一臺(tái)8000m3球罐的聲發(fā)射檢驗(yàn)

一臺(tái)8000m3球罐的聲發(fā)射檢驗(yàn)

摘 要：將兩臺(tái)德國(guó)Vallen公司AMSY-5型36通道聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)并聯(lián)，對(duì)8000m3球罐進(jìn)行了聲發(fā)射檢測(cè)，為目前國(guó)內(nèi)最大10000m3球罐采用聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)上奠定了基礎(chǔ)。
關(guān)鍵字：8000m3球罐；聲發(fā)射檢驗(yàn)；聲發(fā)射（AE）；無(wú)損檢測(cè)；評(píng)定 超聲波液位計(jì) 超聲波物位計(jì) 超聲波清洗機(jī) 超聲波測(cè)厚儀 洗片機(jī)
1 基本情況
某化肥廠一臺(tái)8250m3液氨球罐1975年由法國(guó)TISSOT公司設(shè)計(jì)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(jiàn)表1。
表1 基本技術(shù)參數(shù)
設(shè)備名稱(chēng) 設(shè)計(jì)壓力 設(shè)計(jì)溫度 工作介質(zhì) 主體材質(zhì) 公稱(chēng)容積 公稱(chēng)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(shí)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(yàn)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(yàn)，88年5月本所第二次檢驗(yàn)，97年4月由金陵石化公司壓力容器檢驗(yàn)中心站化肥分站第三次檢驗(yàn)定為1級(jí)。第一次檢驗(yàn)，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(zhǎng)12mm裂紋（焊接返修處），打磨0.2mm后消除，第二次檢驗(yàn)時(shí)在下赤帶第6#縱縫自CD環(huán)縫向下1710mm有一長(zhǎng)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(zhǎng)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(yàn)背景
鑒于該臺(tái)球罐體積龐大，外壁還有巖棉保溫，常規(guī)檢驗(yàn)需要倒空置換、搭設(shè)內(nèi)外腳手架、拆除外部保溫，檢驗(yàn)完畢后恢復(fù)原狀，做耐壓試驗(yàn)、氣密試驗(yàn)合格后方可投用，整個(gè)過(guò)程不僅需要耗費(fèi)大量人力物力和維修費(fèi)用，全過(guò)程檢修時(shí)間更是長(zhǎng)達(dá)半年之久，用戶正是由于無(wú)法安排如此之長(zhǎng)的裝置停產(chǎn)檢修時(shí)間，檢驗(yàn)周期到期后一直拖延至今。本次檢驗(yàn)用戶希望能將全程時(shí)間盡量控制在三個(gè)月之內(nèi)。
3 檢驗(yàn)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(guó)鋼板A52P1，查法國(guó)鋼板標(biāo)準(zhǔn)NFA36-205，該鋼板化學(xué)成分見(jiàn)表2，與國(guó)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(qiáng)化和提高淬透性作用。力學(xué)性能方面兩種鋼材除屈服點(diǎn)和伸長(zhǎng)率有微小差異外其他基本相同（見(jiàn)表3），因此聲發(fā)射檢測(cè)數(shù)據(jù)可以參照16MnR經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)判斷，如出現(xiàn)疑問(wèn)可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)提供更為準(zhǔn)確的依據(jù)。
表2 化 學(xué) 成 分
鋼號(hào) 化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?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(hào) 交貨
狀態(tài) 鋼板厚度mm 拉伸強(qiáng)度 沖擊試驗(yàn) 冷彎試驗(yàn)
抗拉強(qiáng)度
b
MPa 屈服點(diǎn)
S
MPa 伸長(zhǎng)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(yàn)方案
綜合考慮該臺(tái)球罐的制造安裝狀況及歷史檢驗(yàn)情況，同時(shí)盡量縮短檢修時(shí)間，我們初步擬定了檢驗(yàn)方案。在倒空物料進(jìn)行清洗置換的同時(shí)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(yàn)的同時(shí)進(jìn)行聲發(fā)射監(jiān)測(cè)，視檢測(cè)情況確定重點(diǎn)檢查部位常規(guī)無(wú)損檢測(cè)復(fù)驗(yàn)。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(lái)接近檢測(cè)部位），下半部則可考慮搭設(shè)少量腳手架。
4 聲發(fā)射檢測(cè)
4.1 聲發(fā)射檢測(cè)儀器及相關(guān)參數(shù)
