張中利 何鑫業(yè)

摘 要：聲發(fā)射技術(shù)是目前日漸成熟的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，在化工設(shè)備檢測(cè)中得到了有效應(yīng)用。本文通過(guò)分析聲發(fā)射技術(shù)的特點(diǎn)及檢測(cè)方法，對(duì)其在壓力容器和常壓儲(chǔ)罐中的應(yīng)用效果展開(kāi)了研究，核心目的為保證加強(qiáng)化工設(shè)備檢測(cè)，使其在石化企業(yè)中得到有效應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：化工設(shè)備；檢測(cè)；聲發(fā)射技術(shù)

中圖分類號(hào)：TB52 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）08-0049-01

1 聲發(fā)射技術(shù)特點(diǎn)

聲發(fā)射簡(jiǎn)稱為AE，主要是指材料內(nèi)部在受到外界因素的影響下，與能量快速釋放同時(shí)產(chǎn)生的瞬態(tài)彈性波現(xiàn)象。在自然界中，聲發(fā)射是一種比較常見(jiàn)的物理現(xiàn)象，如果在音頻范圍內(nèi)釋放足夠多的應(yīng)變能，就會(huì)聽(tīng)見(jiàn)聲?shū)Q，而且當(dāng)木材折斷、金屬材料塑性形變或斷裂時(shí)都會(huì)出現(xiàn)聲發(fā)射信號(hào)。但是，聲發(fā)射信號(hào)強(qiáng)度較弱，人耳無(wú)法聽(tīng)到，要在傳感器、電子儀器的基礎(chǔ)上才能被檢測(cè)出來(lái)。聲發(fā)射技術(shù)在應(yīng)用時(shí)包括以下優(yōu)勢(shì)：（1）能夠檢測(cè)對(duì)結(jié)構(gòu)安全有害的活性缺陷。通過(guò)聲發(fā)射技術(shù)可以對(duì)活性缺陷的動(dòng)態(tài)信息進(jìn)行檢驗(yàn)，從而評(píng)價(jià)缺陷對(duì)結(jié)構(gòu)安全造成的影響。（2）針對(duì)大型構(gòu)件能夠進(jìn)行整體或范圍的快速檢測(cè)，在提高檢測(cè)效率方面具有重要意義。（3）能夠?yàn)榛て髽I(yè)提供活性缺陷在時(shí)間、溫度等外部因素影響下的實(shí)際信息，在工業(yè)生產(chǎn)在線監(jiān)控中具有重要作用。（4）由于對(duì)被檢測(cè)件的接近要求不是特別高，應(yīng)用其他方法無(wú)法在適當(dāng)?shù)沫h(huán)境下完成檢測(cè)，如高低溫、易燃易爆等環(huán)境。（5）對(duì)于構(gòu)件的幾何形狀不是特別敏感，應(yīng)用聲發(fā)射技術(shù)會(huì)對(duì)形狀復(fù)雜的構(gòu)件進(jìn)行全面檢測(cè)[1]。

2 化工設(shè)備中聲發(fā)射技術(shù)檢測(cè)方法

2.1 聲發(fā)射技術(shù)的檢測(cè)流程

在化工設(shè)備檢測(cè)中，聲發(fā)射技術(shù)的應(yīng)用流程為：做好各項(xiàng)檢測(cè)的準(zhǔn)備工作；明確傳感器陣列；安置聲發(fā)射傳感器，確保聲發(fā)射技術(shù)耦合良好；完成接線后檢查線路，確定檢測(cè)條件；清除一切噪音干擾；校正檢測(cè)系統(tǒng)；評(píng)定數(shù)據(jù)處理結(jié)果；出示檢測(cè)報(bào)告。

