在用15MnVNR鋼制2300m3氮氣球罐聲發(fā)射檢測

在用15MnVNR鋼制2300m3氮氣球罐聲發(fā)射檢測

摘 要：本文主要介紹寶鋼在用15MnVNR鋼制2300m3氮球罐因制造質量差，焊縫中遺留較多的超標缺陷，為了掌握與了解這些超標缺陷是否屬于"活動性缺陷"，采用聲發(fā)射技術對埋藏超標缺陷進行跟蹤檢測，檢測結果對球罐的安全狀況等級的評定起到重要作用。
關鍵詞：聲發(fā)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
1 前言
寶鋼能源部15MnVNR鋼制2300m3氮氣球罐是由武漢鋼鐵設計院設計，冶金部十三冶金屬結構制造廠壓片組裝，焊后未進行熱處理。該球罐1982年8月建成，1985年4月投入使用至今已經有20年。
由于歷史原因，球罐制造質量較差，在焊縫中遺留較多的超標缺陷。掌握與了解這些超標缺陷是屬于"活動性缺陷"還是"非活動性缺陷"，直接關系到球罐今后的安全運行。為此在球罐進行水壓試驗期間采用聲發(fā)射技術對埋藏超標缺陷進行跟蹤監(jiān)測，以達到保證球罐安全使用的目的。
2 球罐基本參數(shù)
設計壓力：0.69MPa；公稱容積：2300m3；工作壓力：0.63MPa；公稱壁厚：20mm；工作介質：氮氣；材質：15MnVNR；工作溫度：常溫；水壓試驗壓力：0.79MPa。
3 球罐的使用及定期檢驗
在用2300m3氮氣球罐先后經六次開罐，檢查時間是：第一次在1988年；第二次在1992年；第三次在1996年；第四次在1999年；第五次在2002年。圖1-2列出2臺球罐檢測的超標缺陷所在的位置，2#氮氣球罐超標缺陷更為嚴重，2臺球罐安全狀況等級均不具備定為3級的條件。為此曾采取CVDA-1984《壓力容器缺陷評定規(guī)范》進行安全評定，經安全評定，這些缺陷允許保留。
4 聲發(fā)射檢測
2臺氮氣球罐保留的超標缺陷是"活動性缺陷"還是"非活動性缺陷"，直接關系到球罐今后的安全運行與評級，因為生產需要，這2臺球罐還要繼續(xù)使用，為此在第六次球罐開罐檢驗時采用了聲發(fā)射技術對球罐保留的超標缺陷進行檢測，以確保球罐在下一個檢驗周期內的安全使用。
4.1 聲發(fā)射檢測原理
材料受外力或內力作用會產生變形或斷裂，并以彈性波形式釋放出應變能的現(xiàn)象，稱為聲發(fā)射（Acoustic Emisson簡稱AE），用儀器檢測、記錄、分析聲發(fā)射信號并利用聲發(fā)射信號推斷聲發(fā)射源的方法就是聲發(fā)射檢測技術。材料在應力作用下產生塑性變形、裂紋萌生與擴展、夾雜物的斷裂和脫開等,是結構失效的重要機制，也是典型的聲發(fā)射源。利用聲發(fā)射技術對壓力容器進行檢測時，通過對球罐加壓，使球罐內存在的活動性缺陷受力活動，產生聲發(fā)射信號，然后參照相關標準對檢測到的聲發(fā)射信號進行評價，并對聲發(fā)射源的級別進行評定。
4.2 測試儀器及主要參數(shù)
本次聲發(fā)射檢測采用美國PAC DiSP32型多通道聲發(fā)射系統(tǒng)，主要參數(shù)：背景噪聲小于30dB；門檻值：40 dB；增益：40 dB；模擬源：Φ0.5mmHB鉛芯折斷信號；傳感器：高靈敏度傳感器；檢測頻率：100～400kHz。
4.3 技術準備
（1）資料審查：包括設計壓力、設計溫度、操作壓力及操作溫度、介質、幾何尺寸、材質、制造工藝及超標缺陷所在的位置情況等；
（2）在現(xiàn)場勘察時要找出可能出現(xiàn)的噪聲源并設法予以排除（如內壁腳手架必須拆除，外壁腳手架不能與球殼直接接觸，避免雷雨天氣檢測等）；
（3）確定加壓程序；
（4）布置換能器陣列并設定檢測條件。
4.4 聲發(fā)射檢測陣列布置
聲發(fā)射檢測的重點是監(jiān)測球罐存在埋藏缺陷部位和立柱、接管部位在水壓試驗升壓過程中有無聲源，聲發(fā)射檢測陣列布置選取球面三角定位，探頭間距控制在5～8米（根據(jù)信號衰減情況定），1#、2#氮球罐超聲波檢測缺陷部位見圖1、圖2。
4.5 聲發(fā)射檢測執(zhí)行標準
聲發(fā)射檢測執(zhí)行GB/T18182－2000《金屬壓力容器聲發(fā)射檢測及結果評價方法》。
4.6 聲發(fā)射系統(tǒng)標定
在聲發(fā)射檢測前后對聲發(fā)射系統(tǒng)各通道進行了標定，以確保在檢測過程中各通道正常工作，標定結果滿足工程檢測要求。
4.7 聲發(fā)射檢測結果
水壓試驗升壓曲線見圖3。各階段的檢測結果見圖4-15。從計數(shù)－時間參數(shù)圖和能量－時間參數(shù)圖，可以看出，在0.1～0.63MPa升壓階段信號很多，幅度、計數(shù)、能量等特征參數(shù)值較低，分析時只作參考。高壓階段（0.63～0.79MPa）信號相對較少，沒有形成集中聲源。在0.79MPa保壓階段的聲發(fā)射信號很少，且幅度、計數(shù)、能量等特征參數(shù)值較低。表明該球罐在0.79MPa壓力下是穩(wěn)定的。評定結果：1#、2#球罐在工作壓力及水壓試驗壓力保壓階段沒有定位聲源，球罐保留的超標缺陷均處于穩(wěn)定狀態(tài)。
6 結論
（1）對在用2300m3 1#、2#氮氣球罐的聲發(fā)射檢測結果的綜合分析，在工作狀態(tài)及水壓試驗狀態(tài)下球罐保留的超標缺陷均處于穩(wěn)定狀態(tài)、為"非活動性"缺陷。
（2）聲發(fā)射技術作為一種動態(tài)監(jiān)測的方法，能夠有效地確認球罐保留的超標缺陷是否為活動缺陷，為球罐安全狀況等級的評定起到了重要作用。
（3）根據(jù)對2300m3 1#、2#氮氣球罐的全面檢測與綜合評定后，球罐安全狀況等級定為3級，對球罐在下一周期內的安全運行提供了保證。