基于声发射的球罐检验

刘功祥*

（江苏省特种设备安全监督检验研究院）

0 前言

球形储罐是一种常见的大型储存容器，常用于储存、盛装气体、液体、液化气体等介质，其具有存储容积大、受压均衡、节省金属材料及占地少等优点，被广泛应用于化工行业。球形储罐中储存的介质一般是有毒有害的危险化学品，一旦球罐失效，后果是极为严重的。由于一些历史原因，目前有许多超出设计寿命的球罐仍在使用。该类球罐检验时，目前常规的检验手段往往无法满足检测要求。

声发射检测技术是一种用仪器探测、记录、分析声发射信号和利用声发射信号推断声发射源的技术。声发射技术是一种新型的无损检测方法，相对于传统无损检测方法，其具有可实时监测、覆盖范围广等优势，目前已被广泛用于压力容器的缺陷检测和结构完整性评价。

1 球罐主要技术参数

本次检验的球罐已投用超过20 年，其主要技术参数如表1 所示。

2 球罐检验过程

本次检验采用美国PAC 公司的SAMOS 型48 通道声发射仪，传感器型号为R15I。根据声发射球面定位方式布置传感器，具体如图1 所示，声发射仪器的具体参数设置情况如表2 所示[1-4]。

表1 液化石油气球罐的主要技术参数

图1 球罐声发射传感器布置

表2 声发射仪器参数设定

2.1 程序加载

检测时对盛装有介质的球罐进行2 次循环加压与降压，该检测的主要目的是依据NB/T 47013.9—2012《承压设备无损检测 第9 部分：声发射检测》标准对球罐的焊接缺陷进行活性等级评价。检测时可在球罐表面布置30 个传感器，从而实现对加载过程中球罐的活性缺陷扩展情况进行有效监测。检测过程中的噪声干扰均在可接受范围内。第一次加载试验选定球罐的最高工作压力为1.67 MPa，并以该压力的1.1倍（即1.837 MPa）为最高试验压力进行2 个循环加载过程。具体参数加载情况如图2 所示。

图2 声发射检测加载过程载荷曲线

2.2 事件定位及汇总

声发射检测加载过程中球罐各阶段情况如图3～图10 所示。

图3 1.2 ～1.4 MPa升压阶段

图4 1.4 MPa保压阶段

图5 1.4～1.6 MPa升压阶段

图6 1.6 MPa保压阶段

图7 1.6～1.837 MPa升压阶段

图8 1.837 MPa保压阶段

图9 1.55～1.8 MPa升压阶段

图10 1.8 MPa保压阶段

依据NB/T 47013.9—2012 标准，在2 次升压和保压过程中对容器进行声发射检测，并确定球罐内部的声发射源。经使用单位管理人员确认，球罐日常使用压力一般小于1.67 MPa，因此检测时进行几个压力梯度的升压过程，最终达到最高试验压力。在1.2～1.4 MPa 升压阶段和1.4～1.6 MPa 升压阶段中， 3号和10 号传感器附近出现了少量的声发射事件，然而这2 个压力梯度的保压阶段则没有出现声发射事件。在1.55～1.8 MPa 升压阶段， 3 号和10 号传感器附近又出现了2 次声发射事件，但数量极少，按照NB/T 47013.9—2012 标准中第6.2 条表1 规定进行判别，这2 处声发射源均为中活性。球罐材质为16MnR，参照NB/T 47013.9—2012 标准第6.3 条表4规定，从各通道采集到的声发射信号最大幅值均在60 dB 以下，判定声发射源的强度等级为低强度。依据NB/T 47013.9—2012 标准第6.4 条中表5 规定，球罐上小环缝西侧（3 号传感器附近焊缝）的声发射综合等级判定为Ⅱ级，上大环缝南侧（9 号传感器至10号传感器附近焊缝）的声发射综合等级判定为Ⅱ级。依据NB/T 47013.9—2012 标准中第7.2 条规定，可根据球罐的实际使用情况由检验人员确定是否采用其他无损检测方法进行复验。

3 结论

随着我国石油化工行业迅速发展，液化石油气球罐的需求量也呈现逐年上升趋势。该类球罐定期检验，尤其是服役超过20 年以上的球罐检验时，应该加强对其内部缺陷的检测。而声发射检测的主要目的就是根据声发射源的部位，分析声发射源的性质。依据声发射发生的时间或载荷，评定声发射源的严重性。一般而言，超标声发射源还要用其他无损检测方法进行局部复检，从而精确获得缺陷的性质与大小。由此可见，声发射检测技术在超期服役的球罐检验中的应用将越来越广泛。