儲(chǔ)灰罐聲發(fā)射在線檢測(cè)應(yīng)用研究

袁希

【摘 要】?jī)?chǔ)灰罐是一種封閉式的儲(chǔ)存散裝物料的設(shè)備，在固井作業(yè)中主要用于儲(chǔ)存、干混水泥、粉煤灰等各種散裝物料，由于設(shè)備受到瞬時(shí)升壓、降壓這種壓力波動(dòng)的影響，在應(yīng)力集中處（結(jié)構(gòu)不連續(xù)、原始制造缺陷）可能產(chǎn)生裂紋，對(duì)設(shè)備的安全使用產(chǎn)生影響，本文研究了灰罐聲發(fā)射進(jìn)行在線檢測(cè)技術(shù)，對(duì)一臺(tái)水泥灰罐進(jìn)行了聲發(fā)射檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)了多處超標(biāo)缺陷，結(jié)果表明聲發(fā)射對(duì)于瞬時(shí)承壓設(shè)備的檢測(cè)有較好的適應(yīng)性。

【關(guān)鍵詞】聲發(fā)射；灰罐

【Abstract】Gray tank is a closed storage equipment bulk material，used for storing cement bulk materials，since the device being affected by pressure fluctuations，possible cracks produced in the stress concentration，have an impact on the safe use of equipment，this paper studies the acoustic emission detection technology，the results show that acoustic emission testing equipment for the instantaneous pressure has better adaptability.

【Key words】AE Cement tank

儲(chǔ)灰罐是一種封閉式的儲(chǔ)存散裝物料的設(shè)備，在固井作業(yè)中主要用于儲(chǔ)存、干混水泥、粉煤灰等各種散裝物料，正常工作狀態(tài)為常壓，卸料、干混時(shí)需要通入壓縮空氣使物料流化來實(shí)現(xiàn)氣力輸送，根據(jù)物料比重的不同卸料時(shí)壓力可達(dá)到0.3～0.4MPa。由于設(shè)備受到瞬時(shí)升壓、降壓這種壓力波動(dòng)的影響，在應(yīng)力集中處（結(jié)構(gòu)不連續(xù)、原始制造缺陷）可能產(chǎn)生裂紋，對(duì)設(shè)備的安全使用產(chǎn)生影響，根據(jù)報(bào)道國內(nèi)已發(fā)生過多次灰罐爆炸事故，所以對(duì)于使用年限較長(zhǎng)的罐體應(yīng)進(jìn)行安全評(píng)價(jià)以減低風(fēng)險(xiǎn)。常規(guī)開罐檢測(cè)需要進(jìn)行內(nèi)部清理，而清理過程中罐內(nèi)殘留物會(huì)產(chǎn)生大量粉塵，極難處理，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，為了縮短檢測(cè)周期，本文對(duì)應(yīng)用聲發(fā)射進(jìn)行在線檢測(cè)的方法進(jìn)行了研究[1]。

1 聲發(fā)射檢測(cè)原理

聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)是一種通過捕捉承壓設(shè)備在壓力作用下金屬材料內(nèi)部缺陷（如裂紋）萌生、擴(kuò)展、塑性變形、屈服、斷裂時(shí)所釋放的彈性能量進(jìn)行分析處理而確定材料內(nèi)部缺陷活動(dòng)情況的無損檢測(cè)新技術(shù)，檢測(cè)過程中不需要停機(jī)、清罐，只需將傳感器按照一定的分布方式布置在設(shè)備表面上，采用適當(dāng)?shù)姆绞浇o罐體加壓，監(jiān)測(cè)壓力變化過程缺陷部位中產(chǎn)生的聲發(fā)射信號(hào)并進(jìn)行處理，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的檢測(cè)（圖1），所以采用聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)可以對(duì)在用設(shè)備進(jìn)行在線動(dòng)態(tài)檢測(cè)與評(píng)價(jià)。

2 檢測(cè)研究

檢測(cè)對(duì)象選取一臺(tái)使用超過20年的水泥灰罐，該灰罐按照壓力容器規(guī)范進(jìn)行制造，型式為立式圓柱形筒體，罐下部為錐形，上封頭為橢圓形封頭，直徑為Ф2800mm，壁厚10mm，材質(zhì)為Q235，卸料時(shí)壓力0.3MPa，用于儲(chǔ)存水泥。

