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声发射、磁影象检测手艺在压力容器在线查验中的操纵

宣布日期:2017-05-06 10:47    阅读次数:次

择要:本文论述了接纳声发射、磁影象检测手艺停止压力容器在线查验的体例,给出了400m3氧气球罐典范案例的检测计划和检测数据。检测成果标明,磁影象检测手艺能够或许对压力容器焊缝地区停止预诊断;声发射手艺能够或许对容器存在缺点的勾当状态作出评估;声发射加磁影象检测为主的体例能够或许完成压力容器的在线检测和宁静评估;压力容器的在线检测,可既不影响出产,又保障容器宁静操纵;既延长查验时候进步查验效力,又为用户带来较高的经济效益。

关头词:压力容器、声发射、磁影象、在线检测、宁静评估

一、概述
在压力容器的制作和操纵中,宁静性和经济性是其首要操纵准绳,以是在《压力容器宁静手艺监察规程》和《在用压力容器查验规程》中划定,在用压力容器必须停止按期查验以保障压力容器的宁静运转。在按期查验中,无损检测是其最首要的部份,凡是咱们接纳射线、超声、磁粉或渗入等惯例无损检测体例对焊缝停止抽查或100%查抄,对超标缺点普通应返修。但如许费时费工,用度高贵,并且查验工期长。本着“符合操纵”的准绳,对所发明的超标缺点处置,我国接踵出台了CVDA《压力容器缺点评定规范》等相干规范,许可对一些存在超标缺点的压力容器接纳断裂力学停止宁静评定,但即便是如许,也须要用惯例无损检测体例来肯定缺点的尺寸,如许岂但增添了大批的任务量和用度,并且缺点参数拔取的不切确也会影响断裂力学的评定成果。但以上体例在现实操纵进程中也存在很多题目和缺乏。偶然,仅靠惯例无损检测体例较难辨别哪些缺点是风险的,哪些是宁静的,并且,缺点评定也遭到无损检测程度的影响。出格是对1985年今后在严酷羁系下制作的压力容器,在破费大批的人力物力经由进程惯例无损检测体例停止周全开罐查验后,并不发明任何风险缺点,这现实上对用户构成了很大的经济承担。因为在现实出产中,对查验周期到期而不能停产的容器,用惯例无损检测体例是没法停止在线检测和宁静评估的。是以,成长一种疾速、靠得住的压力容器在线检测手艺,在不影响容器宁静操纵的环境下对其停止宁静评估是非常有意思的。
二、声发射检测道理及首要特色
声发射,是指资料局部因能量的疾速开释而收回瞬态弹性波的景象,这类景象啼声发射。声发射旌旗灯号再经缩小、处置后,构成其特色参数,并被记实与显现。最初,经数据的诠释,评定作声发射源的特色。普通而言,对超标声发射源部位,要用别的无损检测体例停止复检,以切确肯定缺点的性子与巨细。根基道理详见图1。

图1 声发射手艺根基道理
与别的无损检测体例比拟,声发射手艺具备两个底子的不同:①检测静态缺点,而不是检测静态缺点,如缺点扩大;②缺点自身收回缺点信息,而不是用外部输出对缺点停止扫查。
压力容器声发射在线检测普通请求是对有些在役压力容器已到查验期,或有些带缺点运转,但因为出产须要确切不能停产,能够或许接纳声发射手艺停止在线检测。检测步骤以下:①将容器任务压力调剂到工艺所许可的最低任务压力,再接纳响应介质慢慢进步容器的任务压力并同时停止声发射检测,直到介质的压力到达工艺所许可的最高任务压力;②对收罗的声发射旌旗灯号停止阐发,给出容器能够或许宁静操纵的任务参数。
三、磁影象检测道理及首要特色
铁磁资料在应力感化下具备磁机器效应和磁弹性效应。金属在应力感化下,外部会产生位错勾当,构成滑移。当位错勾当遭到障碍时,会产生应力集合,即便外应力撤消,因为弹塑性束缚,仍有剩余应力存在。同时,金属中剩余应力的存在,会使布局中自在能增添,按照研讨标明,按照力学概念,体系中自觉停止的进程是下降体系自在能的进程,故对铁磁构件来讲,为了下降体系的自在能,其应力集合区在地球磁场感化下,必会产生磁畴的自觉动弹,构成磁极,以磁能的情势对消局部应力集合带来的弹性能。其成果肯定会在金属外表构成特定的漏磁场,从而产生磁影象。经由进程丈量该漏磁场的散布特色,能够或许获得构件应力集合部位及巨细散布,从而检测到构成应力集合区及缺点的地位。
磁影象诊断手艺与现有的漏磁检测体例比拟,其首要特色是:①能完成对大型承压装备的疾速检测,可检测出构件中的缺点及未来能够或许产生缺点的部位,从而为构件中的缺点检测供给先导的定位体例。②不须要特地的磁化装备就能够对铁制工件停止靠得住的检测。③不需对被测工件的外表停止清算或别的预处置。④能够或许完成对锅、容、管、特装备的在役检测。
此刻声发射和磁影象检测已作为新兴的无损检测体例操纵在汽锅压力容器和压力管道的的检测中。因为声发射检测速率快、周期短、且所发明的缺点为勾当性缺点;又因为磁影象检测进程中不须要对容器加载,操纵简洁,可对铁磁性容器焊缝地区初期毁伤地区停止预诊断;是以接纳声发射加磁影象检测能够或许完成比拟抱负的不停产的环境下的在线检测(普通步骤见图2)。从而既确保被检装备的宁静运转,又能为用户带来较大的经济效益。

