聲發射技術在重大設備中應用第一頁，共40頁。聲發射檢測與結構完整性評價實驗室AcousticEmissionInspectandStructureIntegrityAssessmentLaboratory聲發射技術在重大危險設備檢測中的應用聲發射檢測技術簡介142聲發射實驗室簡介3重大危險設備檢測實例聲發射監測技術應用展望第二頁，共40頁。聲發射檢測與結構完整性評價實驗室AcousticEmissionInspectandStructureIntegrityAssessmentLaboratory1.聲發射檢測技術簡介聲發射檢測技術原理

聲發射(AcousticEmission，簡稱AE)是指物體在受到形變或外力作用時，因迅速釋放彈性能量而產生瞬態應力波的一種物理現象。裂紋尖端擴展釋放瞬態彈性應力波。該應力波在材料內部擴散傳播并可被安放在一定距離內的聲發射傳感器探測到。傳感器將應力波轉換為電信號并由計算機控制的聲發射系統進行采集、分析、處理。根據接收應力波次數、幅度、能量及時間差，可了解缺陷的動態活動情況，包括什么時候發生？在哪發生？發生的次數是多少？缺陷信號的強度如何？等。由聲發射及其它綜合監測信息，如載荷與應變，可對結構狀況進行分等級定量評估。第三頁，共40頁。聲發射檢測與結構完整性評價實驗室AcousticEmissionInspectandStructureIntegrityAssessmentLaboratory1.聲發射檢測技術簡介聲發射檢測無論從微觀還是從宏觀角度分析，都可認為是一種動態的檢測方法。除極少數材料外，黑色金屬、有色金屬、復合材料、塑料、木材、巖石和混凝土等各種固體材料都有聲發射現象。傳感器按一定陣列布置，可實現整體檢測。根據聲發射信號表征參量的統計特征可以判斷結構內部活性缺陷的位置、狀態及其發展趨勢。適合于設備狀態的長期監測。聲發射檢測技術特點第四頁，共40頁。正在發生的腐蝕過程

電化學腐蝕、應力腐蝕、高溫腐蝕、氧化腐蝕、微生物腐蝕活動性裂紋（裂紋擴展）

疲勞裂紋、應力腐蝕開裂、氫至開裂、材料制造缺陷損傷斷裂

疲勞斷裂、脆性斷裂、拉伸斷裂、沖擊損傷、碰撞磨蹭氣液泄漏

氣體泄漏、液體泄漏、外漏和內漏1.聲發射檢測技術簡介適合聲發射在線檢/監測的物理現象第五頁，共40頁。適合聲發射在線監測的特種設備管道：泄漏監測、腐蝕監測、應力腐蝕裂紋監測閥門：內、外泄漏監測壓力容器、氣瓶、鍋爐：

裂紋監測、應力腐蝕開裂監測、泄漏監測常壓儲罐：罐底腐蝕監測起重設備：裂紋監測、斷裂監測關鍵結構與部位：裂紋監測、斷裂監測1.聲發射檢測技術簡介聲發射檢測與結構完整性評價實驗室AcousticEmissionInspectandStructureIntegrityAssessmentLaboratory第六頁，共40頁。聲發射檢測與結構完整性評價實驗室AcousticEmissionInspectandStructureIntegrityAssessmentLaboratory《承壓設備無損檢測第9部分：聲發射檢測》NB/T47013.9-2012現行的主要聲發射檢測標準《無損檢測

