電子發燒友App
聲發射檢測技術在井控裝置安全測評中的應用
摘 要：聲發射是指材料局部因能量的快速釋放而發出瞬態彈性波的現象。聲發射檢測技術是一種新興的動態無損檢測技術。將聲發射技術運用于對石油工業井控設備的安全測評，成為其無損檢測手段中的一大突破。利用該檢測技術不僅可以在設備返修試驗中及時和全面的檢查、評價設備在整個承壓過程中活動裂紋產生和擴展的全過程，還可以減少對正常生產的影響 。本文介紹了聲發射檢測技術的原理及特征，同時介紹了其在石油工業井控裝置安全測評中的運用和帶來的效益。
??? 關鍵詞：聲發射技術；聲源；安全測評 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 引言
防噴器在使用過程中，其內部由于受到碰撞、腐蝕以及壓力等因素，會產生裂紋，而這些內部裂紋在對返修試壓中很難被發現。如果防噴器殼體內部裂紋長期存在并且日漸膨脹，必定會造成殼體在工作狀態下就開裂甚至爆炸。雖然也能夠通過傳統的無損探傷手段（如磁粉、超聲波、射線等）來檢測和發現裂紋，但是常規的探傷技術是一種靜態手段，只能檢查和發現設備已有的缺陷，不能及時和全面的檢查、評價設備在整個承壓過程中裂紋的產生和擴展。為了既能確保井控裝置（防噴器等）的安全使用，又盡可能減少對正常生產的影響，運用先進的無損檢測手段及時檢測設備的安全情況具有重要的意義。
??? 目前，國內對井控裝置的安全測評還局限于傳統的無損檢測手段，或者僅僅通過設備的靜水壓強度試驗來評定其安全可靠性。將聲發射技術成功運用于對石油工業井控裝置的安全測評，這不僅充分利用了聲發射檢測技術的優點，拓寬了聲發射技術的應用領域，更重要的是保證了石油勘探開發的安全生產。本文重點介紹聲發射檢測技術的理論和這一新技術在防噴器殼體安全測評中的運用。
??? 1 聲發射技術的原理及特征
??? 聲發射 （Acoustic Emission，簡稱AE），是一種新興的動態無損檢測技術。它于六十年代開始并逐步成熟起來，現已被廣泛應用于材料試驗、壓力容器、立式儲罐檢驗、航空、航天、鐵路、建筑、橋梁及起重機等工程結構的完整性檢測和評價。
??? AE檢測原理：受力構件的材料內部在損傷缺陷萌生、擴展過程中會釋放塑性應變能，應變能以瞬態應力波形式向外傳播擴展，這種現象即稱聲發射現象。聲發射技術就是采用高靈敏度的聲發射傳感器置于受力構件表面，實時接收和采集來自于材料缺陷的聲發射信號，進而通過對這些聲發射信號的識別、判斷和分析推斷出材料或結構內部活動缺陷的位置、狀態變化程度和發展趨勢。若將背景噪聲識別和輔助信息（例如載荷、位移、溫度和應變等）的綜合分析考慮在內，可得如圖1所示的聲發射檢測瞬態應力波發生過程示意圖和聲源檢測原理圖。
??? AE作為一項新的無損檢測技術，它最能直接反映材料內部缺陷、故障萌生及發展過程。它與其它常規無損檢測手段，比如超聲檢測、射線探傷、渦流檢測、磁粉等表面探傷方法相比，具有如下優點：
??? 1、動態實時性。它能實時發現和監測裂紋、缺陷的萌生，發展和破壞過程。
??? 2、整體性檢測。通過按一定陣列布置少量固定不動的傳感器，聲發射儀就可獲得被檢對象中聲源在檢測過程中的一切活動信息，并可由時差定位技術確定缺陷的具體位置，這為實際檢測和評價工作帶來了極大的方便。
??? 3、高精度和靈敏性。嚴格來講，材料在裂紋萌生時的塑性鈍化階段就伴隨著聲發射信號的產生。如果傳感器和儀器設置較好，它可以發現非常小的裂紋萌生和擴展過程。
??? 4、快捷和經濟性。通常情況下，利用聲發射檢測所需的時間僅為常規檢測所花費時間的五分之一。
??? 此外，由于它在工作時傳感器位置是固定的，所有信號采集及處理都由系統來執行，而采用CAT技術的現代聲發射測試系統具有非常強的處理/分析能力，它可以將像其它無損檢測手段由于人的主觀和經驗等因素所造成的結果偏差的影響減到最小。
??? 2 聲發射技術在井控裝置安全測評中的應用
??? 2002年技術檢測中心從PAC（物理聲學公司）引進了24通道DSP聲發射檢測系統。該系統的軟件和硬件都具有較先進的技術指標。