图2 压力容器在线检测框图
四、检测实例
南昌钢铁股分无限公司有一台400m3球罐(编号941A004),其查验周期已到,因为该罐是全部出产装配的气源,一旦支配开罐查验,必将构成全部企业停产,由此构成的丧失庞大。斟酌到这些身分,咱们接纳用声发射全体监测并连系磁影象和惯例无损检测体例对该罐停止不开罐在线检测。
(一)球罐的根基环境
设想压力:2.94MPa
内径:9200mm
设想温度:50℃
任务介质:氧气
材质:16MnR
壁厚:50mm
该罐任务压力为1.6~2.5MPa,检测前一个月最大任务压力为2.3MPa,因为该罐在装置时根本沉降过大,以是前次查验时未做水压实验。
(二)声发射检测
1、检测仪器
咱们检测操纵的仪器为北京科海恒生科技无限公司出产的32通道CTAE-2001声发射仪,其检测频次为100~300KHz。操纵点定位、线性定位、三角定位并连系旌旗灯号处置手艺能够或许较好地对缺点停止定量和定位。
2、传感器的安排
按照球罐的容积接纳20个探头以三角定位阵列平均安排在球罐外壳上,如图3、图4所示。

图3 探头散布表示图

图4 探头睁开图及探头间距
3、加载和测试
因为该罐检测前一个月所运转的最大任务压力为2.3MPa,按照声发射检测规范的请求,实验压力为1.1倍最大任务压力,约即是2.6Mpa。咱们接纳制氧体系的氮气对球罐升压,压力从1.0MPa到2.6MPa,并在2.6MPa 压力时保压10分钟,在加压和保压的同时停止声发射旌旗灯号收罗。收罗竣事后并对所发明的有意思的旌旗灯号源停止标定。如图5、图6所示,在升压进程中,在(8、14、15)、(15、16、20)三角区间各发明一个有意思的声发射源1#、2#,源的活度为弱活性,强度为中强度,综合评定为C级源。别的一些为分离的声发射源,经数据阐发属于A、B类源。经现场标定,两个C级源别离位于6#支柱角焊缝和B14、B15之间的对接焊缝上(详细部位见图8),别的A、B类声源经标定均未在焊缝上。按我国现行规范GB/T18182-2000《金属压力容器声发射检测及成果评估体例》请求,对两个C级声发射源部位停止惯例无损检测体例(超声、磁粉检测)复验,别的声发射源不需复验。详细成果见表1。

图5 加载法式图

图6 声发射旌旗灯号显现
(三)磁影象检测
1、检测仪器
接纳俄罗斯能源诊断公司的TSC-1M-4型应力集合磁测仪,四通道公用磁影象探头,两维显现,阐发软件为MMM-systen 2.53e。
2、检测机会
查验后期任务筹办好后,在罐体焊缝地区不打磨环境下,起首停止100%磁影象检测。
3、检测体例
用公用磁影象探头(小推车)沿着焊缝轴线标的目的扫查。发明有磁影象旌旗灯号时,应增添垂直于焊缝轴线标的目的扫查。扫查速率0.25m/s,丈量步长2mm,探头间距12mm。
4、典范磁影象检测旌旗灯号
全部球罐在停止了100%磁影象检测后,发明6处有用磁影象旌旗灯号源(编号为1,2,3,4,5,6。详见图8所示。),经惯例无损检测体例(超声、磁粉检测)复验,复验成果见表1。如图7是在球罐下半区D11焊缝外外表裂纹磁影象检测环境。
(四)别的体例的检测
在声发射检测竣事后,先对声发射检测时所发明的有意思的旌旗灯号源及磁影象检测时发明的应力集合部位停止超声和磁粉检测复验。再对别的球罐外外表焊缝停止100%磁粉探伤,对对接焊缝丁字讨论停止100%超声波探伤。