聲發(fā)射檢測(cè)設(shè)備采用美國PAC SAMOS 型48通道聲發(fā)射系統(tǒng)。檢測(cè)主要參數(shù)：背景噪聲小于33dB；門檻值40dB；增益40dB；模擬源為0.5mm的HB鉛芯折斷信號(hào)；傳感器為DP15I高靈敏度傳感器；檢測(cè)頻率為100—400kHz。

2.1 技術(shù)準(zhǔn)備

查看運(yùn)行記錄，確定設(shè)備運(yùn)行最高壓力等，并確定加壓程序。進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘察，排除外壁附屬物與罐壁直接接觸等可能出現(xiàn)的干擾源。

2.2 傳感器陣列布置

本次聲發(fā)射檢測(cè)需要對(duì)罐體進(jìn)行整體檢測(cè)，采用三角時(shí)差定位，沿筒體軸線方向布置四圈傳感器，每圈布置三個(gè)，上、下封頭各一個(gè)（傳感器陣列布置相對(duì)位置參見圖2），最大探頭間距為3.3米。為減少焊縫信號(hào)衰減的影響，布置時(shí)傳感器距相鄰環(huán)縱焊縫距離不小于100mm。

2.3 聲發(fā)射系統(tǒng)靈敏度校正和定位校準(zhǔn)

以硬度為2H的鉛筆芯折斷信號(hào)作為模擬源，對(duì)每個(gè)傳感器進(jìn)行標(biāo)定，保證每個(gè)通道響應(yīng)的幅度值與所有通道的平均幅度值之差不大于4dB，對(duì)響應(yīng)幅度值超出要求的通道進(jìn)行調(diào)整，以確保在檢測(cè)過程中各通道正常工作。

以1號(hào)傳感器做信號(hào)衰減測(cè)量，在傳感器1至傳感器8所在的直線上分別取與1號(hào)傳感器距離為100mm、300mm、600mm、1000mm、2000mm、4000mm的7個(gè)點(diǎn)作為測(cè)量點(diǎn)，每點(diǎn)測(cè)三次，取平均值獲得各點(diǎn)聲發(fā)射信號(hào)幅值，將得到的幅值輸入軟件，獲得衰減曲線對(duì)信號(hào)進(jìn)行衰減補(bǔ)償。

在1#傳感器信號(hào)附近，以硬度為2H的鉛筆芯折斷信號(hào)作為模擬源，根據(jù)信號(hào)傳至傳感器2、5、7的時(shí)間及傳感器之間的距離，求得信號(hào)傳至各通道的聲速，取其平均值為初始檢測(cè)聲速。

在傳感器（1、2、4）、（6、8、9）等形成的三角定位區(qū)域內(nèi)分別進(jìn)行斷鉛模擬源定位，根據(jù)定位的實(shí)際情況修正聲發(fā)射檢測(cè)速度，保證定位誤差不超過該傳感器陣列最大傳感器間距的±5%。

2.4 檢測(cè)過程

為使檢測(cè)數(shù)據(jù)更充分，結(jié)果更可靠，檢測(cè)采用二次加載過程，試驗(yàn)壓力為最大工作壓力的1.1倍，加壓曲線如圖3所示。加載過程盡可能平穩(wěn)，最大加載速度不可超過0.5MPa/min。

檢測(cè)過程分為一次升壓，一次保壓，二次升壓，二次保壓四個(gè)階段。

2 檢測(cè)數(shù)據(jù)分析及結(jié)果討論

不同檢測(cè)階段獲得的圖形如圖4，一次升壓階段檢測(cè)的聲發(fā)射信號(hào)較多，二次升壓階段信號(hào)明顯少于一次加壓過程，保壓過程信號(hào)增加相對(duì)較少，第二次保壓未發(fā)現(xiàn)信號(hào)，且信號(hào)源強(qiáng)度和活度呈下降趨勢(shì)。

