张中利 何鑫业
摘 要：声发射技术是目前日渐成熟的无损检测技术，在化工设备检测中得到了有效应用。本文通过分析声发射技术的特点及检测方法，对其在压力容器和常压储罐中的应用效果展开了研究，核心目的为保证加强化工设备检测，使其在石化企业中得到有效应用。
关键词：化工设备；检测；声发射技术
中图分类号：TB52 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）08-0049-01
1 声发射技术特点
声发射简称为AE，主要是指材料内部在受到外界因素的影响下，与能量快速释放同时产生的瞬态弹性波现象。在自然界中，声发射是一种比较常见的物理现象，如果在音频范围内释放足够多的应变能，就会听见声鸣，而且当木材折断、金属材料塑性形变或断裂时都会出现声发射信号。但是，声发射信号强度较弱，人耳无法听到，要在传感器、电子仪器的基础上才能被检测出来。声发射技术在应用时包括以下优势：（1）能够检测对结构安全有害的活性缺陷。通过声发射技术可以对活性缺陷的动态信息进行检验，从而评价缺陷对结构安全造成的影响。（2）针对大型构件能够进行整体或范围的快速检测，在提高检测效率方面具有重要意义。（3）能够为化工企业提供活性缺陷在时间、温度等外部因素影响下的实际信息，在工业生产在线监控中具有重要作用。（4）由于对被检测件的接近要求不是特别高，应用其他方法无法在适当的环境下完成检测，如高低温、易燃易爆等环境。（5）对于构件的几何形状不是特别敏感，应用声发射技术会对形状复杂的构件进行全面检测[1]。
2 化工设备中声发射技术检测方法
2.1 声发射技术的检测流程
在化工设备检测中，声发射技术的应用流程为：做好各项检测的准备工作；明确传感器阵列；安置声发射传感器，确保声发射技术耦合良好；完成接线后检查线路，确定检测条件；清除一切噪音干扰；校正检测系统；评定数据处理结果；出示检测报告。
2.2 声发射源特征分析
要向对化工企业中压力容器声发射信号源进行分析和解释，务必充分了解现场压力容器声发射源特征，有可能遇到的缺陷包括：（1）裂纹拓宽。裂纹是导致化工设备损坏的根本原因，具体步骤为形成裂纹、裂缝尖端变形、裂纹拓宽等。当塑形材料受到外力作用时，由于第一相应质点与基本材料变形不一致，通常会在质点上面形成微孔，在外力组间增加时，微孔会不断扩大，并且与相邻微孔连接在一起，形成裂纹。裂纹尖端的应力比较集中，从而形成塑形区域，一旦受到外力作用，塑性区域就会出现微观裂纹，逐渐扩展成宏观裂纹。一般情况下，脆性材料大不会出现比较显著的塑性变形，裂纹的形成原因为位错塞积，发展速度非常快[2]。（2）气孔、未焊透、未熔合等焊接问题。压力容器在焊接过程中，如果采用的焊接工艺不合理，就会导致出现焊接问题，如气孔、夹渣以及未熔合等焊接问题经常同时出现。据压力容器声发射试验结果可知，当大部分缺陷处于正常水压试验条件下时，不会轻易产生声发射信号，但是也有例外存在。上述缺陷所产生的声发射定位源比较集中，在声发射检测过程中，通常在小于压力容器运行压力下才会产生声发射定位源信号。（3）结构摩擦。在进行现场压力容器加压试验时，容器壳体会发生一定的改变，导致整个结构在摩擦的情况下产生大量声发射定位源信号。结构摩擦产生的原因包括容器支座、脚手架、保温支撑环以及平台等部位的焊接。（4）泄漏。裂纹人孔、穿透、法兰的泄漏都会导致出现声发射信号，该种声发射信号具有连续性特点，所以不能采用时差定位法予以定位。但是，通过分析多通道仪器得出，探头越接近泄漏源的通道，收集的声发射信号就会越多，信号幅度、能量等参数也会越大。
3 化工设备检测中声发射技术的应用
3.1 声发射检测系统的原理
图1为的声发射检测系统原理图，由此可知，声发射检测系统主要由声发射源、声电转换、信号放大、信号处理以及信号记录与显示组成。在实际的检测过程中，声发射源即设备缺陷发射出的弹性波。弹性波在设备中传播会达到材料表面，而材料表面安装的传感器能够检测并收集弹性波，从而引发振动，逐渐将振动信号转换成电信号。之后对信号进行放大、处理等操作，变成相应的特征参数，显示之后记录下来。最终经过分析实现缺陷位置、缺陷类型、发生时间以及荷载量的判定[3]。
3.2 在压力容器无损检测中的应用
作为一种动态无损检测技术，声发射技术凭借着动态性、实时性、高效性以及整体性等特点，在压力容器质量检验、在线监测等方面得到了广泛应用。目前，我国已经制定并发布了与之相关的检测评价标准，采用声发射技术与应力测定两种方法检验加氢精制预反应器，结果表明，新检验技术及评价方法在评定容器安全时，能够确保容器的安全性和可行性。在压力容器中应用声发射技术，主要对容器中活性缺陷进行研究，能够在水压试验或其他试验中应用少量的固定换能器，从而获得准确的活性缺陷动态信息，另外，可以利用时差定位、区域定位等方法确定活性缺陷中声发射源位置。以美国MANSANTO化工企业利用声发射技术对内部大量的压力容器进行了检测，而且该技术在日本、意大利以及中国等众多国家都得到了有效应用。
3.3 在常压储罐检测中的应用
常压储罐在化工企业中是一种非常容易发生事故的设备，要想确保化工设备的有效应用，一定要顺利解决储罐中存在的安全性、经济性等问题。通过对我国储罐拥有量、检测水平以及特殊生产技艺进行分析，在规定的时间内无法完成所有储罐的检验和维修。在这种情况下，对于危险性强、需要重点检查的储罐无法在科学依据下完成全面检查，使化工设备存在安全隐患，直接影响化工企业生产效率，甚至会造成经济损失。现阶段，大部分化工企业为了提升自身的经济效益，制定化工设备长周期运行制度，即两年一检修或三年一检修。虽然延长检修周期的方法能够增强企业经济效益，但是化工设备的安全得不到保障，导致生产过程存在众多问题。因此，目前急需一种经济、安全的储罐检测方法，通过声发射技术的应用，可以对金属常压储罐进行不停产的检测。如果能够在源特性的基础上对声发射源特性及储罐活性缺陷之间的关系进行分析，将会为全新、可靠性强、高效性的检测技术的开发奠定基础，有利于储罐开罐检验周期及风险的评定[4]。
4 结语
综上所述，石油化工产业主要是在石油的基础上生产各种化工产品，而化工设备则是应用在石油企业中的设备，直接决定着化工企业的生产水平。由此可见，化工设备的检测显得十分重要，可以利用声发射技术对压力容器、常压储罐进行检测，促进石油化工企业的可持续发展。
参考文献
[1]曹广法.声发射技术的化工设备应用[J].自然科学：文摘版，2016，（2）：00185-00185.
[2]张国强.声发射技术在化工压力设备检测与诊断中的应用[J].军民两用技术与产品，2015，（22）.
[3]任聪静，陈敏，曹翌佳，等.声发射技术在化工过程中的应用[J].化工进展，2011，30（5）：918-929.
[4]毕学文.声发射检测技术在化工生产中的开发与应用[D].华东理工大学，2011.