常壓金屬儲罐聲發射檢測及評價方法》JB/T10764—20071.聲發射檢測技術簡介第七頁，共40頁。聲發射檢測與結構完整性評價實驗室AcousticEmissionInspectandStructureIntegrityAssessmentLaboratory“聲發射檢測與結構完整性評價實驗室”始建于1983年，在聲發射、磁檢測技術的研究與應用方面處于國內領先水平是我國聲發射檢測領域首家通過國家計量認證的實驗室中油股份安全環保研究院HSE重點實驗室東北石油大學-美國物理聲學公司聯合實驗室黑龍江省教育廳重點實驗室2.聲發射實驗室簡介第八頁，共40頁。聲發射檢測與結構完整性評價實驗室AcousticEmissionInspectandStructureIntegrityAssessmentLaboratory東北石油大學博士和碩士研究生的培養基地：博士后流動站—動力工程及工程熱物理（2008年）博士點—化工過程機械（2003年）一級學科碩士點-動力工程及工程熱物理（2006年）一級學科碩士點—安全科學及工程實驗室現有在讀博士研究生8人，碩士研究生25名，博士后2人。2.聲發射實驗室簡介第九頁，共40頁。聲發射檢測與結構完整性評價實驗室AcousticEmissionInspectandStructureIntegrityAssessmentLaboratory實驗室技術力量雄厚，現有教授4人，副教授2人，中級職稱3人。其中，1人為全國特種設備檢測（AE）考委會委員，2人持有特種設備檢測（AE）三級證，3人持有特種設備檢測（AE）二級證，2人持有特種設備檢測（UT）二級證，2人持有特種設備檢測（MT）二級證。2.聲發射實驗室簡介實驗室主任戴光，教授,博士,博士生導師中國無損檢測學會副理事長；黑龍江省“龍江學者－特聘教授”黑龍江省教學名師享受國務院特殊津貼“化工過程機械”省重點學科帶頭人第十頁，共40頁。聲發射檢測與結構完整性評價實驗室AcousticEmissionInspectandStructureIntegrityAssessmentLaboratory2.聲發射實驗室簡介第十一頁，共40頁。聲發射檢測與結構完整性評價實驗室AcousticEmissionInspectandStructureIntegrityAssessmentLaboratory2.聲發射實驗室簡介“金屬壓力容器和常壓儲罐聲發射檢測及安全評價技術與應用”，獲國家科技進步二等獎“大型儲罐群安全檢驗技術體系研究和工程示范”，獲中國職業安全健康協會科學技術一等獎《GB/T18182—2000金屬壓力容器聲發射檢測及結果評定方法等6項標準》中國標準創新貢獻二等獎目前，承擔“焊縫典型缺陷磁記憶特征提取與反演的定量化基礎研究”國家自然科學基金項目1項，中國石油天然氣集團公司科技公關項目1項，黑龍江省自然科學基金項目3項。重視開展技術服務工作，先后完成了多臺多層包扎式尿素合成塔、超高壓反應器、加氫反應器、再生器、吸附塔和球罐等設備的聲發射檢測及評價工作，并在常壓立式儲罐聲發射在線檢測及底板漏磁掃描檢測方面進行了大量的科研與現場應用工作。對于保證設備安全運行，做出了貢獻，為企業創造了顯著的經濟和社會效益。實驗室主要的科研成果：第十二頁，共40頁。聲發射檢測與結構完整性評價實驗室AcousticEmissionInspectandStructureIntegrityAssessmentLaboratory3.重大危險設備檢測實例實例一：超高壓反應器泄漏聲發射檢測

某塑料廠的超高壓管式反應器全長為1484m，以103根反應管組成。反應管材料為30CrNiMo8，規格為φ86×40，工作溫度315℃，工作壓力為245MPa。超高壓反應器使用夾套管熱水換熱，工作壓力為0.5MPa，工作溫度為168℃。副產物為0.3MPa的蒸汽。某日正常生產中，工作人員發現換熱系統0.3MPa蒸汽中含乙烯，因此判定反應管發生了泄漏，于是廠方立即停產。因為反應器以103根反應管組成，并且管外有夾套管，此刻如何迅速地準確地判斷出泄漏管段，是盡早恢復生產的關鍵。研究決定采用聲發射檢測技術，對超高壓管式反應器進行加載過程的泄漏檢測，期望快速、準確判斷發生泄漏的管段。第十三頁，共40頁。聲發射檢測與結構完整性評價實驗室AcousticEmissionInspectandStructureIntegrityAssessmentLaboratory實例一：超高壓反應器泄漏聲發射檢測聲發射檢測儀器設置及依據標準檢測儀器：美國PAC公司的SAMOS-16聲發射檢測系統。傳感器型號：DP3I，共振頻率30KHz。聲發射檢測依據標準：本次檢測依據“GB/T18182-2000金屬壓力容器聲發射檢測及結果評價方法”進行檢測及結果評價工作。聲發射系統3.重大危險設備檢測實例第十四頁，共40頁。聲發射檢測與結構完整性評價實驗室AcousticEmissionInspectandStructureIntegrityAssessmentLaboratory實例一：超高壓反應器泄漏聲發射檢測超高壓管式反應器泄露檢測過程：初步判斷，泄漏位置位于四層共24根反應管中。受到所用儀器通道數的限制，采用分段檢測的方法，將傳感器布置在管間端面上。初始標定時聲發射傳感器布置圖3.重大危險設備檢測實例第十五頁，共40頁。聲發射檢測與結構完整性評價實驗室AcousticEmissionInspectandStructureIntegrityAssessmentLaboratory實例一：超高壓反應器泄漏聲發射檢測按圖加載曲線進行加載，當壓力到達160MPa，發生了泄漏，停止加載。因為實際加載過程中介質溫度較高，使反應管壁溫度維持在85℃以上，所以無法按預定方案繼續進行聲發射檢測。加載曲線圖3.重大危險設備檢測實例第十六頁，共40頁。聲發射檢測與結構完整性評價實驗室AcousticEmissionInspectandStructureIntegrityAssessmentLaboratory實例一：超高壓反應器泄漏聲發射檢測經過廠方要求，決定對推斷發生泄漏的5根反應管進行短時間聲發射檢測，確定發生泄漏的反應管。這5根超高壓反應管的聲發射檢測布點如圖所示。第一層反應管實際測點圖3.重大危險設備檢測實例第十七頁，共40頁。聲發射檢測與結構完整性評價實驗室AcousticEmissionInspectandStructureIntegrityAssessmentLaboratory實例一：超高壓反應器泄漏聲發射檢測泄漏位置的確定分析并處理采集到的泄漏聲發射檢測數據，各通道的統計結果如表：通道信號數/個最高幅值/dB平均幅值/dB3121745564153427122805410122705213120665014375443

