声发射技术在冷库压力容器在线动态检验中的应用

图.
一级压缩制冷系统工作原理
一级压缩制冷系统工作原理 （见图 . ） 是氨液 蒸发吸收周围环境热量后成氨气， 由氨液分离器进 入压缩机压缩成高压氨气。通过氨油分离器将油分 离后进入冷凝器由冷却水将热量带走而冷凝成高压 氨液， 在重力下注入储氨器。高压氨液经过节流阀 节流后成为低压氨液和氨气进入氨液分离器中， 其 中低压氨液进入蒸发器蒸发成氨气并吸热， 该氨气 又进入氨液分离器与节流后的氨气混合， 经压缩机
中图分类号： ()$； (*%$!"$ 文献标识码： ) 文章编号： （#%%&） !%%! + ’,&!! + %%$! + %’
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和中间冷却器， 增加了循环途径， 提高了制冷效率。 0 0’. 冷库压力容器在线动态检验及评价 冷库压力容器在线动态检验的特点 冷库压力容器有固定保冷层、 液氨无法倒空、 氨 制冷机无法停车等因素的限制， 对其进行声发射在 线动态检测， 在检验方法和内容上完全不同于常规 检验。其主要特点是： （.） 在线检验。在整个检验的过程中， 冷库用压 力容器始终处在生产状态， 不用停产更不用清空介 质。这样就避免了停产给用户带来的直接和间接损
万方数据 ・ ,& ・
第 !* 卷第 "" 期
压
力
容
器
总第 "+! 期
及条状缺陷
种金属原子间的相对位移， 会引起周围原子位置的 调整， 从而形成微观上的机械波沿容器壁向远处传 播， 形成声发射源。对气孔、 夹渣等体积性缺陷， 其 形状系数 * 较小， 尖端应力较小， 发生晶格畸变、 原 子滑移及金属键的断裂需要更高的外部拉应力。 声发射传感器可以将材料内部释放的机械波转 换成电信号， 然后放大滤波输入计算机进行分析。 声发射信号参数反映了声发射源的特征， 从而可以 对缺陷的危害程度进行判断。 $-! 材料中缺陷的声发射定位原理 对于声发射检测中产生的声发射源， 还应确定 源的位置， 以便采取措施进行修理或监控。一般采
1!=> ?$"7 + ,(， @A8! B( + /(" （!" ./012314 )35678 012 987::;87 <7::76 =1:>7?@531 A7:708?/ =1:@5@;@7， B5101 #$%%!&， C/510； #" )0:5? D2;?0@531 E7>08@F71@ 3G ./012314 H8?/5@7?@;87 D1451778514 =1:@5@;@7， B5101 #$%%!’， C/510） 8C4*2(9*： =1 @/5: 08@5?67 @/7 0;@/38 51I7:@540@72 @/7 ?3125@531 3G ?362 :@387 >87::;87 I7::76 012 :@;2572 @/7 J38KL 514 >83480FF7 3G ?362 :@387 M (/7 87:;6@: 012 ?/080?@78: 3G ?362 :@387 >87::;87 I7::76 316517 7N0F510@531 J0: 51L @832;?72 012 @/7 @/738O G38 316517 0?3;:@5? 7F5::531 J0: >83I5272 M H6:3 /7 >351@72 3;@ @/0@ @/7 ?3883:531，;1L 278?;@:， P;8506 27G7?@: ， :@87:: ?31?71@80@531， 012 @/7 27G7?@: 3G >60@7 ?01 P7 G512 3;@ PO 0?3;:@5? 7F5::531 @7?/L ， 13634O 5@: 87650P565@O 012 ?3F>67N5@O 087 @/7 :0F7 0: 3825108O 7N0F510@531 M D%< E+2,4： ?362 :@387；>87::;87 I7::76； 0?3;:@5? 7F5::531；316517 7N0F510@531
源自文库［0］ 。二级压缩制冷系统增设了低压循环筒 再次循环
山东省锅炉压力容器检验所自 &((& 年 5 月份 起利用声发射开展在用冷库压力容器在线动态检验 及评价技术的研究工作， 现在试验研究工作中取得 一定的进展， 形成了在用冷库压力容器声发射在线 动态检测及评价的检验方法、 工艺及评价办法， 并于 &((0 年 6 月份对三个冷库中的 .( 台压力容器进行 了试检验， 取得了理想的效果。 0’&’. 不带保温层冷库压力容器在线动态检验结果 （.） 声发射在线动态检测发现未焊透、 钢板夹层 等缺陷 某煤矿机关食堂冷库从投入使用至今已近 &( 年， 从未进行过检验。该冷库储氨器在声发射检测 的升压、 保压的过程中产生了大量的声发射信号 （见 图 &） 。按照 78 9 :.5.5&—&((( 《 金属压力容器声发 射检测及结果评价办法》 ， 分析编号为 !、 ;、 < 的声 发射源的强度均为高强度， 活度为强活性声发射源， 其综合等级为 < 级。用常规无损检测方法复验后 发现， 埋藏深度为 0’& / " 处是面积为 &( 2 5( 44， #’0 44 位于钢板上的倾斜性夹层。 # 、 $ 处为未焊 透， 长度各约 .(( 44。 （&） 声发射在线动态检测发现外表面腐蚀、 咬边
［.］ 用三角时差方式进行定位 。将压力容器整体布置
图!
