低溫變換爐聲發(fā)射監(jiān)測(cè)分析研究

王瑞恩，肖寧強(qiáng)

(南京市鍋爐壓力容器檢驗(yàn)研究院，江蘇 南京 211102)

變換爐的安全運(yùn)行直接關(guān)系到合成氨裝置的生產(chǎn)安全，變換爐的檢驗(yàn)在整套裝置檢驗(yàn)過(guò)程中十分重要。其潛在的損傷機(jī)理主要包括回火催化、高溫氫腐蝕、高溫硫化物腐蝕、蠕變、連多硫酸應(yīng)力腐蝕開裂、再熱裂紋等【1】。用于變換爐的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)主要包括表面檢測(cè)、超聲檢測(cè)、射線檢測(cè)、渦流檢測(cè)、聲發(fā)射檢測(cè)等【2】。其中聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)不停機(jī)檢測(cè)和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，為企業(yè)減少了停工造成的損失。

目前，化工設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)過(guò)程中，聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)的研究主要集中在壓力容器升壓過(guò)程中，通過(guò)缺陷的活動(dòng)產(chǎn)生聲發(fā)射信號(hào)對(duì)壓力容器的安全狀況進(jìn)行分析研究【3】。當(dāng)前在運(yùn)行狀態(tài)下利用聲發(fā)射技術(shù)對(duì)化工設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)分析的還很少。所以，如果能夠?qū)σ恍╆P(guān)鍵設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間的監(jiān)測(cè)，其數(shù)據(jù)對(duì)于推進(jìn)該類設(shè)備聲發(fā)射技術(shù)的研究將有十分重要的意義。

1 檢測(cè)方案與實(shí)驗(yàn)過(guò)程

受南京某公司煤化工運(yùn)行部的委托，對(duì)其凈化工區(qū)低溫變換爐共進(jìn)行了16次聲發(fā)射在線監(jiān)測(cè)，每次監(jiān)測(cè)時(shí)間約為20h。該低溫變換爐基本參數(shù)如表1所示。

該臺(tái)壓力容器原始資料齊全，制造過(guò)程無(wú)任何問(wèn)題記載。首次定期檢驗(yàn)時(shí)不卸劑，僅在外部進(jìn)行檢查，測(cè)厚、磁粉、滲透、超聲、硬度檢測(cè)均未發(fā)現(xiàn)影響定級(jí)的缺陷。首檢之后，在使用過(guò)程中，該設(shè)備溫度計(jì)口接管與筒體角焊縫處出現(xiàn)穿透性裂紋，已進(jìn)行過(guò)返修；下彎管與筒體角焊縫處發(fā)生過(guò)泄漏，也進(jìn)行了返修。之后的定期檢驗(yàn)中，在變換爐器壁對(duì)接焊縫和接管角焊縫等位置均發(fā)現(xiàn)過(guò)裂紋。

表1 低溫變換爐基本參數(shù)

該低溫變換爐的工作介質(zhì)含有CO、CO2、H2S、H2等。干燥的H2S在常溫下對(duì)鋼材幾乎沒(méi)有腐蝕，但是只要水分增加或是溫度升高，其對(duì)鋼材的腐蝕能力會(huì)突然增加。另外H2的存在也會(huì)增加H2S的腐蝕能力。這些原因會(huì)導(dǎo)致低溫變換爐出現(xiàn)裂紋，尤其在接管等受力復(fù)雜的部位。該公司欲通過(guò)聲發(fā)射技術(shù)對(duì)設(shè)備運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)評(píng)估。

本次監(jiān)測(cè)采用德國(guó)VALLEN公司AMSY-6多通道聲發(fā)射儀，傳感器型號(hào)為VS150-RIC。由于該低溫變換爐運(yùn)行過(guò)程中表面溫度較高，所以傳感器通過(guò)波導(dǎo)桿固定在低溫變換爐的表面(如圖1 所示)，耦合劑為高溫真空脂，門檻電平設(shè)為40 dB。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)粗略測(cè)量，背景噪聲在34 dB左右。由于該設(shè)備保溫層拆除難度較大，且在運(yùn)行狀態(tài)下監(jiān)測(cè)時(shí)，表面是高溫狀態(tài)，所以無(wú)法用斷鉛信號(hào)進(jìn)行衰減測(cè)量。

根據(jù)該低溫變換爐的容積尺寸，共布置了22個(gè)傳感器以便盡可能將其所有動(dòng)態(tài)缺陷產(chǎn)生的聲發(fā)射信號(hào)捕捉到。傳感器的現(xiàn)場(chǎng)布置對(duì)應(yīng)到軟件的定位情況如圖2所示。

