尿素合成塔的聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)

尿素合成塔的聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)

本文論述了在用尿素合成塔的無損檢測(cè)技術(shù)，著重介紹了聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)在尿素合成塔定期檢驗(yàn)的可行性和應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，結(jié)合超聲波檢測(cè)的復(fù)驗(yàn)，完全滿足檢測(cè)的需要。

主題詞：　尿素合成塔　 聲發(fā)射　 超聲波檢測(cè)

1前言
　　 尿素合成塔是尿素生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備之一，是供二氧化碳、液氨在高溫高壓下進(jìn)行合成反應(yīng)的主體設(shè)備。智成化工的1#尿素合成塔于1988年1月由國(guó)內(nèi)某化機(jī)廠設(shè)計(jì)和制造，1989年12月投入使用。該塔結(jié)構(gòu)為單個(gè)筒節(jié)多層包扎后再焊接環(huán)焊縫的深環(huán)焊縫結(jié)構(gòu)，因結(jié)構(gòu)所致不能進(jìn)行焊后熱處理，環(huán)焊縫部位存在較大的應(yīng)力集中，且焊接缺陷不易檢測(cè)，如圖1所示。該塔規(guī)格為φ1384×26690×116（6×15+12+6+8，18層包扎而成）；共10個(gè)筒節(jié)，11條環(huán)焊縫，容積37.5m3，筒體層板材質(zhì)為：15MnVgC（15MnV鍋爐鋼層板），封頭為：18MnMoNb，內(nèi)襯為：18-20Mod；設(shè)計(jì)壓力：22MPa，設(shè)計(jì)溫度：200°C；工作介質(zhì)為：NH3(液)、CO2(氣)、甲銨、尿素熔融物。由于其制造工藝復(fù)雜，制造缺陷檢測(cè)困難，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行環(huán)境惡劣，在用檢驗(yàn)尤其顯得重要。

　　該塔今年七月份進(jìn)行內(nèi)外表面檢查，發(fā)現(xiàn)第一、五、六筒節(jié)外層板和第五、六道環(huán)縫有裂紋缺陷，請(qǐng)?jiān)圃鞆S更換了幾層層板，并清除了裂紋，修理后對(duì)第二、四、五、六道環(huán)縫進(jìn)行了Co-60射線探傷，結(jié)果顯示，這次返修的部分未發(fā)現(xiàn)裂紋，但其它未返修的環(huán)縫內(nèi)仍然存在裂紋。因此有必要選擇合適的檢測(cè)方法，對(duì)該塔整體的缺陷情況進(jìn)行檢測(cè)。

圖1　 尿素合成塔深環(huán)焊縫結(jié)構(gòu)
2 檢測(cè)方法的確定
壓力容器在使用過程中，由于溫度，應(yīng)力和腐蝕等因素的影響，原有的制造規(guī)范允許存在的缺陷會(huì)發(fā)展變化，或者產(chǎn)生新的危害性缺陷。而對(duì)在用壓力容器通過合適的檢驗(yàn)方法進(jìn)行定期檢驗(yàn)，是及早發(fā)現(xiàn)缺陷，消除隱患，保證壓力容器安全運(yùn)行的一項(xiàng)行之有效的措施。由于焊縫內(nèi)的氣孔、夾渣、未焊透、未熔合等焊接缺陷只存在于制造過程的焊接工序，在使用過程中不可能產(chǎn)生這些焊接缺陷。因此對(duì)于在役設(shè)備而言，無損檢測(cè)的主要目的是以發(fā)現(xiàn)活動(dòng)性的裂紋類缺陷為主，因?yàn)閷?duì)于在使用過程中，由于疲勞、應(yīng)力、溫度、腐蝕以及內(nèi)部缺陷在應(yīng)力作用下尖端開裂產(chǎn)生的裂紋是檢測(cè)的主要對(duì)象。對(duì)于裂紋類的平面狀缺陷，最好的檢測(cè)方法是超聲波檢測(cè)，理論和實(shí)踐都證明，只要選擇合適的探頭（主要是K值和頻率）和可靠的掃查方式，絕大部分都會(huì)被發(fā)現(xiàn)，漏檢的可能性非常低。但由于該容器為多層鋼板包扎而成，層板之間存在超聲波不能穿過的空隙，而焊縫本身寬度不大，余高沒有磨平，因此不適合做超聲波檢測(cè)。
如果采用射線檢測(cè)，由于焊縫太厚（116mm），按照J(rèn)B4730-94標(biāo)準(zhǔn)的要求，只能采用Co-60 射線檢測(cè)或者采用高能X射線。而高能X射線由于不便攜帶，不能用在現(xiàn)場(chǎng)。受現(xiàn)場(chǎng)條件限制，有幾道環(huán)縫的位置不能進(jìn)行拍片，而且Co-60射線能量大，防護(hù)困難，現(xiàn)場(chǎng)操作對(duì)檢測(cè)人員的危害性太大。更為主要的原因是，由于檢測(cè)原理上的限制，大能量的Co-60對(duì)焊縫的裂紋檢出率不高，因此Co-60拍片對(duì)環(huán)縫檢測(cè)來說不是理想的檢測(cè)方法。經(jīng)過反復(fù)探討，最終我們選擇用聲發(fā)射技術(shù)來檢測(cè)尿素合成塔的整體缺陷情況。

