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多层包扎高压氢气储罐的声发射检测手艺研讨

宣布日期:2017-05-06 10:49    阅读次数:次

关头词:声发射 多层包扎 神经收集

1 媒介
天津石化公司化工场PX出产装配有10台多层包扎式氢气储罐,这类储罐属Ⅲ类压力容器。根据休息部《压力容器宁静手艺监察规程》的请求,这类储罐利用到查验周期必须实行按期查验,但因为多层包扎储罐的布局特色,普通惯例无损检测体例没法对其停止周全查验,致使企业压力容器办理及宁静出产存在隐患。
声发射手艺因为其适用性强,检测活络度高,在良多范畴获得普遍利用。今朝,在金属压力容器查验及宁静评定中,声发射已经是一种首要的无损检测体例,出格是在单层金属压力容器的查验中已胜利利用,并有相干的检测规范。
经由进程剖解一台多层包扎4m3高压氢气储罐,对多层包扎氢气储罐声发射旌旗灯号衰减纪律的测定、声发射旌旗灯号传布速率的丈量、材质声发射特色的研讨、声发射旌旗灯号辨认的研讨,总结作声发射手艺检测多层包扎压力容器的手艺要点及检测体例,并对10台多层包扎4m3高压氢气储罐停止了声发射检测。成果标明,声发射手艺是检测和宁静评定多层包扎压力容器的一种较好的体例,为企业处置了压力容器查验中的手艺困难。
2 多层包扎4m3高压气储罐概略及尝试前提
2·1 参数
设想压力:14·7MPa
任务压力:12MPa
设想温度:常温
任务温度:常温
材质:16MnR
介质:氢气
直径:Φ800mm
壁厚:封头36mm,筒体厚度:19+6×3=37mm
2·2 布局特色
多层包扎4m3高压氢气储罐为4层齐心圆筒型压力容器,由1个齐心圆筒型筒体和2个球形封头焊接而成。筒体由5节1600mm长的筒节对接焊接而成,每个筒节的内筒壁厚为19mm,里面包扎了3层壁厚为6mm的层板,球形封头尺寸为Φ800×36mm。全部储罐只要3个开孔,一端封头开有1个Φ150mm的查抄孔,另外一端封头开有一个Φ35mm的排气孔,筒体上另有一个Φ35mm的排液孔。该类储罐没法停止外部查验,也没法接纳惯例无损探伤体例查抄内筒及第一、二层层板的纵焊缝,对环焊缝只能接纳超声波探伤查抄横向缺点。
2·3 尝试前提
尝试用仪器:SPARTAN-AT32
检测软件:SA-LOC
鼓励探头:PULSER
前置缩小器:1220A
领受探头:R15
主放增益:40dB
资料尝试机:MTS810
3 声发射旌旗灯号在多层包扎储罐本体中传布时的衰减纪律
声发射旌旗灯号的衰减纪律对肯定探头之间的安排间隔具备很是现实的意思。对多层包扎储罐,先将罐体内装满水,升压到其任务压力并坚持压力稳定。而后顺次在统一个部位的筒体、第1包扎层、第2包扎层、第3包扎层上扭转鼓励探头,在第3包扎层(最外层)差别间隔处安排领受探头,顺次鼓励并收罗声发射旌旗灯号。尝试共收罗了3个差别部位的鼓励旌旗灯号衰减环境,鼓励源收回的鼓励旌旗灯号调剂到与裂纹起裂旌旗灯号近似。鼓励源的详细地位如图1所示。

图1 鼓励源的地位图
尝试成果:现场检测的背景噪声幅值普通在30dB摆布,故门坎值设定在30dB,尝试发明当探头的安排间距到1·4m时旌旗灯号根基衰减到30dB。以是要保障内筒旌旗灯号不丧失,探头的安排间距不应跨越1.4m。
4 声发射旌旗灯号传布速率的丈量
声发射旌旗灯号的传布速率对声发射旌旗灯号的定位精度有很大影响。为保障旌旗灯号的定位精确,必须要找出适合的定位声速。尝试发明多层容器的第1
层、第2层层板鼓励的声发射旌旗灯号传布速率变更不显现纪律性,旌旗灯号定位误差较大,而内筒鼓励的声发射旌旗灯号定位误差较小,故多层容器适合的定位声速应之内筒外表鼓励、最外层层板安排领受探头所测得的声速为准,详细丈量以下:
将储罐装满净水,打压至任务压力,并坚持压力恒定,把鼓励探头置于内筒上,在储罐最外层差别间隔上安排探头,从而测得旌旗灯号传布时候,根据公式V=S/t求出响应声速,见表1。

