尿素合成塔的聲發(fā)射檢測技術(shù)

尿素合成塔的聲發(fā)射檢測技術(shù)

本文論述了在用尿素合成塔的無(wú)損檢測技術(shù)，著(zhù)重介紹了聲發(fā)射檢測技術(shù)在尿素合成塔定期檢驗的可行性和應用優(yōu)勢，結合超聲波檢測的復驗，完全滿(mǎn)足檢測的需要。

主題詞：　尿素合成塔　 聲發(fā)射　 超聲波檢測

1前言
　　 尿素合成塔是尿素生產(chǎn)的關(guān)鍵設備之一，是供二氧化碳、液氨在高溫高壓下進(jìn)行合成反應的主體設備。智成化工的1#尿素合成塔于1988年1月由國內某化機廠(chǎng)設計和制造，1989年12月投入使用。該塔結構為單個(gè)筒節多層包扎后再焊接環(huán)焊縫的深環(huán)焊縫結構，因結構所致不能進(jìn)行焊后熱處理，環(huán)焊縫部位存在較大的應力集中，且焊接缺陷不易檢測，如圖1所示。該塔規格為φ1384×26690×116（6×15+12+6+8，18層包扎而成）；共10個(gè)筒節，11條環(huán)焊縫，容積37.5m3，筒體層板材質(zhì)為：15MnVgC（15MnV鍋爐鋼層板），封頭為：18MnMoNb，內襯為：18-20Mod；設計壓力：22MPa，設計溫度：200°C；工作介質(zhì)為：NH3(液)、CO2(氣)、甲銨、尿素熔融物。由于其制造工藝復雜，制造缺陷檢測困難，現場(chǎng)運行環(huán)境惡劣，在用檢驗尤其顯得重要。

　　該塔今年七月份進(jìn)行內外表面檢查，發(fā)現第一、五、六筒節外層板和第五、六道環(huán)縫有裂紋缺陷，請原制造廠(chǎng)更換了幾層層板，并清除了裂紋，修理后對第二、四、五、六道環(huán)縫進(jìn)行了Co-60射線(xiàn)探傷，結果顯示，這次返修的部分未發(fā)現裂紋，但其它未返修的環(huán)縫內仍然存在裂紋。因此有必要選擇合適的檢測方法，對該塔整體的缺陷情況進(jìn)行檢測。

圖1　 尿素合成塔深環(huán)焊縫結構
2 檢測方法的確定
壓力容器在使用過(guò)程中，由于溫度，應力和腐蝕等因素的影響，原有的制造規范允許存在的缺陷會(huì )發(fā)展變化，或者產(chǎn)生新的危害性缺陷。而對在用壓力容器通過(guò)合適的檢驗方法進(jìn)行定期檢驗，是及早發(fā)現缺陷，消除隱患，保證壓力容器安全運行的一項行之有效的措施。由于焊縫內的氣孔、夾渣、未焊透、未熔合等焊接缺陷只存在于制造過(guò)程的焊接工序，在使用過(guò)程中不可能產(chǎn)生這些焊接缺陷。因此對于在役設備而言，無(wú)損檢測的主要目的是以發(fā)現活動(dòng)性的裂紋類(lèi)缺陷為主，因為對于在使用過(guò)程中，由于疲勞、應力、溫度、腐蝕以及內部缺陷在應力作用下尖端開(kāi)裂產(chǎn)生的裂紋是檢測的主要對象。對于裂紋類(lèi)的平面狀缺陷，最好的檢測方法是超聲波檢測，理論和實(shí)踐都證明，只要選擇合適的探頭（主要是K值和頻率）和可靠的掃查方式，絕大部分都會(huì )被發(fā)現，漏檢的可能性非常低。但由于該容器為多層鋼板包扎而成，層板之間存在超聲波不能穿過(guò)的空隙，而焊縫本身寬度不大，余高沒(méi)有磨平，因此不適合做超聲波檢測。
如果采用射線(xiàn)檢測，由于焊縫太厚（116mm），按照JB4730-94標準的要求，只能采用Co-60 射線(xiàn)檢測或者采用高能X射線(xiàn)。而高能X射線(xiàn)由于不便攜帶，不能用在現場(chǎng)。受現場(chǎng)條件限制，有幾道環(huán)縫的位置不能進(jìn)行拍片，而且Co-60射線(xiàn)能量大，防護困難，現場(chǎng)操作對檢測人員的危害性太大。更為主要的原因是，由于檢測原理上的限制，大能量的Co-60對焊縫的裂紋檢出率不高，因此Co-60拍片對環(huán)縫檢測來(lái)說(shuō)不是理想的檢測方法。經(jīng)過(guò)反復探討，最終我們選擇用聲發(fā)射技術(shù)來(lái)檢測尿素合成塔的整體缺陷情況。

