在用15MnVNR鋼制2300m3氮氣球罐聲發射檢測

摘 要：本文主要介紹寶鋼在用15MnVNR鋼制2300m3氮球罐因制造質量差，焊縫中遺留較多的超標缺陷，為了掌握與了解這些超標缺陷是否屬于"活動性缺陷"，采用聲發射技術對埋藏超標缺陷進行跟蹤檢測，檢測結果對球罐的安全狀況等級的評定起到重要作用。
關鍵詞：聲發射（AE）；無損檢測；評定 超聲波液位計 超聲波物位計 超聲波清洗機 超聲波測厚儀 洗片機
1 前言
寶鋼能源部15MnVNR鋼制2300m3氮氣球罐是由武漢鋼鐵設計院設計，冶金部十三冶金屬結構制造廠壓片組裝，焊后未進行熱處理。該球罐1982年8月建成，1985年4月投入使用至今已經有20年。
由于歷史原因，球罐制造質量較差，在焊縫中遺留較多的超標缺陷。掌握與了解這些超標缺陷是屬于"活動性缺陷"還是"非活動性缺陷"，直接關系到球罐今后的安全運行。為此在球罐進行水壓試驗期間采用聲發射技術對埋藏超標缺陷進行跟蹤監測，以達到保證球罐安全使用的目的。
2 球罐基本參數
設計壓力：0.69MPa；公稱容積：2300m3；工作壓力：0.63MPa；公稱壁厚：20mm；工作介質：氮氣；材質：15MnVNR；工作溫度：常溫；水壓試驗壓力：0.79MPa。
3 球罐的使用及定期檢驗
在用2300m3氮氣球罐先后經六次開罐，檢查時間是：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。圖1-2列出2臺球罐檢測的超標缺陷所在的位置，2#氮氣球罐超標缺陷更為嚴重，2臺球罐安全狀況等級均不具備定為3級的條件。為此曾采取CVDA-1984《壓力容器缺陷評定規范》進行安全評定，經安全評定，這些缺陷允許保留。
4 聲發射檢測
2臺氮氣球罐保留的超標缺陷是"活動性缺陷"還是"非活動性缺陷"，直接關系到球罐今后的安全運行與評級，因為生產需要，這2臺球罐還要繼續使用，為此在第六次球罐開罐檢驗時采用了聲發射技術對球罐保留的超標缺陷進行檢測，以確保球罐在下一個檢驗周期內的安全使用。
4.1 聲發射檢測原理
材料受外力或內力作用會產生變形或斷裂，并以彈性波形式釋放出應變能的現象，稱為聲發射（Acoustic Emisson簡稱AE），用儀器檢測、記錄、分析聲發射信號并利用聲發射信號推斷聲發射源的方法就是聲發射檢測技術。材料在應力作用下產生塑性變形、裂紋萌生與擴展、夾雜物的斷裂和脫開等,是結構失效的重要機制，也是典型的聲發射源。利用聲發射技術對壓力容器進行檢測時，通過對球罐加壓，使球罐內存在的活動性缺陷受力活動，產生聲發射信號，然后參照相關標準對檢測到的聲發射信號進行評價，并對聲發射源的級別進行評定。
4.2 測試儀器及主要參數
本次聲發射檢測采用美國PAC DiSP32型多通道聲發射系統，主要參數：背景噪聲小于30dB；門檻值：40 dB；增益：40 dB；模擬源：Φ0.5mmHB鉛芯折斷信號；傳感器：高靈敏度傳感器；檢測頻率：100～400kHz。
4.3 技術準備
（1）資料審查：包括設計壓力、設計溫度、操作壓力及操作溫度、介質、幾何尺寸、材質、制造工藝及超標缺陷所在的位置情況等；
（2）在現場勘察時要找出可能出現的噪聲源并設法予以排除（如內壁腳手架必須拆除，外壁腳手架不能與球殼直接接觸，避免雷雨天氣檢測等）；
（3）確定加壓程序；
（4）布置換能器陣列并設定檢測條件。
4.4 聲發射檢測陣列布置
聲發射檢測的重點是監測球罐存在埋藏缺陷部位和立柱、接管部位在水壓試驗升壓過程中有無聲源，聲發射檢測陣列布置選取球面三角定位，探頭間距控制在5～8米（根據信號衰減情況定），1#、2#氮球罐超聲波檢測缺陷部位見圖1、圖2。
4.5 聲發射檢測執行標準
聲發射檢測執行GB/T18182－2000《金屬壓力容器聲發射檢測及結果評價方法》。
4.6 聲發射系統標定
在聲發射檢測前后對聲發射系統各通道進行了標定，以確保在檢測過程中各通道正常工作，標定結果滿足工程檢測要求。
4.7 聲發射檢測結果
水壓試驗升壓曲線見圖3。各階段的檢測結果見圖4-15。從計數－時間參數圖和能量－時間參數圖，可以看出，在0.1～0.63MPa升壓階段信號很多，幅度、計數、能量等特征參數值較低，分析時只作參考。高壓階段（0.63～0.79MPa）信號相對較少，沒有形成集中聲源。在0.79MPa保壓階段的聲發射信號很少，且幅度、計數、能量等特征參數值較低。表明該球罐在0.79MPa壓力下是穩定的。評定結果：1#、2#球罐在工作壓力及水壓試驗壓力保壓階段沒有定位聲源，球罐保留的超標缺陷均處于穩定狀態。
6 結論
（1）對在用2300m3 1#、2#氮氣球罐的聲發射檢測結果的綜合分析，在工作狀態及水壓試驗狀態下球罐保留的超標缺陷均處于穩定狀態、為"非活動性"缺陷。
（2）聲發射技術作為一種動態監測的方法，能夠有效地確認球罐保留的超標缺陷是否為活動缺陷，為球罐安全狀況等級的評定起到了重要作用。
（3）根據對2300m3 1#、2#氮氣球罐的全面檢測與綜合評定后，球罐安全狀況等級定為3級，對球罐在下一周期內的安全運行提供了保證。