劳动人事部锅炉压力容器检测研究中心
刘时风 万耀光等
本次检测的卧式贮罐，是保定地区液化石 油公司的贮油罐：内径2600mm, 筒体壁厚16 mm, 封头壁厚18mm, 材料为16Mn。设计压力 P=16kgf/cm², 材料许用应力〔 σ〕'=1730 kgf/cm²。
该贮罐由原化工部第一设计院设计，河北 省安装公司第三工程处施工，于1982年9月4日 通过正式技术鉴定后随即投入使用。卧罐制造 完工后曾进行过水压试验，(20kgf/cm² 保压20分钟),安装完毕后进行过气密试验(16kgf/cm² 24小时)。
1984年10月对卧罐进行开罐检查时发现， 罐体有缺陷。为了确切掌握这种结构卧罐的应 力大小及分布和修补后的罐体结构完整性，我 们对修补后的罐在打水压的力学条件下进行了 声发射检测和电测应力分析。
为了与声发射检测结果相对照，辅以电测 应力分析。电阻片沿罐体环向和纵向成直角测 点布置。具体布片位置如图1所示。
采用美国D/E公司3000系列双通道设备作 为AE检测系统。每个通道的总增益为86 db, 门限电平为1V, 单端式宽频带(40—300 Hz）探头。现场检测采用的参数和功能为振铃计数率，事件计数—幅度分布和事件计数一定位分布。用折断铅笔芯方法进行模拟试验，确定衰 减量和定位精度。测试结果表明：本检测系统具有足够的灵敏度，可以满足现场检测的要求。
为了与声发射检测结果相对照，辅以电测 应力分析。电阻片沿罐体环向和纵向成直角测点布置。具体布片位置如图1所示。
图 1 应力测量布片位置
分次打压 (0—5kgf/cm²、0—15kgf/cm²、5—24kgf/cm²、15~24kgf/cm²)均记录AE振铃计数率及载荷，图2是记录的曲线之一(5— 24kgf/cm²)。
图 2 声发射计数率、压力 — — 时间曲线(5 — 24kgf/cm²)
在三个不同的受力条件下(0—5kgf/cm², 0—15kgf²/cm²,5—20kgf/cm²)，AE事件计数一幅度分布检测结果如图3所示。从图3测算的特殊的AE事件计数——幅度分布数据如表1 所示。
图3 AE事件计数——幅度分布检测结果
表1 特别的AE事件一一幅度分布数据
电测结果表明：压力与罐体上的应变呈线 性关系。当压力为15kgf/cm² 时，实测最大应 力点在7′和8′点上，最大应力值σ¹=15.09 kgf/mm²,σ²=6.89kgf/mm²。按照薄壁筒受内压理论计算σ'¹=15.2kgf /mm²,σ¹²=7.59kgf/mm² 。显然实测结果和理论计算相符，而且实测应力值小手许用应力17.30kgf/mm²。
从计数率曲线可以看出(参看图2)，在5kgf/cm²压力下AE信号十分微弱。为5—10kgf/cm²才出现了相当于铅芯信号大小的信号。在10kgf/cm²保压的情况下，不仅信号个数很少，而且大小远于铅芯小信号，这说明在10kgf/cm²以下，AE源活度相当低。在10—15kgf/cm²升压过程中，虽然AE信号较为密集，大小约相当于铅芯信号的3倍，但在15kgf/cm²保压期间随着时间增长，不仅信号个数减少，而且大小也越来越小，最后甚至不再出现信号。特别是在第三次打压的15kgf/cm²保压期间均满足开 塞尔效应，这说明压力为15kgf/cm² 时罐体的完整性是稳定的。
在15—20kgf/cm²升压过程中，AE信号不仅密集，而且比铅芯信号大一个数量级，保压期间也出现了两个信号。在第四次打压15—20kgf/cm² 仍有大小相当于铅芯信号3倍的信号出 现。这个信号是在第二次15—20kgf/cm²升压中产生的，说明在15kgf/cm²以上，罐体已不满足开塞尔效应，这意味着罐体的完整性已不满足。
在20kgf/cm² 以上出现密集的大信号，最大的达到9999次/秒。
从事件计数 — — 幅度分布的结果可以看出：0—5kgf/cm²和0—15kgf/cm²两个受力条件下检测到的事件峰值幅度，事件峰值计数，最大幅度，最大幅度计数均相差不多。然而在5—20kgf/cm²条件下上述四个参数均有显著增 加。这也说明了在15kgf/cm² 以下罐体结构完整性较稳定。而在15—20kgf/cm²条件下结构完整性开始向不稳定方向发展。
事件计数——定位分布分析结果得到，在24kgf/cm²以下AE源是分散的，只有相对座标为55处事件数稍有增加。对照模拟试验可以推出，相对座标55处对应着中间环焊缝，这说明在较高压力下，中间环焊缝处有缺陷活动，这就为以后的探伤提供了参考。
图4 硫当量〔S〕对钢再热裂纹倾向的影响
以得到优良的抗氢腐蚀与抗回火脆性性能；钢中硫含量应降到最低以避免再热裂纹与提高抗氢腐蚀性能；应降低钢中含氮量以提高蠕变断裂应力与抗氢腐蚀性能；钢中应加入钒以提高蠕变断裂应力、高温强度与抗氢腐蚀性能；钢中应加入铌以提高高温强度。添加钒与铌并降低氮与硫的2四分之一Cr-1Mo与3Cr-1Mo钢均具有优良的性能。表3列出了改进的2-Cr-1Mo与SCr-1Mo钢的性能比较。
由表3可见改进的2四分之一Cr-1Mo钢的蠕变断裂应力高于改进的3Cr-1Mo钢。调整各种元素含量对提高2去Cr-1Mo钢抗氢腐蚀性能的影响远比3Cr-1Mo钢显著。根据川崎钢铁公司的研 究结果，认为2四分之一Cr-1Mo钢有较多的制造与使 用经验，价格也比3Cr-1Mo钢便宜，经改进后的2四分之一Cr-1Mo钢的性能并不低于3Cr-1Mo钢。 因此，建议在高温高压氢介质中选用改进的2四分之一Cr-1Mo钢。
电测的结果也说明，当压力为15kgf/cm²时，罐体的最大应力处应力小于许用应力，证明罐体的强度是适宜的。
综上所述，可以得出结论，15kgf/cm²压力为贮罐的安全压力门坎。将此压力折扣1.5倍得到的10kgf/cm²压力可以视为使用中的压力上限。
本试验结果，经主管劳动部门认可，降压到8kgf/cm² (低于10kgf/cm²,偏于安全)使用。该容器于85年9月已投入生产运行。运行正常。
参 考 文 献
〔1〕刘时风"双通道声发射仪确定球罐上AE源位置"《压力容器》1985
