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声发射:“听见”特种装备深处的凶险

发布时间:2020-08-06 05:15

  声发射在线检测,你听说过吗?这是一种可以为石油石化、仓储、军工等行业设备装置提供在线检测、无损检测、甚至是“带病”设备局部检测的技术。在浙江省特科院,就有一群“寻找裂痕的人”——无需拆解,运用声发射技术间接测量,他们可以“听见”来自特种装备深处的凶险。

  在镇海炼化,这曾是全场屏息敛声的一幕:省特科院声发射团队的检测人员打开EO反应器,将清水注入设备,水流瞬间涌进纵横交错的管道内部,装备在反应器上的声发射检测仪器开始工作,“聆听”水压激发缺陷处发出的声波信号。须臾,监测台已收到报警信号。经过缜密分析,检测人员指出这台EO反应器内部可能存在的裂缝部位。

  紧接着,业主对裂缝部位的半管进行局部切除,一处锥壳穿透性裂纹暴露在人们眼前。全场沸腾,许多人激动得站了起来,还有人甚至大笑起来,这桩缠绕镇海炼化整整九年的“心事”至此终于放下。

  原来,镇海炼化这台进口EO反应器自投用以来,一直存在内部泄漏现象。设备内部锥壳结构复杂,四个人孔已焊死,无法进入检查,设备外部密布半管,均为焊接,所有常规检测难以实施。厂家多次来华现场查漏,难以确定泄露位置。

  镇海炼化高级工程师薛拥军有些无奈,这种设备将人孔门封死的初衷是有十成把握不出事,没想到“作茧自缚”。“这台设备共3根管道,出事管道停工,其他管道还在运行,但常规检查时,需要整台机器停工才能操作,所以一下拉长了检测战线。”

  然而,该泄漏点位于100mm厚的锥形壳体深处,容器内部不承压,对外部半管加压,难以激发锥壳缺陷发出声发射信号,即便发出微弱信号,也可能会被复杂结构产生的干扰信号淹没,如何识别信号进行声源定位,是最大的难点。

  接到镇海炼化的求助后,浙江省特科院声发射创新团队迎难而上。为保证一次攻破难题,团队花一周时间,现场勘测反复模拟。制定针对性声发射检测与分析方案。检测结果令人惊喜——不仅找到了泄漏位置,还发现了另一处风险隐患。“第一处泄漏位置比较好找,切开后裂缝直接暴露,第二处就难了,从外表来看一点问题都没有。”省特科院声发射团队负责人徐彦廷教授说,“但既然检测出有问题,我们还是打算继续打磨罐壁看看,结果从外壁往内打磨20mm处,就发现了一道深度80mm的裂缝,而这个设备壁厚是100mm。”

  实际上,省特科院的声发射技术团队已多次实践,在排查大型成套装置故障难题中发挥作用,撙节传统检测修复过程中停产带来的高额支出。

  还是在镇海炼化,一套分馏装置在运行中出现异常,可能是分馏塔底重沸器的炉管出现泄漏,企业立即对该装置进行临时停工检修。

  重沸器内部包括4组并排管束,每组上下12层,每层2根,共96根炉管,各管仅余端部连接弯管露出外箱体——难点就在于外箱体为旧式固定结构。镇海炼化的工程师们前期多方咨询,结论是 “剖开整个箱体,是查找泄漏点的唯一办法”。

  这一操作前后至少需要1个月,修复设备的费用和停产损失巨大。然而,真的只能这么做吗?

  徐彦廷告诉导报记者,许多人也考虑过采用超声导波技术或内窥技术找漏点,但是,炉管密布,各处腐蚀状态未知,无法顺利实施,“不得已,我们决定采用水压试验过程的声发射检测方法进行尝试。”

  干扰信号过多,是本次试验的最大难点:一方面,12层炉管为串联结构,漏点喷出的水会引起其他炉管产生干扰信号,另一方面,炉管外部的密集翅片也会产生干扰信号。这些干扰因素,给漏点信号分析及定位带来巨大困难。

  为此,团队在声发射数据分析中首次采用了逻辑判断方法,经过一个晚上的检测,终于给出了最高怀疑的泄漏炉管位置。随后,该炉管所在位置被局部剖开,单根拉出验证,果然找到泄漏孔。

  利用声发射技术,从装置停工、检测到恢复生产仅用了几天时间,为企业最大程度地减少了经济损失。为镇海炼化服务20余年,攻克数个难关,镇海炼化负责人亲自将一面写有“高超技术显身手,勇克难关就是牛”的锦旗,送到了徐彦廷手上。

  双手拿起一次性筷子,对折方向微微用力,你能听到筷子发出的声音,这其实就是声发射。

  声发射是一种常见的物理现象,大多数材料受外力或内力作用产生变形或断裂时,会以弹性波形式释放出应变能(瞬态弹性波),但许多材料的声发射信号强度很弱,人耳不能直接听见,需要借助灵敏的电子仪器才能检测出来。

  从声发射源产生的弹性波传播到材料表面,使材料表面产生微小的表面位移,安装在受检构件表面的压电式声发射传感器会将材料的机械振动转换为电信号,经过放大、处理、记录和分析声发射信号,进而推断声发射源性质与严重性的方法即声发射检测技术。

  2004年,浙江省特科院建立声发射技术团队,团队中有3名人员持全球认可的API653地上石油储罐检验师资格(美国石油协会考核并授权),国内数量很少。

  多年来,怎么找到AG官方网站团队将该技术广泛应用于石油石化、仓储、军工等行业的压力容器、压力管道、高压气瓶、大型常压储罐的在线检测。

  在对移动压力容器 (承压罐车及罐式集装箱)的年度检验中,该技术省却了倒罐、清洗与置换过程,由原来需要将罐车开到指定基地检验变为在充装站直接不开罐检测,停运检验时间由2-3天缩为几小时,为业主节省了巨大的交通、罐清洗置换及环保处理等费用,检测费用也仅为开罐检验费用的20%以内。

  大型常压储罐若按常规的开罐检验,仅倒罐及置换和清洗的费用巨大,如10万立方米储罐的直接费用100万元以上,整个检修周期达数月之久,而在线天时间左右。该技术大大减少了储罐开罐检验的数量。

  对大型压力容器(如大型球罐或装置)的声发射检测,可以大幅减少常规无损检测和检验辅助项目的工作量及产生的相关费用,同时还可对运行中的“带病”设备进行局部监测,以保证不停产设备的安全使用。

  不停工即可检测,近年来,无损检测在各领域扮演着越来越重要的角色,十余种无损检测方法解决了多项重大难题。

  徐彦廷告诉导报记者,不同的无损检测方法有不同的优缺点,适用范围也不尽相同,下一步,省特科院声发射技术团队将深入推进大型立式储罐及特殊或复杂容器与结构的声发射检测技术的研究与应用,重点推进低温/深冷设备声发射检测的声波传导技术,对典型低温材料的声发射特性进行试验研究,为低温或深冷工况下容器与结构的声发射检测与安全评价能力提升提供技术支撑。

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