氨制冷容器主要包括冷凝器、贮氨器、油分离器、中间冷却器、集油器、低压循环贮液桶等[1]。目前,在一些沿海城市的水产企业,冷库是作为贮藏产品的重要场所,氨作为一种较为便宜、制作方便的制冷介质而广泛使用,为沿海的经济发展做出重要的贡献。与此同时,氨制冷设备的事故近年来也是频频发生,如何正确检验氨制冷设备、保障制冷设备的运行安全成为特种设备行业一个重大的难题,而声发射检测技术作为一种新兴技术,现已广泛应用于氨制冷容器的在线检验,对氨制冷容器的检验提供了可靠的依据。
1 氨制冷容器检验中遇到的问题
氨制冷设备一般都包括4-6台的液氨介质压力容器,根据《压力容器定期检验规则》中规定:制冷装置中压力容器的定期检验需要进行宏观检验、氨液成分检验、壁厚测定及外表面无损检测等。但由于这些容器都有固定的保冷层,很难进行壁厚测定及表面无损检测,若一旦拆除保冷层又会对企业生产造成很大的影响[2]。因此,急需一种无损检测方法在不停机、不完全拆除保温层的情况下对压力容器的安全状况进行评估,本文就该问题阐述声发射检测技术在冷库设备中的应用。
2 声发射的历史与发展
20世纪50年代,以德国kaser所做的研究工作为代表,标志着现代声发射技术的起步。他观察到锌、铜、铅及铝都有声发射现象,并发现声发射的不可逆效应。70年代,声发射技术的发展热潮传到了日本,后来,欧洲的许多国家也相应开展了声发射技术的研究工作。与此同时,我国也从70年代开展了声发射技术的研究工作,最早是在机械部的合肥通用机械研究院,并在一些领域取得了进展。2003年8月,国家质量监督检验检疫总局颁发了《特种设备检验检测机构管理规定》,这些均表明,声发射检测技术以及成为常用无损检测技术之一,并且我国的特种设备安全检查法规体系已经将压力容器的声发射检验工作正式纳入其中。据估计,我国已经有上万台大型压力容器采用了声发射技术进行检验,检验数据比较可靠。
3 声发射检测技术原理及特点
材料或结构受外力和内力作用产生变形和断裂,以弹性波型式释放出应变能的现象称为声发射,其检测原理如图1所示。金属中的声发射源主要包括裂纹萌生、扩展、屈服以及塑性变形、夹渣和脱开等。声发射检测技术的基本原理为将材料内声发射源产生的弹性波通过偶合在材料表面声的压点瓷探头转变为电信号,然后在写电信号经过应用电子设备的处理将其放大以及处理使之具有特性化,同时加以显示和记录,从而成为活动材料内声发射源的特征参数。通过对重化工声发射仪器在活动中的声发射信号的各种参数进行分析检验,能够得知材料内部具体的缺陷情况,如果想进一步确定声发射源即具体的缺陷的部位,可以采用多通道声发射检测系统。
4 声发射检测的应用
在声发射检测时,一般是对容器进行二次加压,二次保压。在加压和保压的过程中,容器内部的活动缺陷就会释放出弹性机械波,产生声发射信号,根据声发射信号的频率,判断该处声发射源的活性。然后应用其他无损检测方法对该处缺陷进行比对,确定缺陷性质,从而完成对保冷容器的整体检测和安全状况评价,见下例:
某水产公司一氨液储罐从2006年使用至今未进行过检验。
①储罐概况。出厂日期:2006年10月;筒体设计压力:1.4MPa;最高工作压力:1.2MPa;体积:5m3;容器规格尺寸:3300×1300mm。
②声发射仪器。型号为SAMOS48通道;传感器型号:DT151;增益:40dB;模拟源:Φ0.3mm/2H铅笔;耦合剂:凡士林。
③加压程序。用氨液进行二次加压,加载程序图如图2所示。
先将压力匀速升至最高工作压力1.2MPa,然后保压10min;观察是否有有效声发射源。继续升压至最高工作压力的1.1倍,即1.32MPa。观察是否有有效声发射源。
④探头布置。如图3所示。
布置好探头之后进行升压,同时观察声发射源是否有出现,当压力升至1.0MPa时,幅值较低,未发现有效的声发射源;当升至1.32MPa时,在氨液进入管与容器本体连接处角焊缝出现较为密集的声发射源。如图4所示。
从上图可以看出,声发射源处于5#,6#,7#阵列内信号[6],经对比后,确定声发射源在氨液进入管与容器本体连接的角焊缝处,经磁粉检测对比发现,在角焊缝处存在一处长约4.2mm的裂纹[3],经打磨消除,打磨深度符合规程要求[4]。
5 结语
①从声发射检测技术在氨制冷容器的检验结果表明,该方法具有较高的可靠性[5],准确性较高,可以检测出咬边、未焊透、裂纹等缺陷,很好的解决了氨制冷设备检测难题,既方便了企业的生产,又消除了氨制冷设备的安全隐患。
②在过去的30多年里,我国科学家对声发射做了很多研究[7],也取得了很多的成绩,但也存在一些不足之处,比如各种材料在不同实验室条件下表现的声发射特性差别比较大、没有统一声发射检测系统的标定方法和试验方法等。总之,声发射检测技术有光明的前景,被利用率也会越来越多,有很多的特点正待人们去开发和挖掘。
摘要：本文针对氨制冷设备中检验的问题,介绍了声发射检测的原理及特点,以及声发射检测与其他常规无损检测的区别,得出声发射检测技术能够在设备不停机、不排空状态下有效的检测出缺陷,并具有较高的可靠性和准确性。
关键词：氨制冷,容器,声发射,无损检测
参考文献
[1] 袁振明,等.声发射检测技术及其应用[M].北京:机械工业出版社,1985.
[2] 陈长标.中小型冷库氨制冷系统压力容器及其附属设备的检验[J].中国锅炉压力容器安全,17,(1).
[3] TSGR0004-2009,固定式压力容器安全技术监察规程[S].
[4] TSGR7001-201 3,压力容器定期检验规则[S].
[5] 刘源.声发射在在用压力容器检验中应用研究的必要性[J].石油化工设备,2000,2:59-63.
[6] GB/T18182-2000.金属压力容器声发射检测及结果评价方法[S].北京:中国标准出版社,2001.
[7] 梁润华,林都.声发射技术在压力容器安全运行中的,应用[J].中北大学学报,2006,27(1):34-36.