1000m3液化气球罐声发射检测

1000m3液化气球罐声发射检测

对1000m3液化气球罐进行声发射检测，采用整体监测与局部监测两种方法，通过降低门槛值，提高检测灵敏度，共发现有效声发射源23处，复验其中21处存在裂纹缺陷。
关键词：球罐　声发射检测　缺陷

0 前言
压力容器广泛应用于各行各业，一旦发生泄漏或断裂将有可能引发火灾、爆炸及中毒事故，使生产和经济遭受严重破坏，生命和财产蒙受重大损失。另一方面，为了增加企业的核心竞争力，承压设备必须长周期运行，并且维护和检验成本必须最小化。
声发射检测可以在压力容器的工作状态下，通过改变压力容器的工艺操作参数，使压力容器存在的活性缺陷产生声发射信号，利用声发射仪采集信号，可以快速找出声发射源的位置，针对这些声发射源进行复验和评定，从而达到缩短检修周期、降低成本的目的。
本文对1000m3液化气球罐进行声发射检测，采用整体监测与局部监测相结合的方法，发现有效声发射源23处，复验其中21处存在裂纹缺陷。
1 球罐概况
石化股份有限公司贮运厂一台液化石油气球罐，位号为G909，设计压力：1.8Mpa+静压力，设计温度：-10－50℃，最高操作压力为1.6MPa，操作温度：常温，直径：F12410mm，容积：1000m3 ，介质：液化石油气，主体材质：SPV50Q，公称壁厚：34mm。该球罐由日本CBI株式会社设计制造，由三化建现场组焊，1987年11月投用，2001年4月检验过程中，发现对接焊缝熔合线内表面存在大量裂纹，进行了消氢处理、补焊返修、整体消应力处理，水压试验合格后一直沿用至今。
2 检测方案
本次检测采用北京声华科技有限公司SWAES－35型和SWAES－50型多通道全数字化声发射检测分析仪2台，采用WAE2002源定位检测分析软件，传感器为SR150型（带前置放大器，可自激发标定）谐振型传感器，中心频率为150KHZ，主放大器增益为40dB，带通频率为20-120KHZ。
采用SWAES－50型声发射仪的46个通道数对球罐进行整体监测，采用球面定位；采用SWAES－35型声发射仪的32个通道数对球罐上下大环缝进行监测，采用线性定位。
整体监测：总共46个探头（共五层，第一、四层6个，第二、五层10个，第三层12个，球罐顶部、底部中心各布置一个（避开人孔）），排列成三角型阵列，探头在容器上的具体部位如图1所示。

　
主视图　　　　　　　　　　　　　　　　　　俯视图
图1 整体监测传感器布置示意图
局部监测：总共32个探头（共两层，分布在上下大环缝周围，排列成圆周型，探头在容器上的具体部位如图2所示。

主视图　　　　　　　　　　　　　　　　　 俯视图
图2 局部监测传感器布置示意图
声发射检测的压力试验程序采用两次加压循环过程，采用充洁净水升压的方式，按照GB/T18182-2000的要求，并结合球罐现场的实际情况进行。
3 加载程序
检测前，对现场噪声进行测量，信号＜52dB；衰减测量情况较16MnR材料大，为了保证检测精度，故将门槛值设置为40 dB。
对整体监测44个有代表性的三角形定位阵列进行定位校准和对局部监测32个有代表性的线性定位阵列进行定位校准，均得到良好的一一定位结果。
采用两次加压、保压程序。
4 检测数据分析
本次检测数据分析，主要采用常用的参数分析的方法。但由于门槛值设置较低，有效声源信号和噪声信号混杂出现，所以通过以下方式将其区分：
(1) 波形判断，区分突发信号、连续信号以及传感器自激信号。本次检测主要是检测球罐裂纹缺陷，主要是突发信号；
(2) 未开始升压前及两次降压过程的信号识别。如果一个信号源在整个检测过程中频繁出现，包括未开始升压前或两次降压过程中，则该信号不一定是缺陷产生的信号。应重点检查该部位在球罐上的位置，分析是否因振动、脚手架碰撞磨擦、介质进出流动、传感器自激产生的噪声信号；
(3) 对于焊缝附近及应力集中区域，即使只出现在一次升压阶段，属于非活性，也将其认为是有效声发射源；
5 检测结果与评价
该球罐在进行在线整体监测过程中罐体发现18处有效声发射定位源，如表1所示；局部监测过程中罐体发现12处有效声发射定位源，如表2所示。
表1 整体监测声发射源综合等级
声源序号 升压1　保压1　升压2　保压2 活度 强度 综合等级
S1 ×　　 Ο　　 ×　　 × 非活性 高强度 B
S2 *** 弱活性 高强度 D
S3 *** 弱活性 高强度 D
S4 *** 弱活性 高强度 D
S5 Ο　　 Ο　　 ×　　 Ο 活性 高强度 E
S6 Ο　　 ×　　 ×　　 × 非活性 高强度 B
S7 Ο　　 ×　　 ×　　 × 非活性 高强度 B
S8 Ο　　 ×　　 ×　　 × 非活性 高强度 B
S9 Ο　　 ×　　 ×　　 × 非活性 高强度 B
S10 Ο　　 ×　　 ×　　 × 非活性 高强度 B
S11 Ο　　 ×　　 ×　　 × 非活性 高强度 B
S12 Ο　　 ×　　 ×　　 × 非活性 高强度 B
S13 Ο　　 ×　　 ×　　 × 非活性 高强度 B
S14 Ο　　 ×　　 ×　　 × 非活性 高强度 B
S16 Ο　　 ×　　 ×　　 × 非活性 高强度 B
S16 Ο　　 ×　　 ×　　 × 非活性 高强度 B
S17 Ο　　 ×　　 ×　　 Ο 弱活性 高强度 D
S18 Ο　　 ×　　 ×　　 Ο 弱活性 高强度 D