應用PMH時頻分析的方法，確定3、7、10、13號傳感器獲得的信號是泄漏噴流噪聲信號，而6、14號傳感器獲得信號是流動噪聲信號。比較分析3、7、10、13號傳感器所收到的信號數據，其中7號傳感器接收到泄漏聲信號的幅值最高，3號傳感器次之，可以確定位于這2個傳感器間的1#彎管段發生了泄漏，泄漏位置位于1#管的彎曲段，而且靠近7號傳感器一側。為廠方迅速尋找泄漏源提供了強有力的技術支持。第一層反應管實際測點圖泄漏管段3.重大危險設備檢測實例第十八頁，共40頁。聲發射檢測與結構完整性評價實驗室AcousticEmissionInspectandStructureIntegrityAssessmentLaboratory實例二：超高壓反應管聲發射檢測超高壓自增強聚乙烯管式反應器是聚乙烯生產裝置中的關鍵設備之一,目前已處于設計壽命的中后期階段。經試驗測定,個別運行條件比較苛刻的反應管內壁殘余應力已衰減為零,反應管內壁有出現裂紋的可能性，目前已發生反應管破前漏的事故。因此，如何有效保障超高壓反應器的安全可靠運行已迫在眉結。根據廠方要求，對超高壓反應器進行抽檢。本次檢測選取10根反應管進行聲發射檢測，10根反應管包括6根彎管和4根直管。3.重大危險設備檢測實例第十九頁，共40頁。聲發射檢測與結構完整性評價實驗室AcousticEmissionInspectandStructureIntegrityAssessmentLaboratory實例二：超高壓反應管聲發射檢測本次聲發射檢測是與伍德公司對超高壓反應管進行再次自增強處理時同時進行的，被檢的反應管還進行了渦流檢測。本次檢測依據“GB/T18182-2000金屬壓力容器聲發射檢測及結果評價方法”進行檢測及結果評價工作。使用美國PAC公司生產的SAMOS-16聲發射檢測系統。傳感器型號為R15型，共振頻率為150KHz。3.重大危險設備檢測實例第二十頁，共40頁。聲發射檢測與結構完整性評價實驗室AcousticEmissionInspectandStructureIntegrityAssessmentLaboratory實例二：超高壓反應管聲發射檢測由于10根反應管分為直管和彎管二類，其傳感器布置分別如圖2和圖3所示。每根管均布置10個傳感器，采用線定位與區域定位相結合的方法。圖2直反應管聲發射傳感器布圖圖3彎反應管聲發射傳感器布圖3.重大危險設備檢測實例第二十一頁，共40頁。聲發射檢測與結構完整性評價實驗室AcousticEmissionInspectandStructureIntegrityAssessmentLaboratory實例二：超高壓反應管聲發射檢測3.重大危險設備檢測實例第二十二頁，共40頁。聲發射檢測與結構完整性評價實驗室AcousticEmissionInspectandStructureIntegrityAssessmentLaboratory實例二：超高壓反應管聲發射檢測加載曲線如圖所示。整個加載過程由三個保壓階段組成，保載壓力分別約為1/3Pmax，2/3Pmax和Pmax。每根管的最高加載壓力由德方根據自增強處理要求確定。3.重大危險設備檢測實例第二十三頁，共40頁。聲發射檢測與結構完整性評價實驗室AcousticEmissionInspectandStructureIntegrityAssessmentLaboratory實例二：超高壓反應管聲發射檢測管號形式最高加載壓力/MPa最高壓力保載

