聲發(fā)射技術(shù)在球罐水壓試驗中的應用

聲發(fā)射技術(shù)在球罐水壓試驗中的應用

燃氣企業(yè)為了對所供燃氣進(jìn)行儲存和調峰，都必須建立儲配站。目前儲配站所用的儲存設備絕大多數都是壓力容器，其中又以球形容器（簡(jiǎn)稱(chēng)球罐）居多。由于其施工安裝時(shí)總是存在這樣那樣的缺陷，因此對它的無(wú)損檢驗就顯得尤為重要。長(cháng)期以來(lái)，人們都是用普通的方法如磁粉、超聲波、射線(xiàn)等來(lái)對它進(jìn)行檢測。但是這些都只是一種靜態(tài)的和事后的探傷手段，不能發(fā)現和預告缺陷的產(chǎn)生和發(fā)展過(guò)程。近來(lái)，隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，一種新的檢測手段——聲發(fā)射技術(shù)的應用，為這個(gè)問(wèn)題的解決提供了可能。本文通過(guò)作者的親身體驗，對這一新技術(shù)的理論和應用進(jìn)行了詳細的介紹。 　　壓力容器（特別是大型球罐）在施工過(guò)程中，總是存在這樣那樣的缺陷，其中危害最大的是裂紋。雖然我們可以通過(guò)一般的無(wú)損探傷手段（如磁粉、超聲波、射線(xiàn)等），來(lái)檢查和發(fā)現它們，但是由于主觀(guān)和客觀(guān)的原因，遺漏的情況是難以避免的。而且這些一般的無(wú)損探傷技術(shù)，都只是一種靜態(tài)的探傷手段，只能檢查和發(fā)現容器已有的缺陷，而不能及時(shí)和全面地檢查、評價(jià)容器在整個(gè)承壓過(guò)程中裂紋的產(chǎn)生和發(fā)展，更不能在結構產(chǎn)品發(fā)生災難性破壞之前進(jìn)行有效的報警。
　　而水壓試驗作為球罐施工中的一項綜合性安全檢查，不僅是球罐的第一次承受載荷，而且還是超載試驗，這就給容器已有的或未有的缺陷（主要是裂紋）的產(chǎn)生和發(fā)展提供了可能。如何在球罐的水壓試驗過(guò)程中，掌握球罐內部的缺陷情況，了解在加壓過(guò)程中裂紋的產(chǎn)生和發(fā)展，這個(gè)問(wèn)題顯然是通常的無(wú)損檢測手段難以解決的。而一種新的檢測手段——聲發(fā)射技術(shù)的應用，為這個(gè)問(wèn)題的解決提供了可能。
　　材料受內壓或外壓作用，產(chǎn)生變形或斷裂，或者構件在受力狀態(tài)使用時(shí)，以彈性波形式釋放出應變能的現象稱(chēng)為聲發(fā)射。更簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是結構材料在變形和破壞的過(guò)程中發(fā)出聲波的現象。應用聲學(xué)、電子學(xué)已經(jīng)掌握的各種手段來(lái)捕捉聲發(fā)射信號，并加以處理，以探明缺陷的位置和發(fā)生、發(fā)展的規律，這種技術(shù)稱(chēng)為聲發(fā)射監控技術(shù)，簡(jiǎn)稱(chēng)聲發(fā)射技術(shù)。
　　自德國Kaiser在1953年首次發(fā)現聲發(fā)射現象以后，聲發(fā)射技術(shù)的研究受到了各國的重視，并且已日趨完善，越來(lái)越廣泛地應用于各種科技領(lǐng)域。這是因為它同一般的靜態(tài)無(wú)損探傷技術(shù)相比，具有許多獨特的優(yōu)越性。首先，聲發(fā)射的靈敏度極高，幾乎可測出位錯運動(dòng)的信號和10-5--10-6mm的微裂紋。其次聲發(fā)射可用于動(dòng)態(tài)的無(wú)損檢測，即在結構和容器實(shí)際操作運轉的情況下進(jìn)行現場(chǎng)檢測和監控。因此，聲發(fā)射技術(shù)是一種動(dòng)態(tài)無(wú)損檢測技術(shù)。另外，在聲發(fā)射過(guò)程中，缺陷的產(chǎn)生和發(fā)展，作為聲發(fā)射源主動(dòng)參與了檢測過(guò)程，也就是說(shuō)，聲發(fā)射信號來(lái)自缺陷本身。這樣，我們就可以通過(guò)它來(lái)判斷缺陷的嚴重性和監視缺陷的安全性。再者，聲發(fā)射檢測幾乎不受材料的限制，因為除極少數材料以外，絕大多數金屬和非金屬都有聲發(fā)射現象產(chǎn)生。
　　正是因為這許許多多的優(yōu)點(diǎn)，聲發(fā)射技術(shù)目前已得到了廣泛的應用。在壓力容器行業(yè)，主要著(zhù)眼于解決三個(gè)方面的問(wèn)題：
1、壓力容器安全測試時(shí)（即水壓試驗）的檢驗
2、容器返修后的檢驗
3、使用過(guò)程中的連續監控
　　由于水壓試驗過(guò)程是一個(gè)簡(jiǎn)單的應力循環(huán)過(guò)程，聲學(xué)和電學(xué)方面的干擾因素較小，更便于聲發(fā)射技術(shù)的應用。所以，壓力容器（特別是大型球罐）水壓試驗過(guò)程中的聲發(fā)射監控技術(shù)，比之其它方面的技術(shù)應用得較早較成熟，國內外已經(jīng)有不少這方面成功的例子。
　　重慶燃氣(集團)有限責任公司曾經(jīng)在兩臺容積為3300M3的進(jìn)口球罐進(jìn)行水壓試驗時(shí)，委托勞動(dòng)部鍋爐壓力容器檢測中心，對每臺球罐都進(jìn)行了聲發(fā)射技術(shù)監控，取得了較為滿(mǎn)意的效果。
當然，聲發(fā)射技術(shù)作為一種新的無(wú)損探傷手段，尚有許多理論及實(shí)際的問(wèn)題。如對于已有的未擴散的缺陷無(wú)能為力，目前還沒(méi)有一個(gè)統一的評價(jià)標準，實(shí)際操作還比較麻煩等等。因此，聲發(fā)射技術(shù)還不能完全取代傳統的無(wú)損檢測手段，但是，若將其配合使用，無(wú)疑將增加我們對容器安全性的認識，這將是大有益處的。特別是對于那些建造時(shí)設計選材不當、缺陷較多，使用時(shí)間較長(cháng)，又不能報廢的設備，利用聲發(fā)射技術(shù)的監控，可以使我們掌握更充分的數據，更合理地安排設備的使用。因此，相信不久的將來(lái)，聲發(fā)射技術(shù)將得到更為廣泛的應用。