無損檢測技術(shù)在高溫壓力容器不停車、不開罐檢測中的應(yīng)用

張文慶(河北華北石油特種設(shè)備檢驗(yàn)所，河北任丘062552)

無損檢測技術(shù)在高溫壓力容器不停車、不開罐檢測中的應(yīng)用

張文慶(河北華北石油特種設(shè)備檢驗(yàn)所，河北任丘062552)

本文在試驗(yàn)研究和國內(nèi)外資料調(diào)研的基礎(chǔ)上，總結(jié)了高溫在不停車檢測技術(shù)方法，探討了其應(yīng)用范圍和檢測精度，討論了高溫在線檢測技術(shù)在壓力容器安全運(yùn)行的重要作用。

高溫下壓力容器失效形式比較復(fù)雜，在設(shè)計(jì)時(shí)也難以進(jìn)行控制。因此，高溫環(huán)境作用下，壓力容器的失效概率是很高的。長期在高溫、高壓下操作的設(shè)備存在高應(yīng)變應(yīng)力部位，這是設(shè)備的最薄弱部位，極易萌生裂紋并快速擴(kuò)展導(dǎo)致設(shè)備失效，嚴(yán)重影響整個(gè)裝置的長周期安全運(yùn)行，是石油化工、化工行業(yè)的重大安全隱患。

1 高溫壓力容器在線檢測技術(shù)

1.1 厚度測量

高溫容器腐蝕失效占高溫容器事故而迫使企業(yè)非計(jì)劃停車的30%以上，因此，高溫容器在役腐蝕檢測與長期狀態(tài)監(jiān)測是防止高溫容器腐蝕失效乃至災(zāi)難性事故的最為有效的手段。厚度測量是壓力容器在線檢測的重要手段。石化行業(yè)的常減壓、焦化裝置的容器等常常因沖蝕減薄而造成泄漏，嚴(yán)重的產(chǎn)生起火爆炸，釀成事故[1]。常規(guī)測厚儀要求被測件表面溫度小于50℃，顯然不能滿足高溫壓力容器在線檢驗(yàn)需求。

為解決這一問題通常選用高溫測厚探頭，并且搭配相應(yīng)溫度下的高溫耦合劑。由于在不同溫度下，材料中超聲波的聲速、聲壓發(fā)生變化，隨著溫度的升高，超聲波的速度降低[2]，聲波幅度衰減顯著變大，在高溫超聲波橫波檢測前應(yīng)該有聲速的修正過程。聲速修正講超聲脈沖垂直入射已知厚度的被測試樣中，根據(jù)超聲脈沖回波或透射波的傳播時(shí)間來計(jì)算聲速。

通過發(fā)射低頻磁場，在材料表面產(chǎn)生渦流信號(hào)，在材料表面以下，渦流信號(hào)逐漸衰減，衰減程度與材料壁厚的成函數(shù)關(guān)系，渦流信號(hào)在材料另一側(cè)面（背面）信號(hào)突然消失。通過渦流信號(hào)強(qiáng)度與突然消失的時(shí)間，可計(jì)算出材料厚度。這個(gè)厚度是磁場區(qū)域內(nèi)的平均厚度，即探頭區(qū)域內(nèi)的平均厚度。

1.2 焊縫及母材外表面缺陷的檢測技術(shù)

1.2.1 磁粉檢測

磁粉檢測可檢測材料表面近表面缺陷。利用鐵性粉末在磁場中被漏磁場吸附形成的鐵痕來顯示材料不連續(xù)發(fā)生的位置、大小、形狀和嚴(yán)重程度的鐵磁性材料缺陷的無損檢測技術(shù)。鐵磁性材料工件磁化后，由于不連續(xù)性的存在，使工件表面和近表面的磁感線發(fā)生局部畸變而產(chǎn)生漏磁場，吸附施加在工件表面的磁粉，從而顯示其缺陷。使用溫度超過300℃高溫磁粉已經(jīng)得到應(yīng)用[2]，其原料為鐵的復(fù)合氧化物。一般為空心球形，具有較好的移動(dòng)性和分散性，磁化工件時(shí)，磁粉能不斷地跳躍著小漏磁處聚集。ASME標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，滿足一定要求的干磁粉可以用于315℃以下環(huán)境的檢測。