储氨器未焊透、 钢板夹层等缺陷声发射源部位示意图
某公司生产车间冷库系统储氨器 "##$ 年投入 运行， 从未进行过检验。声发射检验的升压、 保压的 过程中发现有效声发射源 % 处。 根据 &’ ( )"%"%!—!*** 《 金属压力容器声发射 检测及结果评价办法》 ， 对编号为 ! 、 "、 #、 $、 %、 &、 发 ’、 ( 的声发射源进行了常规无损检测方法复验， 现 % 处存在长约 +* ,,， 深约 "-. ,, 的咬边一处。 长约 +. ,, 的条状缺陷 ’ 处存在埋藏深度 $-/ ,,， 显示。 ) 处为外表面较严重腐蚀。 +-!-! 带保温层的冷库压力容器在线动态检验结果 对某公司水饺车间冷库压力容器声发射检验过 程中低压循环桶进行声发射检测， 共有两处有效声 《 金属压力容器声 发射源。按照 &’ ( )"%"%!—!*** 发射检测及结果评价办法》 ，编号为 ! 、 " 的声发射 源强度为弱强度， 活性为弱活性， 综合等级为 " 级。 用常规无损检测方法复验后发现， ! 处焊缝上存在 未超标的条状夹渣。 $ 冷库压力容器声发射在线动态检测及评价的机 理 $-" 含缺陷材料的声发射检测原理 含缺陷材料在空间上是不连续的， 在拉应力状 态下缺陷部位会出现应力集中。由弹性力学可知， 同种材料裂纹尖端的应力值为
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概述 冷库附属设备长期以来一直是我国压力容器安
定是否还适合下一步安全运行。本文将就如何解决 以上问题进行探讨。 # 冷库常用压力容器及工作原理 制冷循环流程有多种型式， 但其实质均可简化
［!、 #］ 为压缩， 冷凝、 节流和蒸发四个工作过程 ， 因而
全监察和检验的难题， 目前， 冷库绝大部分采用氨制 冷技术， 一般每家冷库中至少有 ’ Q R 台液氨介质压 力容器。由于这些压力容器有固定保冷层、 液氨无 法倒空、 氨制冷机无法停车等因素的限制， 常规检验 技术和手段无法对冷库中的在用压力容器进行全面 检验， 因此， 冷库中的在用压力容器是特种设备安全 生产中的安全隐患， 急需一种检验手段在不停机的 情况下对冷库用压力容器安全状况进行评估， 以确
［$］
相应数量的传感器， 使每一部位都被三个传感器组 成的三角形所覆盖， 可确定出压力容器任何部位声 发射源的位置。 声发射检测时， 冷库压力容器进行两次加压循 环， 每一 加 压 循 环 试 验 压 力 均 高 出 正 常 操 作 压 力 压力容 "*- 1 ".- 。在每次加压或保压的过程中， 器薄膜拉应力同时相应增大， 内部所含缺陷尖端应 力集中增大， 释放出弹性机械波， 产生声发射信号。 根据两次加压循环过程中释放出声发射信号的次 数， 判断该处声发射源的活性。由于腐蚀、 咬边、 埋 藏缺陷及钢板缺陷尖端的应力集中程度不同， 缺陷 引起弹性机械波能量不同， 声发射信号的强度也不 一样。根据声发射信号的强度， 结合声发射源的活 性可判断出缺陷的危害程度。与常规无损检测复验 结果进行对比， 可总结出声发射源严重性级别与缺 陷性质的对应关系， 从而完成对冷库压力容器整体 性检测与安全状况评价。 . 结论 冷库压力容器在线声发射动态检测结果表明， 该方法具有高可靠性、 准确性和很好的完整性， 腐 蚀、 咬边、 埋藏缺陷、 应力集中、 特别是钢板缺陷等均 能检出， 完全满足冷库全面检验的需要。检验中发 现冷库压力容器存在的严重缺陷， 声发射检测都给 出了准确的定位， 并由超声波探伤方法得到明确验 证， 其检验结果的可靠性及完整性与常规开罐全面 检验的结果相符。
