尿素合成塔的聲發(fā)射檢測技術

尿素合成塔的聲發(fā)射檢測技術

本文論述了在用尿素合成塔的無損檢測技術，著重介紹了聲發(fā)射檢測技術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的關鍵設備之一，是供二氧化碳、液氨在高溫高壓下進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月由國內某化機廠設計和制造，1989年12月投入使用。該塔結構為單個筒節(jié)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(guī)格為φ1384×26690×116（6×15+12+6+8，18層包扎而成）；共10個筒節(jié)，11條環(huán)焊縫，容積37.5m3，筒體層板材質為：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。

　　該塔今年七月份進行內外表面檢查，發(fā)現第一、五、六筒節(jié)外層板和第五、六道環(huán)縫有裂紋缺陷，請原制造廠更換了幾層層板，并清除了裂紋，修理后對第二、四、五、六道環(huán)縫進行了Co-60射線探傷，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
壓力容器在使用過程中，由于溫度，應力和腐蝕等因素的影響，原有的制造規(guī)范允許存在的缺陷會發(fā)展變化，或者產生新的危害性缺陷。而對在用壓力容器通過合適的檢驗方法進行定期檢驗，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程的焊接工序，在使用過程中不可能產生這些焊接缺陷。因此對于在役設備而言，無損檢測的主要目的是以發(fā)現活動性的裂紋類缺陷為主，因為對于在使用過程中，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裂產生的裂紋是檢測的主要對象。對于裂紋類的平面狀缺陷，最好的檢測方法是超聲波檢測，理論和實踐都證明，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的空隙，而焊縫本身寬度不大，余高沒有磨平，因此不適合做超聲波檢測。
如果采用射線檢測，由于焊縫太厚（116mm），按照JB4730-94標準的要求，只能采用Co-60 射線檢測或者采用高能X射線。而高能X射線由于不便攜帶，不能用在現場。受現場條件限制，有幾道環(huán)縫的位置不能進行拍片，而且Co-60射線能量大，防護困難，現場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)縫檢測來說不是理想的檢測方法。經過反復探討，最終我們選擇用聲發(fā)射技術來檢測尿素合成塔的整體缺陷情況。

3 聲發(fā)射技術的應用
3.1 聲發(fā)射檢測的特點
材料或結構受應力作用產生變形或斷裂，以彈性波形式釋放出應變能的現象稱為聲發(fā)射。聲發(fā)射技術始于二十世紀六十年代，逐步發(fā)展成熟的一種新的無損檢測方法，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)射檢測已經作為一種可靠的無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(guī)程》和2003版的《壓力容器定期檢驗規(guī)則》都把聲發(fā)射檢驗技術作為一種壓力容器的定期檢驗技術。全國特種設備無損檢測考委會已經于2002年開始培訓和考核聲發(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)現的結果為活動性危險缺陷，在線檢測可以在不停產的情況下進行，因此采用聲發(fā)射技術既確保了被檢設備的安全運行，又為用戶帶來了更大的經濟效益。
　　聲發(fā)射技術是根據結構內部發(fā)出的應力波判斷結構內部損傷程度的一種新的無損檢測方法，它與傳統(tǒng)的超聲波、射線等常規(guī)無損檢測方法主要區(qū)別在于聲發(fā)射技術是一種動態(tài)無損檢測方法，它能連續(xù)監(jiān)測結構內部損傷的全過程。由于聲發(fā)射檢測是一種動態(tài)無損檢測方法，而且，聲發(fā)射信號來自缺陷本身，因此，用聲發(fā)射法可以判斷缺陷的嚴重性。一個同樣大小、同樣性質的缺陷，當它所處的位置和所受的應力狀態(tài)不同時，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，明確了來自缺陷的聲發(fā)射信號，就可以長期連續(xù)第監(jiān)視缺陷的安全性，這是其他無損檢測方法難于實現的。
　　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和計算機技術處理信息，從而達到在壓力容器加載時實時顯示動態(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，與傳統(tǒng)的無損檢測方法相比，它有下述明顯的特點：
（1）傳統(tǒng)的無損檢測方法主要是按缺陷尺寸的大小來衡量其危害程度，聲發(fā)射檢測則只顯示和記錄擴展變化的缺陷，與缺陷的尺寸無關，而擴展的缺陷是最危險的。采用聲發(fā)射方法評價缺陷，不但可以避免對尺寸雖大、但不屬于擴展性的缺陷進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行整體檢測而不僅是焊縫，檢測時無須使傳感器在被測結構表面掃描，變傳統(tǒng)無損檢測方法的“動態(tài)”檢出而為“靜態(tài)”檢出。
（3）缺陷所處的位置和方向不會影響其檢出率。

3.2 聲發(fā)射檢測的實施
（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，采樣頻率高達每通道2.5MHz，分辨率為16位，具有波形顯