷聲發射源嚴重度級別進行評定，結果為"嚴重"和"很嚴重"。
表3 聲發射源復驗結果
序號 位 置 缺陷長度（mm） 備 注 序號 位 置 缺陷長度（mm） 備 注
1 S1 10-30 多條裂紋 14????????? S14、L4 10-120 多條裂紋
2 S2 20-50 多條裂紋 15????????? S15 10-70 多條裂紋
3 S3 20-30 多條裂紋 16????????? S16 10-40 多條裂紋
4 S4 20-40 多條裂紋 17????????? S17 30 裂紋
5 S5??? 無磁痕顯示 － 18??????? S18 30-70 多條裂紋
6 S6、L11 40-60 多條裂紋 19???? L5 30-120 多條裂紋
7 S7 50 裂紋 20???????????????? L6 20-190 多條裂紋
8 S8、L7 20-150 多條裂紋 21???? L8 10-40 多條裂紋
9 S9、L9 30-50 多條裂紋 22????? L10 20-40 多條裂紋
10 S10 無磁痕顯示 － 23???????? L12 10-30 多條裂紋
11 S11、L1 20-60 多條裂紋
12 S12、L2 20-50 多條裂紋
13 S13、L3 20-100 多條裂紋
6 結論
對于因各種原因不能停運行而又已到壓力容器檢驗周期必須檢驗的球罐，可采用聲發射技術實現在用球罐的在役檢測。
(1)采用整體監測與局部監測相結合的方法，相互之間即印證，又可以互補，從而提高危害源的檢出率；
(2)對于衰減較大的材料，通過降低門檻值，保證檢測的靈敏度；
(3)最好采用兩個升壓、保壓階段，未開始升壓前及兩次降壓過程的數據采集對于有效聲發射源與噪聲信號的識別也很重要；
(4)通過波形判斷可以濾去一部分噪聲信號；
(5)檢驗人員應當對被檢設備運行記錄，開停車記錄，有關運行參數，介質成份，載荷變化情況，以及運行中出現的異常情況等資料有所掌握，應能判斷出有可能產生何種缺陷以及缺陷產生的部位，這對聲發射信號分析有很大幫助；
(6)本次檢測雖然是在水壓試驗條件下實施的，但可以推廣到利用介質加壓的方式進行，對于液化氣球罐，最好是在檢測前一個月將最大操作壓力至少降低15%，確保安全。