通過對(duì)檢測(cè)信號(hào)的分析，發(fā)現(xiàn)聲發(fā)射事件的定位圖呈現(xiàn)局部集中和大面積分散兩個(gè)特點(diǎn)，對(duì)定位集中和分散的聲發(fā)射事件進(jìn)行了上升時(shí)間、計(jì)數(shù)、能量、持續(xù)時(shí)間等特征參數(shù)分析。結(jié)果表明，集中定位信號(hào)和分散定位信號(hào)的計(jì)數(shù)、能量、持續(xù)時(shí)間等參數(shù)沒有明顯差別。但是，以上兩種定位源的上升時(shí)間存在較大差異。集中定位聲發(fā)射源信號(hào)上升時(shí)間主要分布在300μs。分散聲發(fā)射源信號(hào)上升時(shí)間主要分布在400μs，兩者存在較大的差異。由于裂紋類聲發(fā)射信號(hào)為上升時(shí)間較短的突發(fā)型信號(hào)，且定位較為集中，所以分散信號(hào)為危險(xiǎn)缺陷的可能性較少，根據(jù)上升時(shí)間的不同通過軟件的過濾器將其排除，重點(diǎn)分析集中信號(hào)[2]。

根據(jù)結(jié)合聲發(fā)射信號(hào)源的活性及強(qiáng)度，GB/T 18182-2012《金屬壓力容器聲發(fā)射檢測(cè)及結(jié)果評(píng)價(jià)辦法》，共發(fā)現(xiàn)有效聲發(fā)射源13處，見圖5，有Ⅰ級(jí)缺陷5處，Ⅱ級(jí)缺陷8處，其信號(hào)源綜合等級(jí)如表2所示。

根據(jù)GB/T 18182-2012，9～13號(hào)聲發(fā)射源綜合等級(jí)為Ⅰ級(jí)不需要復(fù)驗(yàn)，泄壓后通過反標(biāo)定確定Ⅱ級(jí)聲發(fā)射源的實(shí)際位置，其中1、3、4、5、6、7、8號(hào)聲發(fā)射源位于焊縫位置且屬于中強(qiáng)度對(duì)其進(jìn)行復(fù)驗(yàn)，2號(hào)聲發(fā)射源為溫度表引管支撐架位置，支撐架與罐體存在碰撞，應(yīng)為碰撞信號(hào)，不復(fù)驗(yàn)。

對(duì)1、3、4、5、6、7、8號(hào)聲發(fā)射源進(jìn)行磁粉檢測(cè)+超聲檢測(cè)復(fù)驗(yàn)，3號(hào)聲發(fā)射源因結(jié)構(gòu)限制，只進(jìn)行磁粉檢測(cè)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)表面裂紋11條處（圖6），參照《壓力容器定期檢驗(yàn)規(guī)則》，結(jié)合該罐體的疲勞工況，該儲(chǔ)罐安全狀況較差，繼續(xù)使用較較高風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)停止使用并修理，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)證明，應(yīng)用聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)可以有效的發(fā)現(xiàn)灰罐上的危害性缺陷，對(duì)其安全性狀況作出評(píng)價(jià)，聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)在灰罐的檢測(cè)應(yīng)用方面有著其他檢測(cè)手段無法比擬的優(yōu)勢(shì)。

3 結(jié)論

儲(chǔ)灰罐雖然多數(shù)時(shí)間工作壓力為常壓，但在卸料、干混時(shí)設(shè)備受到瞬時(shí)升壓、降壓這種壓力波動(dòng)的影響，也可能產(chǎn)生危害性缺陷，隨著使用年限的增加，產(chǎn)生危害性缺陷的可能性也隨之增加，而針對(duì)其清理難的特點(diǎn)，采用聲發(fā)射檢測(cè)方法，可在不停車、不清罐的情況下對(duì)其進(jìn)行整體檢測(cè)，判斷其安全狀況，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，其在灰罐的在線檢測(cè)方面有較好的適用性。

【參考文獻(xiàn)】

[1]袁振明，馬羽寬，何澤云，等.聲發(fā)射技術(shù)及其應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1985：100-243.

[2]沈功田，耿榮生.聲發(fā)射信號(hào)的參數(shù)分析方法[J].無損檢測(cè)，2002，24（2）：72-77.

[責(zé)任編輯：李書培]