表1 声速测定尝试数据

图2 鼓励源地位图
从表1可见,在1·4m的规模内声速是变更的,为了进一步确认适合的定位声速,选定适合于多层容器查验的工艺参数,又做以下尝试:
在储罐大将3个探头安排成间距是1.4m的等边三角形,如图2所示。再在三角形的7个部位逐一安排鼓励源,而后设置差别的声速,得出响应的鼓励源显现地位,最初与鼓励源现实地位对照,找出适合的定位声速。
尝试成果标明:声速在2500~2800m/s时鼓励源的显现地位与现实丈量地位相差最小,即定位精度最高。是以,对此类多层包扎压力容器的适合定位声速是2500~2800m/s,经由进程数学计较,得出V=2600m/s时定位误差最小,故倡议声发射检测此类多层包扎压力容器时声速设定在2600m/s。
5 多层包扎储罐材质的声发射特色
领会储罐材质的声发射特色有助于领会声发射源的勾当特色,对储罐的声发射检测具备首要的现实意思。从储罐上截取样块加工成拉伸试样,如图3所示,在资料尝试机上停止拉伸尝试,直到试样被拉断。从收罗的旌旗灯号能够看出,在试样受载到达资料屈就之前(即资料弹性变形阶段),声发射旌旗灯号数目很少,计数率、能量、幅值都很低。资料屈就时旌旗灯号数目俄然增添,计数率、能量、幅值响应增大。载荷跨越屈就点后,在软化阶段旌旗灯号数目绝对较少,能量、幅值较高。在断裂前旌旗灯号数目、计数率、能量、幅值到达最大值。从尝试成果看,16MnR材质声发射旌旗灯号频次为20kHz~120kHz,资料大面积屈就时,旌旗灯号幅值大都大于70dB。

图3 拉伸试样图
6 多层包扎储罐承载时层板磨擦的声发射旌旗灯号特色
为了研讨多层包扎储罐在加载进程中层板磨擦所发生的声发射旌旗灯号的特色,设想了一套4层布局的试板,试板由材质为16MnR的3块厚6mm和1块厚20mm的钢板迭加而成,试板尺寸为500×150mm。在资料尝试机上做三点曲折尝试,加载规模节制在使试板只发生弹性变形的载荷规模内。加载法式图如图4所示。加载体例接纳轮回加载,即把载荷加到必然值后并在必然时候内坚持载荷恒定(在加载时代可设置多少载荷坚持台阶),再停止卸载,而后再加载(频频两次)。接纳两个声发射探头安排在试板上,探头间距为320mm,旌旗灯号定位体例为线性定位。旌旗灯号收罗前,对探头的活络度停止校定,校定幅值为88dB、87dB(Φ0·5HB铅笔芯距探头100mm处折断)。
在第一轮回加载进程中,声发射旌旗灯号数目良多,计数率高。在加载初始阶段旌旗灯号的能量、幅值都不大。在载荷坚持阶段,根基上不声发射旌旗灯号。跟着载荷延续增添,旌旗灯号的能量和幅值都有所增大。在卸载阶段,旌旗灯号的数目、计数率、能量和幅值均较加载进程中减小。