3 聲發(fā)射技術(shù)的應用
3.1 聲發(fā)射檢測的特點(diǎn)
材料或結構受應力作用產(chǎn)生變形或斷裂，以彈性波形式釋放出應變能的現象稱(chēng)為聲發(fā)射。聲發(fā)射技術(shù)始于二十世紀六十年代，逐步發(fā)展成熟的一種新的無(wú)損檢測方法，被廣泛應用于材料試驗、壓力容器檢驗、飛機、橋梁、起重機等工程結構的完整性檢驗。聲發(fā)射檢測已經(jīng)作為一種可靠的無(wú)損檢測方法早就應用在壓力容器定期檢驗中。1990版《在用壓力容器檢驗規程》和2003版的《壓力容器定期檢驗規則》都把聲發(fā)射檢驗技術(shù)作為一種壓力容器的定期檢驗技術(shù)。全國特種設備無(wú)損檢測考委會(huì )已經(jīng)于2002年開(kāi)始培訓和考核聲發(fā)射II級人員。由于聲發(fā)射檢測在役檢驗速度快、周期短、發(fā)現的結果為活動(dòng)性危險缺陷，在線(xiàn)檢測可以在不停產(chǎn)的情況下進(jìn)行，因此采用聲發(fā)射技術(shù)既確保了被檢設備的安全運行，又為用戶(hù)帶來(lái)了更大的經(jīng)濟效益。
　　聲發(fā)射技術(shù)是根據結構內部發(fā)出的應力波判斷結構內部損傷程度的一種新的無(wú)損檢測方法，它與傳統的超聲波、射線(xiàn)等常規無(wú)損檢測方法主要區別在于聲發(fā)射技術(shù)是一種動(dòng)態(tài)無(wú)損檢測方法，它能連續監測結構內部損傷的全過(guò)程。由于聲發(fā)射檢測是一種動(dòng)態(tài)無(wú)損檢測方法，而且，聲發(fā)射信號來(lái)自缺陷本身，因此，用聲發(fā)射法可以判斷缺陷的嚴重性。一個(gè)同樣大小、同樣性質(zhì)的缺陷，當它所處的位置和所受的應力狀態(tài)不同時(shí)，對結構的損傷程度也不同，所以它的聲發(fā)射特征也有差別，明確了來(lái)自缺陷的聲發(fā)射信號，就可以長(cháng)期連續第監視缺陷的安全性，這是其他無(wú)損檢測方法難于實(shí)現的。
　　采用多通道傳感器接收聲發(fā)射信號并用現代數字信號處理技術(shù)和計算機技術(shù)處理信息，從而達到在壓力容器加載時(shí)實(shí)時(shí)顯示動(dòng)態(tài)缺陷、確定缺陷位置和評定缺陷的嚴重性。在壓力容器檢測時(shí)，與傳統的無(wú)損檢測方法相比，它有下述明顯的特點(diǎn)：
（1）傳統的無(wú)損檢測方法主要是按缺陷尺寸的大小來(lái)衡量其危害程度，聲發(fā)射檢測則只顯示和記錄擴展變化的缺陷，與缺陷的尺寸無(wú)關(guān)，而擴展的缺陷是最危險的。采用聲發(fā)射方法評價(jià)缺陷，不但可以避免對尺寸雖大、但不屬于擴展性的缺陷進(jìn)行不必要的返修處理，而且能夠提高結構運行的可靠性。
（2）采用聲發(fā)射檢測可以一次性地對結構進(jìn)行整體檢測而不僅是焊縫，檢測時(shí)無(wú)須使傳感器在被測結構表面掃描，變傳統無(wú)損檢測方法的“動(dòng)態(tài)”檢出而為“靜態(tài)”檢出。
（3）缺陷所處的位置和方向不會(huì )影響其檢出率。

3.2 聲發(fā)射檢測的實(shí)施
（1）檢測儀器
我們檢測使用的儀器為聲華科技有限公司生產(chǎn)的便攜式SWAES－32通道智能聲發(fā)射儀，結構如圖2所示。該儀器采用全波形采集技術(shù)，采樣頻率高達每通道2.5MHz，分辨率為16位，具有波形顯