??? 石油井控裝置對鉆井生產的安全性至關重要，因此對其檢測是十分必要的。但是像防噴器這種外形不是很規則，內部也比較復雜，而使用時間相對較長的設備，運用聲發射檢測來測評其安全可靠性，同樣存在許多實際問題。在充分理解聲發射檢測技術原理以及優點后，首次將該技術成功運用于對石油井控裝置的安全測評。通過大量試驗和現場測評，取得了較為滿意的效果；同時對具體的操作總結出了一套合理的方案。
防噴器作為井控裝置的重要設備，是形狀復雜的壓力容器。對這類承壓設備的檢驗，包括三個方面：
??? 1、新產品防噴器殼體靜水壓強度試驗時的檢驗；
??? 2、防噴器使用后檢修時的檢驗。
??? 由于靜水壓強度試驗過程是一個簡單的應力循環過程，聲學和電學方面的干擾因素較小，便于聲發射技術的應用。但是由于單閘板、雙閘板和環形防噴器這三種防噴器在結構上存在很大的差異，使得在運用聲發射檢測時，傳感器的布置列陣也有明顯區別。經過大量有針對性的試驗，得出了單閘板防噴器較為優化和合理的傳感器布置列陣以及位置；同時獲得大量非常有價值的數據，這對分析防噴器這種特殊結構的壓力設備的安全性意義重大。
??? 利用AE對防噴器殼體進行安全評定，也要求防噴器在試驗中殼體受力能夠模擬現場使用情況。對情況特殊的環形防噴器，做密封試驗的同時做聲發射檢測，這樣檢測結論更加合理。
??? PAC公司的AE檢測軟件有便捷的重放功能--能夠在檢測后處理的時候分析傳感器采集到的有效信號，對一些基本數據進行修正，這能準確的對聲源定位。由該檢測軟件的檢測記錄圖我們可以得到檢測系統記錄的在整個試驗過程中傳感器接收到的聲發射信號和壓力的穩定情況。分析采集圖中的聲信號幅度和接收時間，就可以找出有效聲發射信號的大概位置。
在最近兩年中，已用聲發射檢測雙閘板防噴器、單閘板防噴器、環形防噴器、鉆井四通、防噴管匯以及采氣井口共300余臺，其結果的可靠性和檢測的便捷性不僅為技術檢測中心創造了經濟效益，且受到客戶廣泛好評。
??? 3 結束語
??? 聲發射檢測技術是一種新興的無損檢測方法，具有常規檢測方法所沒有的優點。因此，它的應用范圍會更加廣泛。然而，聲發射檢測對環境噪聲十分敏感，所以排除噪聲干擾是聲發射檢測成功的首要問題，應從提高儀器設備的性能、加強分析軟件的功能和提高檢測人員的技術水平和經驗等方面入手，使聲發射技術真正服務在各個領域，發揮其應有的作用。
摘 要：聲發射是指材料局部因能量的快速釋放而發出瞬態彈性波的現象。聲發射檢測技術是一種新興的動態無損檢測技術。將聲發射技術運用于對石油工業井控設備的安全測評，成為其無損檢測手段中的一大突破。利用該檢測技術不僅可以在設備返修試驗中及時和全面的檢查、評價設備在整個承壓過程中活動裂紋產生和擴展的全過程，還可以減少對正常生產的影響 。本文介紹了聲發射檢測技術的原理及特征，同時介紹了其在石油工業井控裝置安全測評中的運用和帶來的效益。
??? 關鍵詞：聲發射技術；聲源；安全測評 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 引言
防噴器在使用過程中，其內部由于受到碰撞、腐蝕以及壓力等因素，會產生裂紋，而這些內部裂紋在對返修試壓中很難被發現。如果防噴器殼體內部裂紋長期存在并且日漸膨脹，必定會造成殼體在工作狀態下就開裂甚至爆炸。雖然也能夠通過傳統的無損探傷手段（如磁粉、超聲波、射線等）來檢測和發現裂紋，但是常規的探傷技術是一種靜態手段，只能檢查和發現設備已有的缺陷，不能及時和全面的檢查、評價設備在整個承壓過程中裂紋的產生和擴展。為了既能確保井控裝置（防噴器等）的安全使用，又盡可能減少對正常生產的影響，運用先進的無損檢測手段及時檢測設備的安全情況具有重要的意義。
??? 目前，國內對井控裝置的安全測評還局限于傳統的無損檢測手段，或者僅僅通過設備的靜水壓強度試驗來評定其安全可靠性。將聲發射技術成功運用于對石油工業井控裝置的安全測評，這不僅充分利用了聲發射檢測技術的優點，拓寬了聲發射技術的應用領域，更重要的是保證了石油勘探開發的安全生產。本文重點介紹聲發射檢測技術的理論和這一新技術在防噴器殼體安全測評中的運用。
??? 1 聲發射技術的原理及特征
??? 聲發射 （Acoustic Emission，簡稱AE），是一種新興的動態無損檢測技術。它于六十年代開始并逐步成熟起來，現已被廣泛應用于材料試驗、壓力容器、立式儲罐檢驗、航空、航天、鐵路、建筑、橋梁及起重機等工程結構的完整性檢測和評價。