图4 加载法式图

在第二和第三轮回加载中,声发射旌旗灯号的特色很是近似,但都与第一循加载有较着区分:加载进程中旌旗灯号数目大大削减,计数率也大大降落,能量和幅值均有所降落。
从以上尝试能够看出,多层布局试板受载时,声发射旌旗灯号出格丰硕,这些旌旗灯号并不是资料的屈就旌旗灯号,也不是缺点勾当的旌旗灯号,而是层板间的磨擦旌旗灯号。多层包扎储罐在受载进程中一样也会发生近似的磨擦旌旗灯号。是以,为有用地解除这些搅扰旌旗灯号,尝试时要停止2次以上的轮回加载,第一轮回加载首要是为了消弭大批的搅扰旌旗灯号。
7 声发射旌旗灯号的神经收集阐发
为了辨认缺点勾当所发生的声发射旌旗灯号与别的身分发生的声发射旌旗灯号,在声发射旌旗灯号阐发时利用神经收集手艺。接纳一个3层的BP收集(3层S型神经元非线性的收集能够以肆意精度迫近任何延续函数),各节点的输入特色均为S型。输入层共有12个节点,别离代表一个声发射旌旗灯号的回升时候、能量、计数、延续时候、幅度、峰前计数,均匀频次、计数/延续时候、能量/计数、峰前计数/计数、回升时候/延续时候、能量/延续时候。隐含层有24个节点。输入层有4个节点,别离代表缺点勾当、资料屈就、磨擦旌旗灯号、背景噪声等声发射旌旗灯号。
设有包罗上述各种旌旗灯号的N个样本Xk,k=1,…n,对某一输入Xk,根据旌旗灯号种别给定收集的希冀输入Yk,频频批改权值,使每个旌旗灯号的现实输入Y′k与希冀输入Yk之间误差平方和小于某一常数ε。即Ek=12∑3j=1(Ykj-Ykj′)2<ε
(1)声发射旌旗灯号特色参数挑选:回升时候、能量、计数、延续时候、幅度等。
(2)神经收集参数界说:ε=0·03(终究误差)。
(3)旌旗灯号种别界说:缺点勾当、资料屈就、磨擦旌旗灯号、背景噪声。
(4)典范旌旗灯号输入:拔取各种典范旌旗灯号。
(5)收集练习。
上述数据准确输入后,收集便可进入练习阶段,即经由进程自进修来主动调剂收集各层单位间的权值,使各对练习数据的现实输入与希冀输入的误差逐步减小,直至误差门坎值。收集练习误差、辨认率与轮回次数的干系如图5、6所示。
收集练习竣事后,现实的旌旗灯号辨认速率很快,对待辨认样本能敏捷停止分类。如某一旌旗灯号,经计较输入矩阵是Y=[0·49983267,-0·49884155,-0·48759246,-0·49992315]T,因其与收集的一类旌旗灯号希冀值的误差小于误差门坎,是以可认定其属于一类旌旗灯号,即缺点勾当旌旗灯号。

图6 收集误差与轮回次数干系

图7 收集辨认率与轮回次数干系
8 检测实例
尝试研讨标明,对多层包扎4m3高压氢气储罐是能够接纳声发射手艺停止检测的。根据旌旗灯号的衰减纪律,肯定探头的最大安排间距(防止较弱旌旗灯号漏检),挑选适合的声速(进步定位精度),接纳两次轮回加载法,最初经由进程神经收集手艺处置声发射旌旗灯号,声发射检测4m3高压氢气储罐能获得对劲的成果。
在以上尝试研讨的根本上,接纳声发射手艺对化工场的10台多层包扎氢气储罐停止了检测,检测成果以下:
在第一轮回加载进程中,升压和保压阶段声发射旌旗灯号数目、计数率、能量及幅值都较大,且定位源旌旗灯号遍布储罐的一切部位,有多数储罐的几个部位构成团体定位源。在第二轮回加载进程中,升压和保压阶段声发射旌旗灯号数目、计数率大大减小,随机呈现的少许定位源旌旗灯号幅值不跨越60dB。几个团体定位源部位除A4号储罐外别的储罐几近无定位源旌旗灯号。A4号储罐在第一轮回加载的升压和保压阶段呈现团体定位源,第二轮回加载进程的升压和保压阶段在统一部位频频呈现少许定位旌旗灯号,声发射定位源旌旗灯号幅值规模在50~70dB,利用神经收集手艺停止旌旗灯号处置阐发,以为该处声发射源确系缺点勾当而至。
根据“金属压力容器声发射检测与成果评估规范草案”,A4号储罐的声发射定位源级别为D级。D级声发射源以为是风险的声发射源,储罐应降压利用或报废。别的储罐的声发射定位源的级别均为A级或B级。
9 论断
经由进程剖解一台多层包扎4m3高压氢气储罐测定其声发射旌旗灯号衰减纪律和传布速率、从储罐上截取样块研讨材质声发射特色,设想多层板试块停止曲折尝试研讨层板磨擦声发射旌旗灯号特色,并利用神经收集手艺辨认旌旗灯号,获得对多层包扎高压氢气储罐声发射检测特色的熟悉。肯定探头的最大安排间距、挑选定位精度较高的声速、接纳二次轮回加载体例是声发射检测评定多层包扎高压氢气储罐的关头地点。神经收集手艺对处置和阐发疑问旌旗灯号起着首要的感化。
尝试研讨和现实检测均证实,声发射手艺是按期检测和宁静评定多层包扎高压氢气储罐的一种靠得住的检测体例,为我公司出产企业处置了此类压力容器没法用惯例查验体例停止查验的手艺困难;同时防止了企业保障宁静而自觉改换新的装备,节俭了上百万元的装备购买、改换用度;并解除了在压力容器办理及宁静出产方面存在的隐患。获得了明显的经济效益和社会效益。

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