图7 941A004#球罐外壁横向裂纹与磁影象旌旗灯号图
(五)检测成果阐发
检测成果详见表1,声发射、磁影象旌旗灯号部位图见图8
详细检测成果阐发以下:
1、在焊缝地区发明6处有用磁影象旌旗灯号,首要散布在BC、CD、D11等对接焊缝地区和6#支柱角焊缝上,在随后的磁粉、超声复验成果标明,此中,有5处(磁影象旌旗灯号编号为2、3、4、5、6)发明了超标缺点,对应成果杰出。1处(磁影象旌旗灯号编号为1)复验虽无缺点,但应予以充实正视,并应作为下次检测重点部位。
2、在声发射检测中发明两处C级声发射源,在西北标的目的支柱(6#)与球壳角焊缝处有一处(声发射定位源编号为1#)活性为弱活性、强度为中强度、综合品级为C级的有用声发射源,经磁粉探伤发明一处外表裂纹,与磁影象检测(磁影象旌旗灯号编号为6)成果不异。后经打磨消弭。另一处C级声发射定位源2#,经超声、磁粉复验,无缺点。

表1:400m3氧气球罐声发射、磁影象检测成果对比表

图8 声发射、磁影象检测旌旗灯号部位图
3、上述检测中,超声探伤发明的3处超标的外部缺点,和磁影象检测(磁影象旌旗灯号编号为2、3、4)成果分歧。但这3处缺点处均未呈现有用的声发射旌旗灯号源,申明这些缺点处于非勾当状态。
4、磁粉检测中在正西标的目的D11焊缝发明一条长约40mm,最大深度为3.5mm的外表裂纹,此处磁影象检测旌旗灯号(磁影象旌旗灯号编号为5)激烈。可是,因为在该处未呈现有用的声发射旌旗灯号源,对该处裂纹咱们接纳裂纹测深仪停止重点监测,监测成果显现,裂纹的长度和和深度均未产生转变。申明了裂纹处于非勾当状态,同时也考证了声发射检测的切确性。故该台球罐在2.3MPa任务压力下持续操纵是宁静的。保举的最大任务压力由用户按照须要,不大于2.3MPa都可,对下一次查验周期仍按《检规》并按照容器现实环境给出。现实任务中如另有须要可用断裂力学计较成果对上述参数停止考证。
五、论断
(一)、磁影象检测可检出焊缝地区的应力集合部位。可为铁制构件中的缺点检测供给先导的定位体例;检测后对应力集合部位停止惯例无损检测体例复验,普通都能检测出缺点;复验无缺点处,仍应予以充实正视,并应作为下次重点检测部位;无磁影象旌旗灯号地区普通无缺点。以是,磁影象检测手艺可对压力容器焊缝地区停止预诊断。
(二)、若是在声发射检测中未发明有意思的声源,便可标明该容器不存在勾当的风险缺点,能够或许宁静操纵;即便是本来存在有超标缺点,但这些缺点不扩大,对容器的操纵也是宁静的。若是发明高能量的声发射源,能够或许对这些缺点部位精肯定位,有针对性地查抄处置,以消弭这些活性缺点带来的隐患。
接纳声发射手艺能够或许对容器存在缺点的勾当状态作出评估,保障风险缺点的检出率,削减惯例无损检测的任务量,进步查验效力。
(三)、声发射加磁影象为主的检测体例可完成压力容器的在线检测和宁静评估。对查验周期到期而不能停产的压力容器,惯例无损检测体例没法停止在线检测和宁静评估。声发射、磁影象检测的长处则填补了惯例无损检测体例的缺乏。
(四)、声发射、磁影象检测作为一种新的检测手腕,其所发明的有用旌旗灯号的鉴定仍需依靠于别的无损检测体例。是以,它们不能完整替换传统的体例,但将它们用于压力容器的在线检测,却能够或许起到了关头性的使人对劲的感化。

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