聲發(fā)射技術(shù)在球罐水壓試驗中的應(yīng)用

聲發(fā)射技術(shù)在球罐水壓試驗中的應(yīng)用

燃氣企業(yè)為了對所供燃氣進行儲存和調(diào)峰，都必須建立儲配站。目前儲配站所用的儲存設(shè)備絕大多數(shù)都是壓力容器，其中又以球形容器（簡稱球罐）居多。由于其施工安裝時總是存在這樣那樣的缺陷，因此對它的無損檢驗就顯得尤為重要。長期以來，人們都是用普通的方法如磁粉、超聲波、射線等來對它進行檢測。但是這些都只是一種靜態(tài)的和事后的探傷手段，不能發(fā)現(xiàn)和預告缺陷的產(chǎn)生和發(fā)展過程。近來，隨著科學技術(shù)的發(fā)展，一種新的檢測手段——聲發(fā)射技術(shù)的應(yīng)用，為這個問題的解決提供了可能。本文通過作者的親身體驗，對這一新技術(shù)的理論和應(yīng)用進行了詳細的介紹。 　　壓力容器（特別是大型球罐）在施工過程中，總是存在這樣那樣的缺陷，其中危害最大的是裂紋。雖然我們可以通過一般的無損探傷手段（如磁粉、超聲波、射線等），來檢查和發(fā)現(xiàn)它們，但是由于主觀和客觀的原因，遺漏的情況是難以避免的。而且這些一般的無損探傷技術(shù)，都只是一種靜態(tài)的探傷手段，只能檢查和發(fā)現(xiàn)容器已有的缺陷，而不能及時和全面地檢查、評價容器在整個承壓過程中裂紋的產(chǎn)生和發(fā)展，更不能在結(jié)構(gòu)產(chǎn)品發(fā)生災難性破壞之前進行有效的報警。
　　而水壓試驗作為球罐施工中的一項綜合性安全檢查，不僅是球罐的第一次承受載荷，而且還是超載試驗，這就給容器已有的或未有的缺陷（主要是裂紋）的產(chǎn)生和發(fā)展提供了可能。如何在球罐的水壓試驗過程中，掌握球罐內(nèi)部的缺陷情況，了解在加壓過程中裂紋的產(chǎn)生和發(fā)展，這個問題顯然是通常的無損檢測手段難以解決的。而一種新的檢測手段——聲發(fā)射技術(shù)的應(yīng)用，為這個問題的解決提供了可能。
　　材料受內(nèi)壓或外壓作用，產(chǎn)生變形或斷裂，或者構(gòu)件在受力狀態(tài)使用時，以彈性波形式釋放出應(yīng)變能的現(xiàn)象稱為聲發(fā)射。更簡單地說，就是結(jié)構(gòu)材料在變形和破壞的過程中發(fā)出聲波的現(xiàn)象。應(yīng)用聲學、電子學已經(jīng)掌握的各種手段來捕捉聲發(fā)射信號，并加以處理，以探明缺陷的位置和發(fā)生、發(fā)展的規(guī)律，這種技術(shù)稱為聲發(fā)射監(jiān)控技術(shù)，簡稱聲發(fā)射技術(shù)。
　　自德國Kaiser在1953年首次發(fā)現(xiàn)聲發(fā)射現(xiàn)象以后，聲發(fā)射技術(shù)的研究受到了各國的重視，并且已日趨完善，越來越廣泛地應(yīng)用于各種科技領(lǐng)域。這是因為它同一般的靜態(tài)無損探傷技術(shù)相比，具有許多獨特的優(yōu)越性。首先，聲發(fā)射的靈敏度極高，幾乎可測出位錯運動的信號和10-5--10-6mm的微裂紋。其次聲發(fā)射可用于動態(tài)的無損檢測，即在結(jié)構(gòu)和容器實際操作運轉(zhuǎn)的情況下進行現(xiàn)場檢測和監(jiān)控。因此，聲發(fā)射技術(shù)是一種動態(tài)無損檢測技術(shù)。另外，在聲發(fā)射過程中，缺陷的產(chǎn)生和發(fā)展，作為聲發(fā)射源主動參與了檢測過程，也就是說，聲發(fā)射信號來自缺陷本身。這樣，我們就可以通過它來判斷缺陷的嚴重性和監(jiān)視缺陷的安全性。再者，聲發(fā)射檢測幾乎不受材料的限制，因為除極少數(shù)材料以外，絕大多數(shù)金屬和非金屬都有聲發(fā)射現(xiàn)象產(chǎn)生。
　　正是因為這許許多多的優(yōu)點，聲發(fā)射技術(shù)目前已得到了廣泛的應(yīng)用。在壓力容器行業(yè)，主要著眼于解決三個方面的問題：
1、壓力容器安全測試時（即水壓試驗）的檢驗
2、容器返修后的檢驗
3、使用過程中的連續(xù)監(jiān)控
　　由于水壓試驗過程是一個簡單的應(yīng)力循環(huán)過程，聲學和電學方面的干擾因素較小，更便于聲發(fā)射技術(shù)的應(yīng)用。所以，壓力容器（特別是大型球罐）水壓試驗過程中的聲發(fā)射監(jiān)控技術(shù)，比之其它方面的技術(shù)應(yīng)用得較早較成熟，國內(nèi)外已經(jīng)有不少這方面成功的例子。
　　重慶燃氣(集團)有限責任公司曾經(jīng)在兩臺容積為3300M3的進口球罐進行水壓試驗時，委托勞動部鍋爐壓力容器檢測中心，對每臺球罐都進行了聲發(fā)射技術(shù)監(jiān)控，取得了較為滿意的效果。
當然，聲發(fā)射技術(shù)作為一種新的無損探傷手段，尚有許多理論及實際的問題。如對于已有的未擴散的缺陷無能為力，目前還沒有一個統(tǒng)一的評價標準，實際操作還比較麻煩等等。因此，聲發(fā)射技術(shù)還不能完全取代傳統(tǒng)的無損檢測手段，但是，若將其配合使用，無疑將增加我們對容器安全性的認識，這將是大有益處的。特別是對于那些建造時設(shè)計選材不當、缺陷較多，使用時間較長，又不能報廢的設(shè)備，利用聲發(fā)射技術(shù)的監(jiān)控，可以使我們掌握更充分的數(shù)據(jù)，更合理地安排設(shè)備的使用。因此，相信不久的將來，聲發(fā)射技術(shù)將得到更為廣泛的應(yīng)用。