声发射技术对在用天然气储罐的检验及分析

宋鹏

摘 要：开罐检验是天然气储罐一直沿用的检罐方法，但它对在用天然气储罐检验时，会造成影响生产、浪费能源、降低安全等缺陷。文章介绍了声发射技术检验方法及利用声发射技术顺利检验在用天然气储罐的实际过程，并着重分析了利用声发射技术检验在用天然气储罐的优势及声发射技术检验的适宜范围。

关键词：开罐检验；天然气储罐；声发射技术检验

1 背景

沈阳燃气有限公司现有8座1000m3天然气球形储罐（以下简称球罐）均正常使用，总储气能力为6.4×104m3。由于球罐属于压力容器，依据国家质量监督检验检疫总局下发压力容器定期检验规则（TSG R7001-2013）中的相关规定，沈阳特种设备检测研究院（以下简称特检院）对8个球罐进行安全状况评定后，确定检验周期为3年。由于8个球罐在日常使用中，起到调峰保压的作用，均属于在用储罐，若采用开罐检验方法，就必须停产，而且在检罐过程中，也会造成一定的检验缺陷。经与特检院技术人员研究确认后，2012年11月10日，首次利用声发射技术对球罐进行检测，检测结果合格。

2 开罐检验及对在用储罐的检验缺陷

2.1 沈阳燃气有限公司对在用储罐进行开罐检验的方法

2.1.1 前期准备：按照检验周期，由技术部上报开罐检验申请，申请确认后，由生产调度部根据实际情况确定检验时间，特检院技术人员出具检验方案，方案确认后，技术部将检验方案分送给储配站、生产调度部、安全管理部等职能部门，储配站工作人员依据检验方案上报一定数量的检验材料。

2.1.2 检验过程：在现场满足安全条件后，由储配站工作人员将球罐中储存的气体排放出去，再对球罐进行气体置换，置换结束符合要求后，由特检院检验人员在球罐内外壁搭设脚手架，对球罐进行全面检测，检测合格后，去除脚手架，封罐，做气密性试验，最后由储配站工作人员重新进行气体置换并充入天然气保证正常使用。为保证检验安全完成，检验全程必须有沈阳燃气有限公司及特检院安全管理人员监督检查。

2.2 对在用储罐开罐检验的缺陷

2.2.1 影响生产：对在用储罐开罐检验，储罐在检验过程中必须停用，由于检验时需要在储罐内外搭设脚手架，检验后，还要将脚手架拆除，根据检验方案及实际检验情况，单个储罐检验需10～15天。这就需要生产单位提前做好排产计划，将储罐停用损失降到最小。

2.2.2 能源、人员浪费：采用开罐检验，开罐前，无法排尽的天然气只能利用点火塔燃烧掉；检验过程中用氮气进行置换，消耗的氮气量；罐体上的阀门、人孔开闭过程，均易造成螺栓、垫片、阀门等的损坏，这些都是能源损失。而为保证检验安全顺利完成，在前期准备和检验过程中所有人员必须现场监督。

2.2.3 损伤罐体：由于储罐一般较高（球罐直径为12米），人孔部分较小，在罐体内部搭接、拆除脚手架时，易造成罐体内部划伤，影响检验结果。

2.2.4 易出危险：储罐内脚手架的搭设及对储罐内壁检验，均是在密闭空间作业，且储罐内通风不良、光线昏暗，易出现危险。

3 声发射技术检验的原理

声发射检测是无损检测中的一种，利用的是声音传播原理，即振动源发出的声波通过空气介质传入接收机构。在储罐检验过程中，储罐作为振动源若当内部的结构发生变化或承受载荷时，会以应力波的形式向外释放能量，应力波传播到接收机构的表面，引起可以用声发射传感器探测的表面位移，这些探测器将机械振动转换为电信号，然后再被放大、处理和记录，通过对所得到的数据进行分析，最终评定声发射源的参数性质。

4 利用声发射技术检验过程

2012年11月10日，沈阳燃气有限公司首次利用声发射技术对两台球罐进行检测，检测结果合格。主要过程如下：

（1）由于已与特检院技术人员就声发射检验方案进行了论证，技术部在上报检验申请时，两台球罐共申请检验时间为五天（包括前期准备时间）。由于入冬后调峰压力较大，经生产调度部确认后，定于11月10日、11日两天进行声发射检测。技术部将检验方案分送给储配站、生产调度部、安全管理部等职能部门。由于根据检验方案，不会造成材料消耗，即储配站工作人员不用上报检验材料。

（2）11月8日，由特检院检验人员在两台球罐外壁搭设脚手架，并在一台球罐外表面均匀放置传感器用于接收数据。安装部位先打磨露出金属光泽，再涂上耦合剂，最后用磁性夹具将传感器牢固固定。由于入冬后天气原因，整个过程持续两天时间完成。

（3）11月10日上午8点，进行声发射系统调试过程：将传感器与检测设备连接，依据承压设备无损检测标准（NB/T47013.9-2012）进行系统灵敏度的校准、系统源定位的校准、背景噪音测量等方面调试，合格后进行检测试验。

（4）11月10日上午9点半，进行球罐检测：按照金属压力容器声发射检测及结果评价方法（GB/T18182-2012）的要求，并结合球罐现场的实际情况（球罐中有1.2MPa压力的天然气），对球罐采取两次加压循环过程。利用CNG槽车对球罐充气升压，在10～30min内，使压力从1.2MPa匀速上升至1.45MPa，稳压30min以上。将球罐中压力降回到1.2MPa，重复上述过程，降压到初始状态。

（5）11月10日中午12点，一台球罐检验完成，检测结果满足要求。检测人员又将已检球罐上的传感器放置在另一台球罐上。

（6）11月10日下午3点，开始按同样步骤对另一台球罐进行检测，晚7点，检测完成，另一台球罐也满足要求。

5 对在用储罐声发射检验的优势

5.1 可靠性高：由于声发射传感器能接收到非常微弱的信号，同时声发射信号的高频特性，排除了很多环境噪声，使得声发射能比开罐检验更早的发现故障。

5.2 无需开罐：由于声发射检验只需在罐体外部放置传感器，即可进行检验，因此检验时间2～3天即可完成，对在用储罐不需要停用，不会造成能源、材料浪费，罐体内部划伤，安全性更高。

6 声发射技术检验的适宜范围

6.1 声发射技术检验需对储罐进行两次加压循环过程，对于暂时停用的储罐，若不考虑检验时间，开罐检验更适合。

6.2 企业在选择检验方法时，应全面考虑各项成本费用后，选择最适宜方法检测。

6.3 由于声发射检测只能通过测量结果定性定量的确认缺陷，而不能直观分析出缺陷对储罐运行的危害程度，因此，对于已投运年限较长的储罐，经声发射技术检测出缺陷后，还要进一步开罐确认缺陷具体情况。即声发射技术检验投产年限较短的储罐更适合。

参考文献

[1]TSG R7001-2013.压力容器定期检验规则[S].

[2]NB/T47013.9-2012.承压设备无损检测标准[S].

[3]GB/T18182-2012.金属压力容器声发射检测及结果评价方法[S].endprint