其压力容器形式是类同的， 只是规格尺寸、 数量和管 线连接方式不同。氨制冷系统压力容器包括冷凝 器、 贮氨器、 氨油分离器、 集油器、 中间冷却器、 氨液 分离器、 低压循环贮液桶、 低压排液桶等， 除冷凝器 为管壳式外， 其它多为圆筒形壳体加两端椭圆或蝶 ・ $! ・
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声发射技术在冷库压力容器在线动态检验中的应用
失。用户需要配合的仅仅是在检验的过程中将操作 压力作适当调整即可。 （&） 保温层的最少拆除。如果进行常规检验， 带 保温的低压循环筒、 中间冷却器等压力容器保温层 必须全部拆除。不仅停产给用户带来巨大损失， 而 且拆除后的保温层很难恢复。即使恢复也不可能达 到原来的保温效果。利用声发射检测不需要拆除全 部保温层， 只需在放置传感器的部位开挖几个 .( 2 放置传感 .( 34 的保温层即可完成传感器的布置， 器的部位还可作为罐体的测厚点。检测完成之后， 保温层中传感器的布置点可很容易地进行修补恢 复。 （0） 多个罐体同时进行整体性检测。将罐体布 置适量的传感器后， 通过两次加压循环就可完成对 罐体的整体性检测。由于制冷系统是一个闭路循环 系统， 不可能单独对某一台压力容器进行升压、 降压 操作， 通过我所的多次试验研究， 解决了多台压力容 器同时进行检测的难题。在检测的过程中， 制冷系 统压力容器全部布置完传感器以后， 可对整个系统 进行升压或降压操作， 整个检测一次完成， 提高了检 验效率。 0’& 冷库压力容器在线动态检验及评价
检
验
与
修
复
声发射技术在冷库压力容器在线动态检验中的应用
宋明大， 赵亚凡 （!" 山东省锅炉压力容器检验研究所， 山东 济南
摘
山东 济南 #$%%!&； #" 山东建筑工程学院，
#$%%!’）
通过对山东省冷库压力容器现状及冷库工作原理的了解， 详细介绍了冷库压力容器利用声 要：
发射在线动态检验及评价的特点及目前的研究成果， 并对声发射在线动态检测的原理进行了分析， 指出利用声发射技术冷库压力容器罐体中的腐蚀、 咬边、 埋藏缺陷、 应力集中、 特别是钢板缺陷等均 能检出， 检验结果的可靠性及完整性与常规方法的开罐全面检验结果相符。 冷库； 压力容器； 声发射； 在线检验 关键词：
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形封头， 结构单一。其工作介质氨在系统内以气态 或液态存在， 多为合成氨生产厂产品， 氨的 “杂质” 成 分主要是合成氨生产中带入的微量油、 水及不凝性 气体 （!"# 、 ， 以及在制冷过程中压缩机工作带 $% 等） 入氨气中的油。冷凝器、 贮氨器、 氨油分离器、 集油 器组成冷库制冷系统的高压部分， 它们的设计压力 为 &’( )*+， 设计温度为 ,( - ， 工作压力一般在 .’. 左右。中间冷却器、 氨液分离器、 低压循 / . ! 0 )*+ 环贮液桶、 低压排液桶等组成冷库制冷系统低压部 分它们的设计压力 .’1 )*+， 设计温度 #( - ， 工作压 力一般在 (’. / (’0 )*+ 左右。