1.2.2 滲透檢測

滲透檢測主要檢測表面開口缺陷。資料報(bào)道王建喜、陳時(shí)宗[5]等人研究的處于高溫下的金屬。致密性非金屬材料及其制件表明探傷的高溫型著色探傷滲透液，可完成對(duì)表明溫度為150～220℃的制件表面的探傷，能檢出寬度為0.001mm，寬深比為1/60。

1.2.3 聲發(fā)射檢測技術(shù)

聲發(fā)射可以用于高溫環(huán)境下的檢測和監(jiān)控[3]，其原理圖如圖1所示。當(dāng)材料受到應(yīng)力作用時(shí)，能量首先在材料內(nèi)部聚集，當(dāng)能量增大到一定程度時(shí)，就會(huì)在材料缺陷處產(chǎn)生瞬時(shí)彈性波，這種應(yīng)力波在材料內(nèi)部傳播到材料表面，被耦合貼放的在材料表面的聲發(fā)射傳感器感應(yīng)到，傳感器內(nèi)部的壓電陶瓷將這種彈性波的機(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，信號(hào)經(jīng)過放大、處理后，可反應(yīng)材料內(nèi)部缺陷情況。

圖1 聲發(fā)射檢測和監(jiān)測原理圖

3 結(jié)語

（1）對(duì)壓力容器的使用管理來說，高溫環(huán)境下的檢測技術(shù)具有重要的意義。該技術(shù)可以在運(yùn)行狀態(tài)下，對(duì)高溫運(yùn)行中的設(shè)備進(jìn)行抽查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)新生缺陷，并判斷這些缺陷是否危及設(shè)備安全，幫助管理部門確定檢修計(jì)劃；在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)缺陷的場合，該技術(shù)可以對(duì)缺陷進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，定期監(jiān)測缺陷的擴(kuò)展，隨時(shí)提醒管理部門采取果斷措施停車檢修或更換設(shè)備。

（2）復(fù)雜工況的出現(xiàn)以及對(duì)經(jīng)濟(jì)效益的要求越來越高，部分壓力容器無法停車、開罐檢驗(yàn)，，在線檢驗(yàn)技術(shù)可以很好的解決安全性與經(jīng)濟(jì)性的矛盾，從而為壓力容器使用單位提供訂單式服務(wù)需求，探索一種可靠的在線檢驗(yàn)技術(shù)具有較大的應(yīng)用前景。

（3）設(shè)備在高溫運(yùn)行狀態(tài)下，設(shè)備是否存在缺陷，缺陷是否擴(kuò)展，缺陷尺寸是否在安全容限范圍內(nèi)，缺陷的擴(kuò)展速率，設(shè)備的壽命預(yù)測，安全保障技術(shù)等等，正是目前壓力容器工程技術(shù)人員日益關(guān)注的問題。隨著失效模式的研究日漸成熟，針對(duì)不同的失效模式選擇必要的檢驗(yàn)手段會(huì)成為未來檢驗(yàn)主要方式，探究在線檢驗(yàn)技術(shù)在一定范圍內(nèi)取代開罐檢驗(yàn)已經(jīng)成為我國無損檢測發(fā)展的一個(gè)方向。

[1]王曉雷，承壓類特種設(shè)備無損檢測相關(guān)知識(shí)[M].北京：中國勞動(dòng)設(shè)備保障出版社，2007.

[2]呂干霖等“高溫鋼聲速與聲速滯后現(xiàn)象”聲學(xué)學(xué)報(bào)，Vol.17,No.6,1992,P.446