酯化反应器焊接接头夹渣缺陷自身高度的超声检测与分析.pdf
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1、59特 种 设 备 安 全 技 术2023 年第 4 期表 1酯化反应器(R-1102)运行参数筒体材质Q345R筒体厚度30+3(钛层)mm封头材质Q345R封头厚度30+3(钛层)mm设计压力2.32MPa设计温度130工作压力2.13MPa工作温度70110投用时间3 年工作介质C4 混合物、醋酸混合酯、水图 1焊接接头型式图2仿真研究CIVA 软件可以根据不同的工况,设计不同的探头和检测工艺,最终预测在实际无损探伤工作中的检测情况。本文在 CIVA 软件中添加了 2 个条形夹渣 F1、F3和 1 个圆形夹渣 F2,其中 F1 的高度为 1.5mm,F2 的高度为 1.0mm,F3 的高
2、度为 2.0mm,相邻两缺陷之间的纵向间距为 0.5mm。因此,这 3 个小缺陷可合并为 1 个夹渣缺陷,如图 2 所示。图 1 所示为全聚焦相控阵仿真图,从该图可以清晰的看出,全聚焦相控阵能较为精确的分辨出 F1、F2 和 F3 缺陷信号。设计的缺陷整体自身高度为 5.5mm,仿真图中根据端点 6dB 法可以测量得到缺陷的高度为 5.9mm,偏差为 0.4mm。0引言酯化反应器是精细化工作业中的一种常见压力容器,主要用于酸和醇在催化剂的作用下发生可逆反应,生成相应的酯和水1。在本次检验过程中,经常规超声检测发现 R-1102 反应器的纵焊缝存在一处夹渣缺陷。根据 TSG21-2016 固定式
3、压力容器安全技术监察规程的表 8-4 中关于条状夹渣的安全状况等级评定要求,需要测量缺陷的长度和自身高度。常规超声检测可以较为准确的测量出缺陷的长度,但在自身高度的测量方面存在很多难点,许多学者在这一方面进行了研究探索2-4。有研究表示,缺陷高度的检测误差均值达 40%以上5。因此,本文针对夹渣缺陷自身高度的定量问题,在CIVA 仿真研究的基础之上,进行缺陷响应研究。接着,提出了常规超声、常规相控阵、全聚焦相控阵和 TOFD四种方法进行实际检测比对。检测结果发现,这四种方法对缺陷长度的测量非常接近,对缺陷自身高度的测量以全聚焦相控阵和 TOFD 两种方法较为理想。1设备概述在本次压力容器定期检
4、验过程中,该台酯化反应器(R-1102)为首次检验,其具体运行参数如表 1 所示。在化工设备中,用钛材代替普通碳钢、不锈钢等材料可以有效延长设备的使用寿命,具有较好的经济价值6。该台酯化反应器的内壁贴了一层 3mm 厚的钛盖板。本文所述的夹渣缺陷所在焊接接头型式如图 1 所示。酯化反应器焊接接头夹渣缺陷自身高度的超声检测与分析金伟秦敬芳邵斌周常迪钱盛杰摘要针对压力容器定期检验过程中发现的一台反应器焊接接头夹渣缺陷,采用 CIVA 软件建立夹渣缺陷的声学模型,分析了全聚焦相控阵和 TOFD 两种方法对该缺陷的声学响应情况。最后,在反应器的检验过程中,分别采用常规超声、常规相控阵、全聚焦相控阵和
5、TOFD 四种方法进行夹渣缺陷的定量比较。超声检测比对发现,这四种方法对缺陷长度的测量结果偏差较小,对缺陷自身高度的测量以全聚焦相控阵和 TOFD 两种方法较为理想。关键词反应器夹渣相控阵CIVA 仿真超声检测收稿日期:2023-03-0660特 种 设 备 安 全 技 术2023 年第 4 期图 2全聚焦相控阵仿真图目前,TOFD 方法测得的缺陷自身高度的准确度已被普遍认可。针对上述相同的夹渣缺陷,采用 TOFD 方法进一步测量的缺陷自身高度,以期实现两种方法的相互验证,如图3所示。经TOFD仿真可以发现该夹渣信号,但由于间距太近,难以分辨出上述 F1、F2 和 F3 缺陷。通过测量可得,缺
6、陷的高度为 5.7mm,偏差相比全聚焦相控阵更加精确。图 3TOFD 仿真图由上述仿真结果可得,全聚焦相控阵和 TOFD 方法对缺陷的高度测量均较为准确。全聚焦相控阵方法对于缺陷的形貌和分辨力更具优势。3超声检测比对应用在定期检验过程中,R-1102 酯化反应器的表面缺陷采用磁粉检测(对接焊缝)和渗透检测(接管角焊缝处),埋藏缺陷采用常规超声检测。检验结果发现,纵焊缝存在一处夹渣缺陷。该夹渣缺陷的长度满足TSG21-2016固定式压力容器安全技术监察规程的要求。该缺陷自身高度的测量的准确性关系到这台设备是否需要进行返修。而常规超声检测的缺陷高度测量误差较大。为此,本文采用了常规超声(UT)、常
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