檢測(cè)中使用了兩臺(tái)德國(guó)Vallen公司AMSY-5型36通道聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)并聯(lián)，由其中一臺(tái)主機(jī)控制，如圖2所示。主要參數(shù)：背景噪聲45dB；門(mén)檻值：50dB；模擬源：HBφ0.5mm鉛芯折斷信號(hào)；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(cè)最大難點(diǎn)所在，由于我們檢驗(yàn)的球罐容積達(dá)到8250m3，是目前我國(guó)有記載采用聲發(fā)射檢測(cè)的最大球罐，原先我們考慮控制最大傳感器間距不超過(guò)5m，但經(jīng)過(guò)測(cè)算除上下人孔各布置一個(gè)傳感器外最少需要7層共計(jì)100個(gè)傳感器，需要三臺(tái)AMSY-5型36通道聲發(fā)射檢測(cè)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(shí)際測(cè)了距離-衰減曲線，數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。據(jù)此我們只需將最大傳感器間距控制在6.5m以?xún)?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(gè)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(gè)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(gè)傳感器，最大橫向間距為6.16m和一層8個(gè)傳感器，最大橫向間距為4.27m，共計(jì)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(hào)幅值（dB） 94 90 88 85 74 64 60
4.3 加壓過(guò)程
由于該球罐上次水壓至今已超過(guò)10年，本次檢驗(yàn)我們擬采取液壓加載方式，但該罐盛滿水后總重超過(guò)8700t,水壓試驗(yàn)難度相當(dāng)大。我們仔細(xì)查閱了該球罐當(dāng)年的安裝資料，對(duì)該球罐基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)有了充分了解，同時(shí)對(duì)該球罐16根支柱實(shí)際不垂直度及多年使用后不均勻沉降程度進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量[2]，確認(rèn)該球罐能夠承受液壓試驗(yàn)的液體重量。通過(guò)查閱該罐近年來(lái)運(yùn)行記錄得知操作壓力均控制在0.3MPa以下，根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[3]及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件確定最高試驗(yàn)壓力為0.405MPa，加載過(guò)程力求平穩(wěn)，同時(shí)在充水過(guò)程中對(duì)基礎(chǔ)的沉降進(jìn)行實(shí)測(cè)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(shí)際加載曲線，采用二次加載方式，希望獲得更多有價(jià)值的信號(hào)。
4.4 檢測(cè)結(jié)果及分析
本次聲發(fā)射檢測(cè)是球罐在用清潔水加壓過(guò)程中，進(jìn)行聲發(fā)射整體監(jiān)測(cè)。壓力從0.3MPa開(kāi)始對(duì)被檢球罐進(jìn)行聲發(fā)射數(shù)據(jù)采集，共進(jìn)行兩個(gè)加壓循環(huán)。在兩個(gè)循環(huán)加壓和保壓過(guò)程中均未出現(xiàn)有效聲發(fā)射定位源信號(hào)。僅在第4、7、37通道出現(xiàn)一定數(shù)量的聲信號(hào)，典型信號(hào)波形等如圖5所示，采用關(guān)聯(lián)圖分析信號(hào)特征，上升時(shí)間、持續(xù)時(shí)間較短（1～20us）,能量在（100～800）之間，信號(hào)幅值集中在70～85（如圖6所示），再仔細(xì)核查數(shù)據(jù)表，相同通道收到的聲信號(hào)具備較多類(lèi)似特征（如圖7所示），綜合上述情況，結(jié)合壓力容器檢測(cè)中不同源產(chǎn)生聲信號(hào)的主要特性和參數(shù)范圍[4][5]，我們分析以上信號(hào)應(yīng)為噪聲信號(hào)中的電子噪音，因此該球罐聲發(fā)射檢測(cè)未發(fā)現(xiàn)危害性缺陷。
4.5 常規(guī)無(wú)損檢測(cè)復(fù)驗(yàn)
出于慎重起見(jiàn)，我們?cè)谇蚬薜撞看钤O(shè)了兩層腳手架，對(duì)歷年來(lái)檢驗(yàn)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(jìn)行了熒光磁粉檢測(cè)，對(duì)焊縫內(nèi)是否存在埋藏缺陷進(jìn)行了超聲波探傷，均未發(fā)現(xiàn)危害性缺陷，驗(yàn)證了聲發(fā)射檢測(cè)結(jié)果的正確性。
5 結(jié)論
1）由于材料性能對(duì)聲發(fā)射信號(hào)特征及傳播特性有較大影響，目前國(guó)內(nèi)16MnR材料用得較多且積累了較成熟的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)聲發(fā)射源強(qiáng)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(shí)應(yīng)慎重對(duì)待，缺