2.2 聲發(fā)射源特征分析

要向?qū)て髽I(yè)中壓力容器聲發(fā)射信號(hào)源進(jìn)行分析和解釋，務(wù)必充分了解現(xiàn)場(chǎng)壓力容器聲發(fā)射源特征，有可能遇到的缺陷包括：（1）裂紋拓寬。裂紋是導(dǎo)致化工設(shè)備損壞的根本原因，具體步驟為形成裂紋、裂縫尖端變形、裂紋拓寬等。當(dāng)塑形材料受到外力作用時(shí)，由于第一相應(yīng)質(zhì)點(diǎn)與基本材料變形不一致，通常會(huì)在質(zhì)點(diǎn)上面形成微孔，在外力組間增加時(shí)，微孔會(huì)不斷擴(kuò)大，并且與相鄰微孔連接在一起，形成裂紋。裂紋尖端的應(yīng)力比較集中，從而形成塑形區(qū)域，一旦受到外力作用，塑性區(qū)域就會(huì)出現(xiàn)微觀裂紋，逐漸擴(kuò)展成宏觀裂紋。一般情況下，脆性材料大不會(huì)出現(xiàn)比較顯著的塑性變形，裂紋的形成原因?yàn)槲诲e(cuò)塞積，發(fā)展速度非常快[2]。（2）氣孔、未焊透、未熔合等焊接問(wèn)題。壓力容器在焊接過(guò)程中，如果采用的焊接工藝不合理，就會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)焊接問(wèn)題，如氣孔、夾渣以及未熔合等焊接問(wèn)題經(jīng)常同時(shí)出現(xiàn)。據(jù)壓力容器聲發(fā)射試驗(yàn)結(jié)果可知，當(dāng)大部分缺陷處于正常水壓試驗(yàn)條件下時(shí)，不會(huì)輕易產(chǎn)生聲發(fā)射信號(hào)，但是也有例外存在。上述缺陷所產(chǎn)生的聲發(fā)射定位源比較集中，在聲發(fā)射檢測(cè)過(guò)程中，通常在小于壓力容器運(yùn)行壓力下才會(huì)產(chǎn)生聲發(fā)射定位源信號(hào)。（3）結(jié)構(gòu)摩擦。在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)壓力容器加壓試驗(yàn)時(shí)，容器殼體會(huì)發(fā)生一定的改變，導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)在摩擦的情況下產(chǎn)生大量聲發(fā)射定位源信號(hào)。結(jié)構(gòu)摩擦產(chǎn)生的原因包括容器支座、腳手架、保溫支撐環(huán)以及平臺(tái)等部位的焊接。（4）泄漏。裂紋人孔、穿透、法蘭的泄漏都會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)聲發(fā)射信號(hào)，該種聲發(fā)射信號(hào)具有連續(xù)性特點(diǎn)，所以不能采用時(shí)差定位法予以定位。但是，通過(guò)分析多通道儀器得出，探頭越接近泄漏源的通道，收集的聲發(fā)射信號(hào)就會(huì)越多，信號(hào)幅度、能量等參數(shù)也會(huì)越大。

3 化工設(shè)備檢測(cè)中聲發(fā)射技術(shù)的應(yīng)用

3.1 聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)的原理

圖1為的聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)原理圖，由此可知，聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)主要由聲發(fā)射源、聲電轉(zhuǎn)換、信號(hào)放大、信號(hào)處理以及信號(hào)記錄與顯示組成。在實(shí)際的檢測(cè)過(guò)程中，聲發(fā)射源即設(shè)備缺陷發(fā)射出的彈性波。彈性波在設(shè)備中傳播會(huì)達(dá)到材料表面，而材料表面安裝的傳感器能夠檢測(cè)并收集彈性波，從而引發(fā)振動(dòng)，逐漸將振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。之后對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大、處理等操作，變成相應(yīng)的特征參數(shù)，顯示之后記錄下來(lái)。最終經(jīng)過(guò)分析實(shí)現(xiàn)缺陷位置、缺陷類型、發(fā)生時(shí)間以及荷載量的判定[3]。

