加氢反应器声发射检测与评定

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[导读] 加氢反应器声发射检测与评定摘 要：针对石化行业关键设备加氢反应器运行安全，在制造出厂和在用检修时进行耐压试验的同时进行声发射检测，以加氢反应器声发射检测与评定


摘 要：针对石化行业关键设备加氢反应器运行安全，在制造出厂和在用检修时进行耐压试验的同时进行声发射检测，以提高加氢反应器的安全使用可靠性。本文给出5台加氢反应器的检测结果，通过检测技术的不断改进和完善，并辅以其它检测方法和评定，可以很好地评价加氢反应器的安全状况。
主题词：声发射（AE）；无损检测；评定 超声波液位计 超声波物位计 超声波清洗机 超声波测厚仪 洗片机
0 引言
声发射技术是从五十年代兴起，目前已日趋成熟的一种动态无损检测方法。国外八十年代初期就广泛应用于加氢反应器和核电关键设备的出厂检验。我国于七十年代开始研究和应用声发射，通过几十年的努力，无论从应用的深度和广度上都有了比较大的发展。目前它已被广泛应用于材料试验、石油化工压力容器检验、航空航天、能源、建筑、交通等领域的结构完整性检测和评价。随着计算机技术和信号处理技术的迅速发展，全数字化声发射仪的出现，并与国际接轨，我国石化行业的加氢反应器无论在新制造出厂或在用检修时，用户为了提高加氢反应器的安全使用可靠性，纷纷增加声发射检测，并辅以其它无损检测方法和评定，可以很好的评价在制和在用加氢反应器的安全状况。
本文所述的5台加氢反应器为3台新制造出厂检测，2台为在用检测。
1 加氢反应器概况
加氢反应器基本参数见表1。
表1 加氢反应器基本参数
序号   容器名称       容器编号   规 格             材 质    设计压力MPa  设计温度℃   备 注
1  加氢精制反应器      R3001 Ф4200×201.5×22462 2 1/4Cr-1Mo-1/4V 15.55    445  新制，锻焊
2  加氢裂化反应器      R3002 Ф4560×198.5×25872 2 1/4Cr-1Mo-1/4V 15.34    445  新制，锻焊
3  加氢反应器          R4001 Ф3800×140.5×20062 2 1/4Cr-1Mo-1/4V 11.34    437  新制，锻焊
4  加氢精制反应器      R2101C Ф800×58×8950 0Cr18Ni10Ti               13.65  400 在用，板焊
5  加氢精制反应器      R001A Ф500×42×7127 1Cr18Ni9Ti                 15.12 380 在用，板焊
1-3#加氢反应器为出厂耐压试验时进行的声发射检测，4#、5#为在用停工全面检验时，外表面发现表面裂纹，经焊接返修合格，耐压试验时所进行的声发射检测。
2 声发射检测评定
2.1 声发射检测条件
仪 器：美国PAC DISP32声发射系统，频率范围100~400KHz；
传感器固定方式：磁固定器或绷带；耦 合 剂：真空脂；
检测标准：GB/T18182-2000《金属压力容器声发射检测及结果评价方法》，
JB/T7667-95《在役压力容器声发射检测评定方法》。
仪器参数设置见表2。
表2 仪器参数设置
序号 容器编号 监测及定位方式 声速(m / s) 门槛(dB) 传感器个数 传感器最大间距(m) 最高试验压(MPa)

1     R3001    整体监测，柱面定位 5500    45         20          5                  22.41
2     R3002    整体监测，柱面定位 5500    45         20          6                  22.13
3     R4001    整体监测，柱面定位 5000    45         20         5.5                 16.32
4     R2101C   整体监测，柱面定位 5500    45         8          2.5                 12.5
5     R001A    整体监测，柱面定位 5500    45         8          2.5                 13.3
2.2 传感器的布置与声发射仪器校准
传感器的布置见图1a，图1b。
图1a R3001传感器布置图 图1b R001A传感器布置图
声发射仪器校准
使用声发射仪本身AST功能，判定声发射系统标定正常和各通道传感器响应幅度符合标准要求，或采用0.5mm铅芯折断作为模拟源，在相应部位给模拟信号，观察各信号特征参数和定位精度，不满足标准要求的予以调整。
2.3 定位方式及加载程序
采用整体监测柱面定位方式，新制反应器采用洁净水作为试压介质，在用反应器因存在催化剂无法倒空，采用氮气或氩气试压。依据"容规"规定并参照JB/T7667-95《在役压力容器声发射检测评定方法》，分三个台阶保压，即80%试验压力15min，试验压力30min，降至80%试验压力15min。加载曲线见图3。
超声波液位计 超声波物位计 超声波清洗机 超声波测厚仪 洗片机
2.4 声发射检测结果与分析
2.4.1新制加氢反应器声发射检测结果
新制造的加氢反应器耐压试验时声发射检测，低压阶段声发射信号较多，高压阶段信号渐少，各保压阶段信号均较少。典型的声发射信号定位图谱见图3、图4。由图3、图4可看出，升压阶段信号很多，观察各声源定位信号特征参数得出，绝大多数属噪声信号，与低压阶段多因素引起的机械噪声有关，且难于屏蔽，分析时只作参考。保压阶段信号较少，且幅度、计数、能量等特征参数值较低。依据JB/T7667标准强度、活动度综合评级，均属Ⅰ、Ⅱ类声源，可不需要用常规无损检测方法或其它方法复验。
图3 R3001 0～15.55MPa 升压阶段声发射源定位图
图4 R3001 15.55 MPa保压10min声发射源定位图
2.4.2 在用加氢反应器声发射检测结果
4#、5#在用加氢反应器均为洛阳院设计，一重1993年制造的单层不锈钢反应器，2004年全面检验时4#在上人孔焊缝外表面发现较深的裂纹，5#在上下封头环缝外表面分别发现2处裂纹，上述裂纹均经用户委托有资质的单位进行焊接返修，经检测合格后进行耐压试验(气压)，同时进行声发射检测。典型的声发射信号图谱见图5、图6。由图5、图6可看出，升压阶段信号很多，与反应器盛装催化剂和加压速率等引起的机械噪声有关，且难于屏蔽，分析时只作参考。最高加载压力下保压30min，声发射信号渐少，且幅度、计数、能量等特征参数值较低，明显呈收敛趋势。依据JB/T7667标准强度、活动度综合评级，均属Ⅰ、Ⅱ类声源，可不需要用常规无损检测方法或其它方法复验。表明该反应器在13.3MPa压力下是稳定的。
图5 R001A 5.7～9.3MPa 升压阶段声发射源定位图
图6 R001A 10.4～13.3 MPa升压、保压30min声发射源定位图
3 定位源标定和常规无损检测复验
经对5台加氢反应器检测过程中存在的集中定位声源标定，同时进行宏观检查、磁粉复验或渗透复验与超声波检查，均未发现活动性危险缺陷。分析其原因这些检测记录到的集中定位声源均来自于加压过程，进出口接管出现的机械噪音和反应器盛装催化剂等因素所致。也就是说，声发射检测记录的定位声源信号不是由于活动性缺陷引起，而是由机械噪音等外界因素造成。
4 结论
（1）声发射检测作为一种动态无损检测，可在设备耐压试验的同时进行，用于检测设备的危险性缺陷。
（2）石油化工行业有很多特殊介质的容器，无法进行正常的开罐检查，使用声发射在线检测技术，辅以常规检测方法，可以有效防止容器失效事故的发生
（3）新制的加氢反应器合格出厂，在用的加氢反应器安全投用。