最高壓力保載AE結論自增強檢測結果∑HitAmax∑EvAmax8直68056681168未發現有效聲源未損失10彎640506681852發現1處有效聲源，聲源綜合等級為B級全部損失17彎670438761258未發現有效聲源損失很小27彎67037966550未發現有效聲源損失很小33彎61013272465未發現有效聲源損失很小42彎61010664758未發現有效聲源未損失46彎680396601159未發現有效聲源損失很小65直650126621262發現1處有效聲源，位于反應管膨脹節處，經分析其是膨脹節受力擴展產生損失很小92直700296701072未發現有效聲源未損失107直7108272561未發現有效聲源未損失3.重大危險設備檢測實例第二十四頁，共40頁。聲發射檢測與結構完整性評價實驗室AcousticEmissionInspectandStructureIntegrityAssessmentLaboratory加氫反應器基本參數：設計壓力：8.61MPa；工作壓力：8.2MPa；設計溫度：425℃；全容積：123m3；介質：油、H2、H2S、NH2；設備金屬凈質量：193640Kg；設備充水后總質量：315050Kg；材質：2.25Cr1Mo+E309L+347L；結構尺寸：Φ3000mm×（90+6.5）mm×23757mm。

實例三：新制加氫反應器聲發射檢測3.重大危險設備檢測實例第二十五頁，共40頁。聲發射檢測與結構完整性評價實驗室AcousticEmissionInspectandStructureIntegrityAssessmentLaboratory加氫反應器聲發射傳感器布點圖三角定位、線定位和區域定位相結合實例三：新制加氫反應器聲發射檢測3.重大危險設備檢測實例第二十六頁，共40頁。聲發射檢測與結構完整性評價實驗室AcousticEmissionInspectandStructureIntegrityAssessmentLaboratory水壓試驗加載曲線（二次加載）實例三：新制加氫反應器聲發射檢測3.重大危險設備檢測實例第二十七頁，共40頁。聲發射檢測與結構完整性評價實驗室AcousticEmissionInspectandStructureIntegrityAssessmentLaboratory

加氫反應器聲發射檢測結果分析

第一次加載循環（0—8.61MPa）該階段收到大量的聲發射信號，且絕大部分來自于升壓階段。考慮到新制壓力容器的首次加壓，經分析，這些信號主要是由加氫反應器的裙座、支座、支柱和接管等角焊縫部位的焊接殘余應力釋放以及墊板與殼體變形膨脹不一致產生的機械摩擦引起。由于危險的缺陷在保壓階段仍然會活動，所以在檢測時重點監測保壓階段的聲源定位信號。在該加壓循環的第一保壓臺階（P=8.61MPa）未形成定位集團，僅形成數量不多的分散定位點。

實例三：新制加氫反應器聲發射檢測3.重大危險設備檢測實例第二十八頁，共40頁。聲發射檢測與結構完整性評價實驗室AcousticEmissionInspectandStructureIntegrityAssessmentLaboratory

11.0MPa一次保壓階段聲源定位圖但在第二保壓臺階（P=11.0MPa）及第三保壓臺階（P=13.75MPa）時得到二個有效聲源定位集團S1和S2。這兩個定位集團是否確實來自于真正缺陷，尚需觀察第二次加壓循環的監測結果來確定。S113.75MPa一次保壓階段聲源定位圖加氫反應器聲發射檢測結果分析實例三：新制加氫反應器聲發射檢測3.重大危險設備檢測實例第二十九頁，共40頁。聲發射檢測與結構完整性評價實驗室AcousticEmissionInspectandStructureIntegrityAssessmentLaboratory

