声发射技术在海上压力容器检测中的应用

【摘要】压力容器在海上作为重要的生产设备大量存在，由于海上工作环境的特殊性，同时随着其使用时间的增长，一些压力容器难免出现问题，从而影响生产，容器的安全及检测评价成为了使用者及管理者所关心的问题。本文首先介绍了声发射检测技术的检测原理，然后简述了声发射在压力容器检测中的实际应用，其中包括检测设备，加压程序，最后介绍了声发射检测结果的评价方法。

【关键词】压力容器检测；声发射技术；检测；评价

引言

海上油田生产及油层探测都需用用到压力容器，一旦海上压力容器出现问题，就会影响海洋石油的安全生产，甚至危及人民生命，而定期对海上压力容器进行检验则能够有效的排出压力容器所存在的问题，阻止事故的发生，保证了海洋石油的安全生产。在压力容器检测方法中，声发射技术作为一种压力容器检测非常有效的方法一直在应用。

20世纪70年代中期我国由合肥通用机械研究所开展了压力容器的声发射检测应用。20世纪80年代，中国特种设备检测研究中心、冶金部武汉安全环保研究院和大庆石油学院等对金属压力容器的声发射检测和评定方法进行了较深入的研究和广泛的应用。进入20世纪90年代至今，声发射技术在我国的研究和应用呈快速发展的趋势[1]。

1、声发射检测原理

声发射检测技术（AET-Acoustic Emission Technique），简称AE，这项技术涉及声源传播、声电信号转换、信号的处理、数据显示记录、评定等基本概念。声发射指材料局部因能量的快速释放而发出瞬间弹性波的现象，在应力的作用下，材料变形与裂纹扩展，是结构失效的机制。这种直接与变形和断裂机制有关的源，称为声发射源。

声发射检测系统由声发射探头、信号电缆、放大器、声发射检测仪组成，声发射探头应固定在储罐上，探头的固定方法主要包括机械固定、粘结固定和磁吸附固定方式。

2、声发射技术的工程应用

某空压机高压容器需要进行声发射检测，其工作温度为常温，其中介质为压缩空气，最高工作压力为20MPa，在对高压容器进行检测前，首先利用测厚仪对压力容器进行了测厚，测量容器的壁厚为20mm，在检测前，需要关闭干扰声源，并切断所有与被检气瓶无关的连接。

压力容器声发射检测的加载压力时间图如1所示，根据相关标准规定，实验压力应为实际最大工作压力的1.1倍以上，所以，最终确定本次声发射检验所需要加载到的最大压力为24MPa，首先把压力加载到10.0MPa，然后保压10min，然后加压到15.0Mpa，保压10min观察声发射检测情况及压力变化情况，然后再加压到20MPa，同样保压10min，最后加载到本次试验的最高压力24MPa，在此阶段保压进行10min，整个加压过程的升压速度保持在0.5MPa/min。

3、检测结果评价

3.1活性缺陷确定

在最高保压压力为24MPa的水压试验过程中的声发射检测共发现一处定位源S1，数据图如下所示：

根据升压阶段及保压阶段的数据图，可以确定此处为活性缺陷。

3.1.1源的强度划分

源的强度Q如下表所示：

表1.幅度参数划分源的强度

源的强度级别幅度

弱强度Q<60dB

中强度60dB≤Q≤80dB

高强度Q>80dB

根据声发射的检测数据确定其强度为弱强度。

3.1.2源的活度划分

若源的事件数随着升压或者保压呈快速增长时，则该部位的源具有强活性。

若源的事件数随着升压或者保压呈连续增长时，则该部位的源具有活性。

若源的事件数随着升压或者保压呈间断出现时，源的划分如下表[2]：

表2.源的活度等级划分

升压保压

非活性无声发射源无声发射源

弱活性有声发射源无声发射源

活性无声发射源有声发射源

强活性有声发射源有声发射源

根据声发射检测的升压及保压图，确定源的活性为强活性。

3.1.3源的综合等级划分

源的综合等级划分按表3进行

表3 源的综合等级划分

强活性活性弱活性非活性

高强度FEDB

中强度EDCA

弱强度DCBA

根据源的强度及活性确定，源的综合等级为D级。应对第4号压力容器活性缺陷位置采用常规无损检测方法进行复检，若超过相关标准的规定，应对容器缺陷进行修复。

4、结语

声发射检测技术现在已经成功的运用到海上压力容器的检测当中，该技术可以对压力容器在进行加载的同时进行声发射检测，检测过程中可不受检测位置的限制，可快速、有效的检测到活动性缺陷，并确定缺陷位置，最后可以对声发射源进行综合等级评价，若活性缺陷的综合评价等级超过相关标准的规定，则需要进行常规无损检测方法进行复检，最终确定压力容器的整体情况。

参考文献

[1]沈功田，李金海.压力容器无损检测-声发射检测技术[J].无损检测，2004，26（9）：458.

[2]GBT18182.金属压力容器声发射检测及结果评价方法[S].2000.