声发射技术在球罐检验中的应用

马 力

（滨州市特种设备检验研究所，山东滨州256600）

目前，声发射技术已广泛应用于球罐的检验检测[1-4]。声发射技术在球罐检验检测中具有对缺陷进行动态检测，并能按缺陷动态特性进行评定的优点，尤其在设备不能开罐检验时，相较于传统的无损检测方法，声发射技术实时监测、覆盖范围广的优势更加凸显。

1 检测背景

此次检验对象为某化工企业400 m3事故风罐，该设备主要用于调节净化风的供应量，保障供气官网的气量稳定，具体技术参数见表1。由于该球罐的停工会对整个厂区的生产产生影响，因此，选择采用声发射技术在不停工不开罐的情况下进行定期检验，对球罐整体进行缺陷活动性检测。

表1 球罐技术参数

声发射设备采用某公司的SAEU2S 型声发射设备，传感器型号为SRI150。采用球面定位，传感器布置图如图1所示。每层传感器垂直间距为3 590 mm，赤道层传感器水平间距为3 590 mm，赤道层上下相邻两层传感器水平间距为3 395 mm。

图1 传感器布置图

2 声发射检测过程

2.1 加载过程

采用声发射技术对球罐进行整体检测，加载曲线如图2所示。

第一次加压循环：球罐从0.4 MPa 开始升压，达到最高工作压力0.6 MPa 后，保压10 min，然后继续升压至最高工作压力的1.1倍为0.66 MPa，稳压30 min。

第二次加压循环：球罐压力降到0.6 MPa，稳压5 min，继续升压至0.64 MPa，稳压10 min。

2.2 检测过程

图2 加载曲线

检测过程中，球罐顶部需要人员操控阀门以实现压力的升降，因此在球罐顶部会产生干扰信号，在分析结果时应排除球罐顶部的人员干扰信号。

一次升压阶段分两段加压（0.4～0.6，0.6～0.66），在第一阶段（0.4～0.6）升压过程中，在排除干扰信号发现S2 声发射源信号，声发射强度在72 db 如图3 所示。在0.6 MPa 保压阶段，未检测到有效的声发射源信号。继续升压（0.6～0.66），未检测到S2位置的声源信号，但在上极板位置发现声源信号S1，信号强度74 db，如图4所示。0.66 MPa保压30 min，未发现有效的声源信号。

图3 一次升压0.4～0.6 MPa升压信号

图4 一次升压0.6～0.66 MPa升压信号

二次升压阶段（0.6～0.64），在S1 位置又发现声发射定位源信号，信号强度70 db左右，如图5所示，二次保压阶段未发现有效的声源信号。

3 声发射结果评定

图5 二次升压0.6～0.64 MPa升压信号

经过声发射检测，发现两处声发射定位源信号，通过声发射定位源信号反定位，S2声发射定位源位于下极板T 型焊缝处，S1 声发射定位源位于上极板T 型焊缝处，根据NB/T47013.9—2012 进行评定。评定结果如表1所示。

表1 声发射源信号综合评定

S2声发射定位源评定为I级，不需要进行验证。由表1 得，S1 声发射定位源信号，评定级别为II 级，考虑该球罐对整个厂区的重要性以及声发射定位源位于T型焊缝，决定对S1声发射定位源进行验证。

4 复 验

采用常规无损检测方法超声和射线对S1 声发射定位源进行验证，超声检测发现，缺陷深度5.6 mm，长度15 mm，根据NB/T47013—2015应评为III级。射线检测发现，在S1 定位源位置发现条形缺陷，长度13 mm，宽度2 mm，根据NB/T47013—2015 应评为II 级，如图6 所示，根据《固定式压力容器安全监察技术规程》，条形缺陷允许存在，安全状况等级定为3级，可以继续使用。

图6 S1定位源位置射线底片

5 声发射信号源成因分析

S2 声发射定位源信号只出现在0.4～0.6 MPa 升压过程中，信号在升压至0.55 MPa后开始出现。在保压和二次加压循环均未发现声发射定位源信号，这是因为球罐工作压力一般都在0.5 MPa 左右，当压力升至0.5 MPa 以上时，S2 位置焊缝处的残余应力开始释放，因此会产生声发射定位源信号，残余应力释放后，无论在升压和保压阶段，将不再产生声发射定位源信号。

S1声发射定位源信号均出现在两次加压循环的升压阶段，而保压阶段均未收到信号，这说明S1 位置的缺陷在压力波动时有扩展延伸的倾向，因此，在使用球罐时要保证球罐内的压力稳定，尽量避免压力的波动，特别是急速的升压工况；并对球罐的情况进行实时监测。在下次检验时，应将S1 位置作为重点部位进行检验。

6 结 论

通过对球罐的声发射检测，可以得出如下结论：

（1）球罐存在条形缺陷，在压力升高时，缺陷有扩展的倾向。因此，该球罐使用时，应尽量避免压力的快速波动。

（2）通过声发射检测结果以及超声和射线的复验结果可知，声发射检测是可行的，检测结果可靠。

（3）声发射检测的检测结果受人为因素、脚手架、流体流动等因素影响比较大，因此在检测过程中应设法排除各种噪声源的干扰。