13.75MPa二次保壓階段聲源定位圖第二次加壓循環（P=13.75MPa）保壓臺階聲發射檢測結果，僅發現一處聲源S1。S113.75MPa二次保壓階段聲源定位圖加氫反應器聲發射檢測結果分析S1實例三：新制加氫反應器聲發射檢測3.重大危險設備檢測實例第三十頁，共40頁。聲發射檢測與結構完整性評價實驗室AcousticEmissionInspectandStructureIntegrityAssessmentLaboratory

上封頭彎管處實際圖實例三：新制加氫反應器聲發射檢測3.重大危險設備檢測實例第三十一頁，共40頁。聲發射檢測與結構完整性評價實驗室AcousticEmissionInspectandStructureIntegrityAssessmentLaboratory

13.75MPa一次保壓階段聲源定位圖上封頭彎管處布置26#、27#傳感器形成線定位，以監測此處焊接質量。得到1處聲源S3。其它各道環焊縫均未形成有效定位集團。S113.75MPa二次保壓階段聲源定位圖加氫反應器聲發射檢測結果分析實例三：新制加氫反應器聲發射檢測3.重大危險設備檢測實例第三十二頁，共40頁。聲發射檢測與結構完整性評價實驗室AcousticEmissionInspectandStructureIntegrityAssessmentLaboratory

聲源序號第一次加載循環（MPa）第二次加載循環（MPa）聲源活度聲源強度聲源綜合等級8.61保壓11.0保壓13.75保壓11.0-13.75升壓13.75保壓S1×○○×○活性弱強度CS2×○○××弱活性弱強度BS3××○×○活性弱強度C注：○表示加壓或保壓階段有聲源；×表示加壓或保壓階段無聲源。水壓試驗過程聲源評價結果實例三：新制加氫反應器聲發射檢測3.重大危險設備檢測實例第三十三頁，共40頁。聲發射檢測與結構完整性評價實驗室AcousticEmissionInspectandStructureIntegrityAssessmentLaboratory根據GB/T18182-2000《金屬壓力容器聲發射檢測及結果評價方法》等標準和規程要求，對發現的三處聲源進行復驗。S1和S2采用超聲波進行復驗，未發現超標缺陷。聲源S1位于筒體中部，經分析為加載過程中水流微滲產生的流動噪聲；聲源S2在第二次加載循環保壓階段消失，根據所處位置，確定為鞍座與筒體間的機械摩擦信號。聲源S3在第二次加載循環定位信號較集中，經表面滲透探傷復檢為彎管內堆焊層表面裂紋。根據聲發射檢測結果，認為該加氫反應器在最高試驗壓力13.75MPa下，筒體未發現活性缺陷；上封頭彎管內堆焊層表面裂紋缺陷需進行修復。實例三：新制加氫反應器聲發射檢測3.重大危險設備檢測實例第三十四頁，共40頁。聲發射檢測與結構完整性評價實驗室AcousticEmissionInspectandStructureIntegrityAssessmentLaboratory4.聲發射監測技術應用展望人員、設備與生產過程安全是工業活動中應最先考慮并得以保障的事宜。由于設備的安全性故障及突發事故造成的工業生產損失與人員傷害往往是致命性的、無法彌補與挽回的。保證生產過程安全長周期運行有賴于先進的檢測、監測技術與管理方法。在實際生產過程中，由于特種設備的復雜性、材料本身的不均勻性、制造過程質量控制的不一致性、各種無損檢測方法的局限性，巡檢或定期檢查很難覆蓋所有潛在的問題與部位。對于一些關鍵結構與部位、經常性出現的問題、一些已發現的故障缺陷但又不能隨意停產檢修的情況、一些需要在相對較大的范圍觀測跟蹤安全性能的場合、一些監測人員無法或不易經常性檢查的部位，在線監測成了唯一有效的選擇。從長遠的、總體的經濟與社會效應考慮，在線監測具有更大的效益/成本比。在線監測可以降低對技術人員水平一致性的要求，減輕勞動強度，易于建立監測數據庫，便于實現科學化技術管理。重大危險設備在線監測的必要性第三十五頁，共40頁。聲發射檢測與結構完整性評價實驗室AcousticEmissionInspectandStructureIntegrityAssessmentLaboratory4.聲發射監測技術應