圖1 傳感器通過(guò)波導(dǎo)桿固定在低溫變換爐表面

圖2 傳感器布置示意

2 結(jié)果與討論

2.1 定位分析

由于本次聲發(fā)射監(jiān)測(cè)是在設(shè)備正常工作壓力下進(jìn)行的，并未對(duì)其進(jìn)行人為的超過(guò)工作壓力狀態(tài)的加載，所以對(duì)于出現(xiàn)的聲發(fā)射定位信號(hào)要格外重視。在16次監(jiān)測(cè)過(guò)程中共出現(xiàn)3次定位信號(hào)呈現(xiàn)集團(tuán)化的現(xiàn)象。信號(hào)定位情況見圖3～圖5。

將定位源S1信號(hào)集團(tuán)參數(shù)提取出來(lái)進(jìn)行分析，見表2。

對(duì)定位源信號(hào)的分析發(fā)現(xiàn),其幅度均值為51.9 dB,能量值約為800 eu。進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)勘察判斷，該S1定位信號(hào)集團(tuán)對(duì)應(yīng)于低溫變換爐的J3(圖紙上標(biāo)注)接管部位。在后期對(duì)該接管進(jìn)行全面檢驗(yàn)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了整圈樹枝狀裂紋。

表2 定位源S1參數(shù)

定位源S2參數(shù)見表3。對(duì)表3進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，定位源S2的幅度平均值也是52 dB左右，能量值E和RMS比S1定位源集團(tuán)的要小。S2定位源集團(tuán)與接管J4(圖紙上標(biāo)注)對(duì)應(yīng)，J4接管在后期全面檢驗(yàn)過(guò)程中也被發(fā)現(xiàn)有裂紋存在。

將定位源S3信號(hào)集團(tuán)的參數(shù)特征進(jìn)行分析，如表4所示。

對(duì)表4進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，定位源S3的幅度平均值是51.3 dB， 該值與定位源S1、S2的幅度平均值相差無(wú)幾。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘察，定位源出現(xiàn)的位置恰好是接管R1(圖紙上標(biāo)注)的位置，該接管曾因泄漏進(jìn)行過(guò)補(bǔ)焊，在后期全面檢驗(yàn)過(guò)程中被發(fā)現(xiàn)存在裂紋。

圖3第8次監(jiān)測(cè)聲發(fā)射信號(hào)定位

圖4 第10次監(jiān)測(cè)聲發(fā)射信號(hào)定位

A/dBR/μsD/μsCNTSE/euRMS/μV52.034.649.21253.43.551.31.65.4419.33.752.44.68.4426.53.852.41.65.4424.43.7

2.2 整體信號(hào)趨勢(shì)分析

從圖1第1次現(xiàn)場(chǎng)聲發(fā)射監(jiān)測(cè)開始到第16次聲發(fā)射監(jiān)測(cè)結(jié)束，歷時(shí)4個(gè)月，期間該低溫變換爐一直處于開車狀態(tài)，現(xiàn)將每次現(xiàn)場(chǎng)聲發(fā)射監(jiān)測(cè)中的所有有效定位信號(hào)的幅度平均值做趨勢(shì)分析，如圖6所示。

從圖6中可以看出：隨著開車時(shí)間的增加，定位信號(hào)的幅度值是增加的，包括衰減在內(nèi)信號(hào)幅度值從42 dB增加到48 dB(因現(xiàn)場(chǎng)情況特殊，無(wú)法進(jìn)行信號(hào)的衰減幅度測(cè)量)。幅度值的增加一定程度上代表缺陷總體活動(dòng)頻率的增加或者是裂紋的擴(kuò)展。

通過(guò)后期全面檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)定位信號(hào)集團(tuán)的部位均存在裂紋。

圖5 第16次監(jiān)測(cè)聲發(fā)射信號(hào)定位

3 結(jié)語(yǔ)

1) 聲發(fā)射技術(shù)區(qū)別于其他無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的是，它可以檢測(cè)出設(shè)備存在的活性缺陷，并可據(jù)此做出一定的判斷。從本次歷時(shí)4個(gè)月的監(jiān)測(cè)結(jié)果來(lái)看，該技術(shù)對(duì)于幾處接管及其周圍區(qū)域存在的裂紋具有較高的檢出率，分析原因是因?yàn)樵谠O(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，接管處所受到的應(yīng)力比較復(fù)雜，再加上工作環(huán)境的原因，導(dǎo)致該部位易產(chǎn)生裂紋。

圖6 幅度平均值趨勢(shì)

2) 從每次定位信號(hào)幅度平均值的走向和該設(shè)備材料損傷模式分析可知，該低溫變換爐的裂紋總體是逐步擴(kuò)展的或堆焊層是逐步剝離的。

3) 本次歷時(shí)4個(gè)月所得到的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)之不易，可以為今后分析該類設(shè)備在聲發(fā)射監(jiān)測(cè)過(guò)程出現(xiàn)的信號(hào)特性提供一定的參考。