??? AE檢測原理：受力構件的材料內部在損傷缺陷萌生、擴展過程中會釋放塑性應變能，應變能以瞬態應力波形式向外傳播擴展，這種現象即稱聲發射現象。聲發射技術就是采用高靈敏度的聲發射傳感器置于受力構件表面，實時接收和采集來自于材料缺陷的聲發射信號，進而通過對這些聲發射信號的識別、判斷和分析推斷出材料或結構內部活動缺陷的位置、狀態變化程度和發展趨勢。若將背景噪聲識別和輔助信息（例如載荷、位移、溫度和應變等）的綜合分析考慮在內，可得如圖1所示的聲發射檢測瞬態應力波發生過程示意圖和聲源檢測原理圖。
??? AE作為一項新的無損檢測技術，它最能直接反映材料內部缺陷、故障萌生及發展過程。它與其它常規無損檢測手段，比如超聲檢測、射線探傷、渦流檢測、磁粉等表面探傷方法相比，具有如下優點：
??? 1、動態實時性。它能實時發現和監測裂紋、缺陷的萌生，發展和破壞過程。
??? 2、整體性檢測。通過按一定陣列布置少量固定不動的傳感器，聲發射儀就可獲得被檢對象中聲源在檢測過程中的一切活動信息，并可由時差定位技術確定缺陷的具體位置，這為實際檢測和評價工作帶來了極大的方便。
??? 3、高精度和靈敏性。嚴格來講，材料在裂紋萌生時的塑性鈍化階段就伴隨著聲發射信號的產生。如果傳感器和儀器設置較好，它可以發現非常小的裂紋萌生和擴展過程。
??? 4、快捷和經濟性。通常情況下，利用聲發射檢測所需的時間僅為常規檢測所花費時間的五分之一。
??? 此外，由于它在工作時傳感器位置是固定的，所有信號采集及處理都由系統來執行，而采用CAT技術的現代聲發射測試系統具有非常強的處理/分析能力，它可以將像其它無損檢測手段由于人的主觀和經驗等因素所造成的結果偏差的影響減到最小。
??? 2 聲發射技術在井控裝置安全測評中的應用
??? 2002年技術檢測中心從PAC（物理聲學公司）引進了24通道DSP聲發射檢測系統。該系統的軟件和硬件都具有較先進的技術指標。
??? 石油井控裝置對鉆井生產的安全性至關重要，因此對其檢測是十分必要的。但是像防噴器這種外形不是很規則，內部也比較復雜，而使用時間相對較長的設備，運用聲發射檢測來測評其安全可靠性，同樣存在許多實際問題。在充分理解聲發射檢測技術原理以及優點后，首次將該技術成功運用于對石油井控裝置的安全測評。通過大量試驗和現場測評，取得了較為滿意的效果；同時對具體的操作總結出了一套合理的方案。
防噴器作為井控裝置的重要設備，是形狀復雜的壓力容器。對這類承壓設備的檢驗，包括三個方面：
??? 1、新產品防噴器殼體靜水壓強度試驗時的檢驗；
??? 2、防噴器使用后檢修時的檢驗。
??? 由于靜水壓強度試驗過程是一個簡單的應力循環過程，聲學和電學方面的干擾因素較小，便于聲發射技術的應用。但是由于單閘板、雙閘板和環形防噴器這三種防噴器在結構上存在很大的差異，使得在運用聲發射檢測時，傳感器的布置列陣也有明顯區別。經過大量有針對性的試驗，得出了單閘板防噴器較為優化和合理的傳感器布置列陣以及位置；同時獲得大量非常有價值的數據，這對分析防噴器這種特殊結構的壓力設備的安全性意義重大。
??? 利用AE對防噴器殼體進行安全評定，也要求防噴器在試驗中殼體受力能夠模擬現場使用情況。對情況特殊的環形防噴器，做密封試驗的同時做聲發射檢測，這樣檢測結論更加合理。
??? PAC公司的AE檢測軟件有便捷的重放功能--能夠在檢測后處理的時候分析傳感器采集到的有效信號，對一些基本數據進行修正，這能準確的對聲源定位。由該檢測軟件的檢測記錄圖我們可以得到檢測系統記錄的在整個試驗過程中傳感器接收到的聲發射信號和壓力的穩定情況。分析采集圖中的聲信號幅度和接收時間，就可以找出有效聲發射信號的大概位置。
在最近兩年中，已用聲發射檢測雙閘板防噴器、單閘板防噴器、環形防噴器、鉆井四通、防噴管匯以及采氣井口共300余臺，其結果的可靠性和檢測的便捷性不僅為技術檢測中心創造了經濟效益，且受到客戶廣泛好評。
??? 3 結束語
??? 聲發射檢測技術是一種新興的無損檢測方法，具有常規檢測方法所沒有的優點。因此，它的應用范圍會更加廣泛。然而，聲發射檢測對環境噪聲十分敏感，所以排除噪聲干擾是聲發射檢測成功的首要問題，應從提高儀器設備的性能、加強分析軟件的功能和提高檢測人員的技術水平和經驗等方面入手，使聲發射技術真正服務在各個領域，發揮其應有的作用。
工商網監
評論