加氫反應器聲發(fā)射檢測與評定
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摘 要：針對石化行業(yè)關(guān)鍵設備加氫反應器運行安全，在制造出廠和在用檢修時進行耐壓試驗的同時進行聲發(fā)射檢測，以提高加氫反應器的安全使用可靠性。本文給出5臺加氫反應器的檢測結(jié)果，通過檢測技術(shù)的不斷改進和完善，并輔以其它檢測方法和評定，可以很好地評價加氫反應器的安全狀況。
主題詞：聲發(fā)射（AE）；無損檢測；評定 超聲波液位計 超聲波物位計 超聲波清洗機 超聲波測厚儀 洗片機
0 引言
聲發(fā)射技術(shù)是從五十年代興起，目前已日趨成熟的一種動態(tài)無損檢測方法。國外八十年代初期就廣泛應用于加氫反應器和核電關(guān)鍵設備的出廠檢驗。我國于七十年代開始研究和應用聲發(fā)射，通過幾十年的努力，無論從應用的深度和廣度上都有了比較大的發(fā)展。目前它已被廣泛應用于材料試驗、石油化工壓力容器檢驗、航空航天、能源、建筑、交通等領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)完整性檢測和評價。隨著計算機技術(shù)和信號處理技術(shù)的迅速發(fā)展，全數(shù)字化聲發(fā)射儀的出現(xiàn)，并與國際接軌，我國石化行業(yè)的加氫反應器無論在新制造出廠或在用檢修時，用戶為了提高加氫反應器的安全使用可靠性，紛紛增加聲發(fā)射檢測，并輔以其它無損檢測方法和評定，可以很好的評價在制和在用加氫反應器的安全狀況。
本文所述的5臺加氫反應器為3臺新制造出廠檢測，2臺為在用檢測。
1 加氫反應器概況
加氫反應器基本參數(shù)見表1。
表1 加氫反應器基本參數(shù)
序號 容器名稱 容器編號 規(guī) 格 材 質(zhì) 設計壓力MPa 設計溫度℃ 備 注
1 加氫精制反應器 R3001 Ф4200×201.5×22462 2 1/4Cr-1Mo-1/4V 15.55 445 新制，鍛焊
2 加氫裂化反應器 R3002 Ф4560×198.5×25872 2 1/4Cr-1Mo-1/4V 15.34 445 新制，鍛焊
3 加氫反應器 R4001 Ф3800×140.5×20062 2 1/4Cr-1Mo-1/4V 11.34 437 新制，鍛焊
4 加氫精制反應器 R2101C Ф800×58×8950 0Cr18Ni10Ti 13.65 400 在用，板焊
5 加氫精制反應器 R001A Ф500×42×7127 1Cr18Ni9Ti 15.12 380 在用，板焊
1-3#加氫反應器為出廠耐壓試驗時進行的聲發(fā)射檢測，4#、5#為在用停工全面檢驗時，外表面發(fā)現(xiàn)表面裂紋，經(jīng)焊接返修合格，耐壓試驗時所進行的聲發(fā)射檢測。
2 聲發(fā)射檢測評定
2.1 聲發(fā)射檢測條件
儀 器：美國PAC DISP32聲發(fā)射系統(tǒng)，頻率范圍100~400KHz；
傳感器固定方式：磁固定器或繃帶；耦 合 劑：真空脂；
檢測標準：GB/T18182-2000《金屬壓力容器聲發(fā)射檢測及結(jié)果評價方法》，
JB/T7667-95《在役壓力容器聲發(fā)射檢測評定方法》。
儀器參數(shù)設置見表2。
表2 儀器參數(shù)設置
序號 容器編號 監(jiān)測及定位方式 聲速(m / s) 門檻(dB) 傳感器個數(shù) 傳感器最大間距(m) 最高試驗壓(MPa)
1 R3001 整體監(jiān)測，柱面定位 5500 45 20 5 22.41