3.2 在壓力容器無(wú)損檢測(cè)中的應(yīng)用

作為一種動(dòng)態(tài)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，聲發(fā)射技術(shù)憑借著動(dòng)態(tài)性、實(shí)時(shí)性、高效性以及整體性等特點(diǎn)，在壓力容器質(zhì)量檢驗(yàn)、在線監(jiān)測(cè)等方面得到了廣泛應(yīng)用。目前，我國(guó)已經(jīng)制定并發(fā)布了與之相關(guān)的檢測(cè)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，采用聲發(fā)射技術(shù)與應(yīng)力測(cè)定兩種方法檢驗(yàn)加氫精制預(yù)反應(yīng)器，結(jié)果表明，新檢驗(yàn)技術(shù)及評(píng)價(jià)方法在評(píng)定容器安全時(shí)，能夠確保容器的安全性和可行性。在壓力容器中應(yīng)用聲發(fā)射技術(shù)，主要對(duì)容器中活性缺陷進(jìn)行研究，能夠在水壓試驗(yàn)或其他試驗(yàn)中應(yīng)用少量的固定換能器，從而獲得準(zhǔn)確的活性缺陷動(dòng)態(tài)信息，另外，可以利用時(shí)差定位、區(qū)域定位等方法確定活性缺陷中聲發(fā)射源位置。以美國(guó)MANSANTO化工企業(yè)利用聲發(fā)射技術(shù)對(duì)內(nèi)部大量的壓力容器進(jìn)行了檢測(cè)，而且該技術(shù)在日本、意大利以及中國(guó)等眾多國(guó)家都得到了有效應(yīng)用。

3.3 在常壓儲(chǔ)罐檢測(cè)中的應(yīng)用

常壓儲(chǔ)罐在化工企業(yè)中是一種非常容易發(fā)生事故的設(shè)備，要想確保化工設(shè)備的有效應(yīng)用，一定要順利解決儲(chǔ)罐中存在的安全性、經(jīng)濟(jì)性等問(wèn)題。通過(guò)對(duì)我國(guó)儲(chǔ)罐擁有量、檢測(cè)水平以及特殊生產(chǎn)技藝進(jìn)行分析，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)無(wú)法完成所有儲(chǔ)罐的檢驗(yàn)和維修。在這種情況下，對(duì)于危險(xiǎn)性強(qiáng)、需要重點(diǎn)檢查的儲(chǔ)罐無(wú)法在科學(xué)依據(jù)下完成全面檢查，使化工設(shè)備存在安全隱患，直接影響化工企業(yè)生產(chǎn)效率，甚至?xí)斐山?jīng)濟(jì)損失?，F(xiàn)階段，大部分化工企業(yè)為了提升自身的經(jīng)濟(jì)效益，制定化工設(shè)備長(zhǎng)周期運(yùn)行制度，即兩年一檢修或三年一檢修。雖然延長(zhǎng)檢修周期的方法能夠增強(qiáng)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，但是化工設(shè)備的安全得不到保障，導(dǎo)致生產(chǎn)過(guò)程存在眾多問(wèn)題。因此，目前急需一種經(jīng)濟(jì)、安全的儲(chǔ)罐檢測(cè)方法，通過(guò)聲發(fā)射技術(shù)的應(yīng)用，可以對(duì)金屬常壓儲(chǔ)罐進(jìn)行不停產(chǎn)的檢測(cè)。如果能夠在源特性的基礎(chǔ)上對(duì)聲發(fā)射源特性及儲(chǔ)罐活性缺陷之間的關(guān)系進(jìn)行分析，將會(huì)為全新、可靠性強(qiáng)、高效性的檢測(cè)技術(shù)的開(kāi)發(fā)奠定基礎(chǔ)，有利于儲(chǔ)罐開(kāi)罐檢驗(yàn)周期及風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)定[4]。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，石油化工產(chǎn)業(yè)主要是在石油的基礎(chǔ)上生產(chǎn)各種化工產(chǎn)品，而化工設(shè)備則是應(yīng)用在石油企業(yè)中的設(shè)備，直接決定著化工企業(yè)的生產(chǎn)水平。由此可見(jiàn)，化工設(shè)備的檢測(cè)顯得十分重要，可以利用聲發(fā)射技術(shù)對(duì)壓力容器、常壓儲(chǔ)罐進(jìn)行檢測(cè)，促進(jìn)石油化工企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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