多层包扎高压氢气储罐的声发射检测

    1　前言

    天津石化公司化工厂PX生产装置有10台多层包扎式氢气储罐,这类储罐属Ⅲ类压力容器。根据劳动部《压力容器安全技术监察规程》的要求,这类储罐使用到检验周期必须实施定期检验,但由于多层包扎储罐的结构特点,一般常规无损检测方法无法对其进行全面检验,导致企业压力容器管理及安全生产存在隐患。

    声发射技术由于其实用性强,检测灵敏度高,在很多领域得到广泛应用。目前在金属压力容器检验及安全评定中,声发射已一种重要的无损检测方法,尤其是在单层金属压力容器的检验中已成功应用,并有相关的检测标准。

    多层包扎压力容器结构不同于单层压力容器。通过解剖一台多层包扎4m3高压氢气储罐,对其声发射信号衰减规律的测定、声发射信号传播速度的测量、材质声发射特点的研究、声发射信号识别的研究,总结出声发射技术检测多层包扎压力容器的技术要点及检测方法,并对10台多层包扎4m3高压氢气储罐进行了声发射检测。结果表明,声发射技术是检测和安全评定多层包扎压力容器的一种较好的方法。

    2　多层包扎4m3高压氢气储罐概况及试验条件

    2.1　参数

    设计压力:14.7MPa

    工作压力:12MPa

    设计温度:常温

    工作温度:常温

    材　　质:16MnR

    介　　质:氢气

    直　　径:Á800mm

    壁　　厚:封头36mm

    筒体厚度:19+6×3=37mm

    2.2结构特点

    多层包扎4m3高压氢气储罐为4层同心圆筒型压力容器,由一个同心圆筒型筒体和两个球形封头焊接而成。筒体由5节1600mm长的筒节对接焊接而成,每个筒节的内筒壁厚为19mm,外面包扎了3层壁厚为6mm的层板,球形封头尺寸为Á800×36mm。整个储罐只有三个开孔,一端封头开有一个Á150mm的检查孔,另一端封头开有一个Á35mm的排气孔,筒体上还有一个Á35mm的排液孔。该类储罐无法进行内部检验,也无法采用常规无损探伤方法检查内筒及第一、二层层板的纵焊缝,对于环焊缝只能采用超声波探伤检查横向缺陷。

    2.3　试验条件

    试验用仪器:SPARTAN—AT 32

    检测软件:SA—LOC

    激励探头:PULSER

    前置放大器:1220

    接收探头:R15

    主放增益:40dB

    材料试验机:MTS 810　　

    3　声发射信号在多层包扎储罐本体中传播时的衰减规律

    声发射信号的衰减规律对确定探头之间的布置距离具有非常实际的意义。对于多层包扎储罐,先将罐体内装满水,升压到其工作压力并保持压力不变。然后依次在同一个部位的筒体、第一包扎层、第二包扎层第三包扎层上放置激励探头,在第三包扎层(最外层)不同距离处放置接收探头,依次激励并采集声发射信号。试验共采集了三个不同部位的激励信号衰减情况,激励源发出的激励信号调整到与裂纹起裂信号类似。激励源的具体位置如图1所示。