2 R3002 整體監(jiān)測，柱面定位 5500 45 20 6 22.13
3 R4001 整體監(jiān)測，柱面定位 5000 45 20 5.5 16.32
4 R2101C 整體監(jiān)測，柱面定位 5500 45 8 2.5 12.5
5 R001A 整體監(jiān)測，柱面定位 5500 45 8 2.5 13.3
2.2 傳感器的布置與聲發(fā)射儀器校準
傳感器的布置見圖1a，圖1b。
圖1a R3001傳感器布置圖 圖1b R001A傳感器布置圖
聲發(fā)射儀器校準
使用聲發(fā)射儀本身AST功能，判定聲發(fā)射系統(tǒng)標定正常和各通道傳感器響應幅度符合標準要求，或采用0.5mm鉛芯折斷作為模擬源，在相應部位給模擬信號，觀察各信號特征參數(shù)和定位精度，不滿足標準要求的予以調(diào)整。
2.3 定位方式及加載程序
采用整體監(jiān)測柱面定位方式，新制反應器采用潔凈水作為試壓介質(zhì)，在用反應器因存在催化劑無法倒空，采用氮氣或氬氣試壓。依據(jù)"容規(guī)"規(guī)定并參照JB/T7667-95《在役壓力容器聲發(fā)射檢測評定方法》，分三個臺階保壓，即80%試驗壓力15min，試驗壓力30min，降至80%試驗壓力15min。加載曲線見圖3。
超聲波液位計 超聲波物位計 超聲波清洗機 超聲波測厚儀 洗片機
2.4 聲發(fā)射檢測結(jié)果與分析
2.4.1新制加氫反應器聲發(fā)射檢測結(jié)果
新制造的加氫反應器耐壓試驗時聲發(fā)射檢測，低壓階段聲發(fā)射信號較多，高壓階段信號漸少，各保壓階段信號均較少。典型的聲發(fā)射信號定位圖譜見圖3、圖4。由圖3、圖4可看出，升壓階段信號很多，觀察各聲源定位信號特征參數(shù)得出，絕大多數(shù)屬噪聲信號，與低壓階段多因素引起的機械噪聲有關(guān)，且難于屏蔽，分析時只作參考。保壓階段信號較少，且幅度、計數(shù)、能量等特征參數(shù)值較低。依據(jù)JB/T7667標準強度、活動度綜合評級，均屬Ⅰ、Ⅱ類聲源，可不需要用常規(guī)無損檢測方法或其它方法復驗。
圖3 R3001 0～15.55MPa 升壓階段聲發(fā)射源定位圖
圖4 R3001 15.55 MPa保壓10min聲發(fā)射源定位圖
2.4.2 在用加氫反應器聲發(fā)射檢測結(jié)果
4#、5#在用加氫反應器均為洛陽院設計，一重1993年制造的單層不銹鋼反應器，2004年全面檢驗時4#在上人孔焊縫外表面發(fā)現(xiàn)較深的裂紋，5#在上下封頭環(huán)縫外表面分別發(fā)現(xiàn)2處裂紋，上述裂紋均經(jīng)用戶委托有資質(zhì)的單位進行焊接返修，經(jīng)檢測合格后進行耐壓試驗(氣壓)，同時進行聲發(fā)射檢測。典型的聲發(fā)射信號圖譜見圖5、圖6。由圖5、圖6可看出，升壓階段信號很多，與反應器盛裝催化劑和加壓速率等引起的機械噪聲有關(guān)，且難于屏蔽，分析時只作參考。最高加載壓力下保壓30min，聲發(fā)射信號漸少，且幅度、計數(shù)、能量等特征參數(shù)值較低，明顯呈收斂趨勢。依據(jù)JB/T7667標準強度、活動度綜合評級，均屬Ⅰ、Ⅱ類聲源，可不需要用常規(guī)無損檢測方法或其它方法復驗。表明該反應器在13.3MPa壓力下是穩(wěn)定的。
圖5 R001A 5.7～9.3MPa 升壓階段聲發(fā)射源定位圖
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