在用15MnVNR钢制2300m3氮气球罐声发射检测

在用15MnVNR钢制2300m3氮气球罐声发射检测

摘 要：本文主要介绍宝钢在用15MnVNR钢制2300m3氮球罐因制造质量差，焊缝中遗留较多的超标缺陷，为了掌握与了解这些超标缺陷是否属于"活动性缺陷"，采用声发射技术对埋藏超标缺陷进行跟踪检测，检测结果对球罐的安全状况等级的评定起到重要作用。
关键词：声发射（AE）；无损检测；评定 超声波液位计 超声波物位计 超声波清洗机 超声波测厚仪 洗片机
1 前言
宝钢能源部15MnVNR钢制2300m3氮气球罐是由武汉钢铁设计院设计，冶金部十三冶金属结构制造厂压片组装，焊后未进行热处理。该球罐1982年8月建成，1985年4月投入使用至今已经有20年。
由于历史原因，球罐制造质量较差，在焊缝中遗留较多的超标缺陷。掌握与了解这些超标缺陷是属于"活动性缺陷"还是"非活动性缺陷"，直接关系到球罐今后的安全运行。为此在球罐进行水压试验期间采用声发射技术对埋藏超标缺陷进行跟踪监测，以达到保证球罐安全使用的目的。
2 球罐基本参数
设计压力：0.69MPa；公称容积：2300m3；工作压力：0.63MPa；公称壁厚：20mm；工作介质：氮气；材质：15MnVNR；工作温度：常温；水压试验压力：0.79MPa。
3 球罐的使用及定期检验
在用2300m3氮气球罐先后经六次开罐，检查时间是：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。图1-2列出2台球罐检测的超标缺陷所在的位置，2#氮气球罐超标缺陷更为严重，2台球罐安全状况等级均不具备定为3级的条件。为此曾采取CVDA-1984《压力容器缺陷评定规范》进行安全评定，经安全评定，这些缺陷允许保留。
4 声发射检测
2台氮气球罐保留的超标缺陷是"活动性缺陷"还是"非活动性缺陷"，直接关系到球罐今后的安全运行与评级，因为生产需要，这2台球罐还要继续使用，为此在第六次球罐开罐检验时采用了声发射技术对球罐保留的超标缺陷进行检测，以确保球罐在下一个检验周期内的安全使用。
4.1 声发射检测原理
材料受外力或内力作用会产生变形或断裂，并以弹性波形式释放出应变能的现象，称为声发射（Acoustic Emisson简称AE），用仪器检测、记录、分析声发射信号并利用声发射信号推断声发射源的方法就是声发射检测技术。材料在应力作用下产生塑性变形、裂纹萌生与扩展、夹杂物的断裂和脱开等,是结构失效的重要机制，也是典型的声发射源。利用声发射技术对压力容器进行检测时，通过对球罐加压，使球罐内存在的活动性缺陷受力活动，产生声发射信号，然后参照相关标准对检测到的声发射信号进行评价，并对声发射源的级别进行评定。
4.2 测试仪器及主要参数
本次声发射检测采用美国PAC DiSP32型多通道声发射系统，主要参数：背景噪声小于30dB；门槛值：40 dB；增益：40 dB；模拟源：Φ0.5mmHB铅芯折断信号；传感器：高灵敏度传感器；检测频率：100～400kHz。
4.3 技术准备
（1）资料审查：包括设计压力、设计温度、操作压力及操作温度、介质、几何尺寸、材质、制造工艺及超标缺陷所在的位置情况等；
（2）在现场勘察时要找出可能出现的噪声源并设法予以排除（如内壁脚手架必须拆除，外壁脚手架不能与球壳直接接触，避免雷雨天气检测等）；
（3）确定加压程序；
（4）布置换能器阵列并设定检测条件。
4.4 声发射检测阵列布置
声发射检测的重点是监测球罐存在埋藏缺陷部位和立柱、接管部位在水压试验升压过程中有无声源，声发射检测阵列布置选取球面三角定位，探头间距控制在5～8米（根据信号衰减情况定），1#、2#氮球罐超声波检测缺陷部位见图1、图2。
4.5 声发射检测执行标准
声发射检测执行GB/T18182－2000《金属压力容器声发射检测及结果评价方法》。
4.6 声发射系统标定
在声发射检测前后对声发射系统各通道进行了标定，以确保在检测过程中各通道正常工作，标定结果满足工程检测要求。
4.7 声发射检测结果
水压试验升压曲线见图3。各阶段的检测结果见图4-15。从计数－时间参数图和能量－时间参数图，可以看出，在0.1～0.63MPa升压阶段信号很多，幅度、计数、能量等特征参数值较低，分析时只作参考。高压阶段（0.63～0.79MPa）信号相对较少，没有形成集中声源。在0.79MPa保压阶段的声发射信号很少，且幅度、计数、能量等特征参数值较低。表明该球罐在0.79MPa压力下是稳定的。评定结果：1#、2#球罐在工作压力及水压试验压力保压阶段没有定位声源，球罐保留的超标缺陷均处于稳定状态。
6 结论
（1）对在用2300m3 1#、2#氮气球罐的声发射检测结果的综合分析，在工作状态及水压试验状态下球罐保留的超标缺陷均处于稳定状态、为"非活动性"缺陷。
（2）声发射技术作为一种动态监测的方法，能够有效地确认球罐保留的超标缺陷是否为活动缺陷，为球罐安全状况等级的评定起到了重要作用。
（3）根据对2300m3 1#、2#氮气球罐的全面检测与综合评定后，球罐安全状况等级定为3级，对球罐在下一周期内的安全运行提供了保证。