3 聲發(fā)射技術(shù)的應(yīng)用
3.1 聲發(fā)射檢測(cè)的特點(diǎn)
材料或結(jié)構(gòu)受應(yīng)力作用產(chǎn)生變形或斷裂，以彈性波形式釋放出應(yīng)變能的現(xiàn)象稱為聲發(fā)射。聲發(fā)射技術(shù)始于二十世紀(jì)六十年代，逐步發(fā)展成熟的一種新的無損檢測(cè)方法，被廣泛應(yīng)用于材料試驗(yàn)、壓力容器檢驗(yàn)、飛機(jī)、橋梁、起重機(jī)等工程結(jié)構(gòu)的完整性檢驗(yàn)。聲發(fā)射檢測(cè)已經(jīng)作為一種可靠的無損檢測(cè)方法早就應(yīng)用在壓力容器定期檢驗(yàn)中。1990版《在用壓力容器檢驗(yàn)規(guī)程》和2003版的《壓力容器定期檢驗(yàn)規(guī)則》都把聲發(fā)射檢驗(yàn)技術(shù)作為一種壓力容器的定期檢驗(yàn)技術(shù)。全國(guó)特種設(shè)備無損檢測(cè)考委會(huì)已經(jīng)于2002年開始培訓(xùn)和考核聲發(fā)射II級(jí)人員。由于聲發(fā)射檢測(cè)在役檢驗(yàn)速度快、周期短、發(fā)現(xiàn)的結(jié)果為活動(dòng)性危險(xiǎn)缺陷，在線檢測(cè)可以在不停產(chǎn)的情況下進(jìn)行，因此采用聲發(fā)射技術(shù)既確保了被檢設(shè)備的安全運(yùn)行，又為用戶帶來了更大的經(jīng)濟(jì)效益。
　　聲發(fā)射技術(shù)是根據(jù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部發(fā)出的應(yīng)力波判斷結(jié)構(gòu)內(nèi)部損傷程度的一種新的無損檢測(cè)方法，它與傳統(tǒng)的超聲波、射線等常規(guī)無損檢測(cè)方法主要區(qū)別在于聲發(fā)射技術(shù)是一種動(dòng)態(tài)無損檢測(cè)方法，它能連續(xù)監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)內(nèi)部損傷的全過程。由于聲發(fā)射檢測(cè)是一種動(dòng)態(tài)無損檢測(cè)方法，而且，聲發(fā)射信號(hào)來自缺陷本身，因此，用聲發(fā)射法可以判斷缺陷的嚴(yán)重性。一個(gè)同樣大小、同樣性質(zhì)的缺陷，當(dāng)它所處的位置和所受的應(yīng)力狀態(tài)不同時(shí)，對(duì)結(jié)構(gòu)的損傷程度也不同，所以它的聲發(fā)射特征也有差別，明確了來自缺陷的聲發(fā)射信號(hào)，就可以長(zhǎng)期連續(xù)第監(jiān)視缺陷的安全性，這是其他無損檢測(cè)方法難于實(shí)現(xiàn)的。
　　采用多通道傳感器接收聲發(fā)射信號(hào)并用現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)處理信息，從而達(dá)到在壓力容器加載時(shí)實(shí)時(shí)顯示動(dòng)態(tài)缺陷、確定缺陷位置和評(píng)定缺陷的嚴(yán)重性。在壓力容器檢測(cè)時(shí)，與傳統(tǒng)的無損檢測(cè)方法相比，它有下述明顯的特點(diǎn)：
（1）傳統(tǒng)的無損檢測(cè)方法主要是按缺陷尺寸的大小來衡量其危害程度，聲發(fā)射檢測(cè)則只顯示和記錄擴(kuò)展變化的缺陷，與缺陷的尺寸無關(guān)，而擴(kuò)展的缺陷是最危險(xiǎn)的。采用聲發(fā)射方法評(píng)價(jià)缺陷，不但可以避免對(duì)尺寸雖大、但不屬于擴(kuò)展性的缺陷進(jìn)行不必要的返修處理，而且能夠提高結(jié)構(gòu)運(yùn)行的可靠性。
（2）采用聲發(fā)射檢測(cè)可以一次性地對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體檢測(cè)而不僅是焊縫，檢測(cè)時(shí)無須使傳感器在被測(cè)結(jié)構(gòu)表面掃描，變傳統(tǒng)無損檢測(cè)方法的“動(dòng)態(tài)”檢出而為“靜態(tài)”檢出。
（3）缺陷所處的位置和方向不會(huì)影響其檢出率。

3.2 聲發(fā)射檢測(cè)的實(shí)施
（1）檢測(cè)儀器
我們檢測(cè)使用的儀器為聲華科技有限公司生產(chǎn)的便攜式SWAES－32通道智能聲發(fā)射儀，結(jié)構(gòu)如圖2所示。該儀器采用全波形采集技術(shù)，采樣頻率高達(dá)每通道2.5MHz，分辨率為16位，具有波形顯