表2 局部监测声发射源综合等级
声源序号 升压1　保压1　升压2　保压2 活度 强度 综合等级
L1 Ο　　 ×　　 ×　　 Ο 弱活性 高强度 D
L2 Ο　　 ×　　 Ο　　 Ο 活性 高强度 E
L3 Ο　　 ×　　 ×　　 × 非活性 高强度 B
L4 Ο　　 ×　　 ×　　 Ο 弱活性 高强度 D
L5 Ο　　 Ο　　 ×　　 Ο 活性 中强度 D
L6 Ο　　 Ο　　 ×　　 Ο 活性 中强度 D
L7 Ο　　 ×　　 ×　　 × 非活性 高强度 B
L8 Ο　　 Ο　　 Ο　　 × 活性 中强度 D
L9 Ο　　 ×　　 ×　　 × 非活性 高强度 B
L10 Ο　　 Ο　　 Ο　　 Ο 强活性 高强度 F
L11 Ο　　 ×　　 ×　　 × 非活性 高强度 B
L12 Ο　　 Ο　　 Ο　　 × 活性 中强度 D
整体监测与局部监测共有7处信号源重叠（L1=S11、L2＝S12、L3＝S13、L4＝S14、L7＝S8、L9＝S9、L11＝S6），故共计23处有效声发射源（下极板拼缝2处，下大环缝8处，上环缝6处，上极圈Y型拼缝1处，赤道带纵缝4处，母材2处），见图4。根据GB/T 18182-2000《金属压力容器声发射检测及结果评价方法》对声发射源进行综合等级划分，均需复验。

图3 声发射源定位图
经过对上述23处声发射源部位MT、UT复验，结果发现21处源部位存在表面裂纹缺陷（另外母材上2处，没有发现超标缺陷，怀疑声发射检测过程中应力释放的结果）。根据GB/T18182—2000《金属压力容器声发射检测及结果评价方法》，对检测结果得到如下结论：
对有缺陷声发射源严重度级别进行评定，结果为“严重”和“很严重”。
表3 声发射源复验结果
序号 位 置 缺陷长度mm 备　 注 序号 位 置 缺陷长度mm 备　 注
1 S1 10-30 多条裂纹 14 S14、L4 10-120 多条裂纹
2 S2 20-50 多条裂纹 15 S15 10-70 多条裂纹
3 S3 20-30 多条裂纹 16 S16 10-40 多条裂纹
4 S4 20-40 多条裂纹 17 S17 30 裂纹
5 S5 无磁痕显示 － 18 S18 30-70 多条裂纹
6 S6、L11 40-60 多条裂纹 19 L5 30-120 多条裂纹
7 S7 50 裂纹 20 L6 20-190 多条裂纹
8 S8、L7 20-150 多条裂纹 21 L8 10-40 多条裂纹
9 S9、L9 30-50 多条裂纹 22 L10 20-40 多条裂纹
10 S10 无磁痕显示 － 23 L12 10-30 多条裂纹
11 S11、L1 20-60 多条裂纹
12 S12、L2 20-50 多条裂纹
13 S13、L3 20-100 多条裂纹
6 结论
对于因各种原因不能停运行而又已到压力容器检验周期必须检验的球罐，可采用声发射技术实现在用球罐的在役检测。
(1)采用整体监测与局部监测相结合的方法，相互之间即印证，又可以互补，从而提高危害源的检出率；
(2)对于衰减较大的材料，通过降低门槛值，保证检测的灵敏度；
(3)最好采用两个升压、保压阶段，未开始升压前及两次降压过程的数据采集对于有效声发射源与噪声信号的识别也很重要；
(4)通过波形判断可以滤去一部分噪声信号；
(5)检验人员应当对被检设备运行记录，开停车记录，有关运行参数，介质成份，载荷变化情况，以及运行中出现的异常情况等资料有所掌握，应能判断出有可能产生何种缺陷以及缺陷产生的部位，这对声发射信号分析有很大帮助；
(6)本次检测虽然是在水压试验条件下实施的，但可以推广到利用介质加压的方式进行，对于液化气球罐，最好是在检测前一个月将最大操作压力至少降低15%，确保安全。
参考文献
[1] 1000m3球罐声发射检验报告[R]. 南京:南京市锅炉压力容器监督检验所,2005.
[2] 沈功田，刘时风、戴光《声发射检测》[M]. 2004 08
[3] GB/T18182-2000《金属压力容器声发射检测及结果评价方法》