高溫環境下壓力容器與管道在線超聲波檢測技術

朱春海

摘 要：文章重點分析了超聲波檢測在較高的溫度中，在線檢測、監控壓力容器和管道缺陷時應注意的問題和測試條件，并且講述了一些具體問題，探討了對其精確性有干擾的要素。

關鍵詞：高溫；超聲波檢測；壓力容器與管道；焊縫；缺陷

1 概述

最近幾年，很多行業中都開始使用超聲波來進行檢測活動，比如壓力設備的生產和安裝等等。不過在很多獨特的狀態中，我們要明確裝置在較高的氣溫中的情形，比如裝置是不是有問題，問題的發展性如何，問題區的大小是不是規定的數值之中，其擴展性和使用時間的分析等。該項科技還能夠實現很多的意義，不過因為條件的原因，對于工作在50～450℃溫度下的壓力容器和管道的在線超聲波檢測，現在我們開展的大多是高溫情形中測厚工作。

這項科技在國外獲取了非常顯著的成就。開始的時候，是分析高溫檢測，像是鋼板等，研究了用水變冷的超聲波探頭、衰減特性等。然后，不斷的分析其焊縫問題的檢測工藝。

2 在開展橫波檢測時接觸的不利現象

由于氣溫是不一樣的，物質中的超聲波的聲音速度和壓力等也是不一樣的，由于氣溫增加。聲速減弱，聲波幅度衰減顯著變大。壓力容器和管道焊縫的超聲波探傷一般使用橫波，當使用楔塊把探頭中的縱波轉換成試件中所需要的不同角度的橫波時，根據斯涅爾定律：有sinA1/sinA2=CL1/CT2。所以，在開展橫波檢測的時候，由于氣溫改變，設備的靈敏性等也出現變化。

3 關于實驗室的檢測

試驗采用泛美公司ABWHT-5T-45°/60°（260℃、Φ13mm）、ABWHT-7T-45°/60°（260℃、Φ10mm）、ABWVHT-7T-45°/60°（480℃、Φ10mm）楔塊；A540S-SM、A549S-SM超聲波傳感器；耦合劑選用Sono900、950和Panamatrics F（260℃）、Pana-matrics E（540℃）。先是開展了多種氣溫條件中的聲速等的測試活動，進而對各種氣溫狀態，選取具有多種反射體的要素，在很多深度領域中開展檢測，以此來明確其敏捷性和精確性等。

模擬檢測采用從容器上截取的帶焊縫表面裂紋的實物試樣和人工預制裂紋試樣兩種，裂紋取向為橫向和縱向，檢測在60～450℃可調恒溫臺上進行，分別采用260℃和450℃高溫探頭及耦合劑。由于試樣的尺寸是不一樣的，選用45°、60°超聲探頭。檢測時，探頭沿焊縫方向、垂直于焊縫方向、與焊縫成45°角方向進行掃查。當進行45°角掃查時，檢測靈敏度相對于其它兩個方向提高6dB～10dB。

在上面的狀態中，對于那些比較深的而且長的縫隙，比較的容易檢測得到，而對于相反的那種就不太容易得到，尤其是對那種處在中間方位的，水平方向的縫隙更是無法的精確得到。

測試中，各種氣溫狀態中的八個尺寸超高四毫米的分析都被檢測得到了，260℃溫度下的六個尺寸在兩毫米的縫隙被獲取了五項。450℃溫度下尺寸在兩毫米的縫隙非常的不易獲取。

4 具體的案例

4.1 催化再生器應力腐蝕裂紋的檢測

自從上個世紀的末期開始，我國的煉油領域原料的品質開始變差，有20多套催化再生器發生硝酸鹽溶液應力腐蝕開裂。催化裝置的再生器、煙道及第三旋風分離器發現了大量裂紋，裂紋類型包括沿焊縫熔合線的縱向裂紋，焊縫熱影響區裂紋，垂直于焊縫并延伸到母材的橫向裂紋，保溫釘熱影響區裂紋等等，此類縫隙從內壁開始擴張，快速的透過設備內壁，導致滲漏現象出現，進而危及到活動的正常開展。

催化再生器操作溫度700℃左右，器壁溫度在70～200℃之間，內有100～150mm耐磨隔熱襯里，費用非常多。單位為了穩定，同時又能夠節省資金，想在裝置運作的時候，對設備是不是有縫隙，以及縫隙的大小等進行分析。我們采用250℃下帶溫、在線超聲波檢測技術，從外壁不開罐、不打開內襯對沉降再生器內壁裂紋進行檢測，幾年來對多家煉油廠，近10臺再生器進行了在線檢測。

4.2 預加氫反應器裂紋的檢測與監控

某煉油廠預加氫反應器（R201）的工作壓力：

2.70MPa，工作溫度：330℃，壁厚：筒體42+3/封頭48+3mm，規格：Φ2800×13263mm。于1996年11月投入運行。在2000年9月檢測時，發現W2環縫中有4條垂直于焊縫的裂紋，處在基材以及復合層之中。如果重造裝置的話，它的時間大約在一年左右，為了確保生產活動能夠順利的開展，廠家對其展開了測評，而且對縫隙開展了綜合化的監控工作。

上述單位對其存在的縫隙進行了檢測，總共開展了十次活動，有九次是在運作的時候，在高溫的模式中開展的，剩下的一次是在常溫的模式之中開展的。通過分析發現，這些縫隙中有四個是會擴張的。在之后的一段時間中，廠家換新了設備。

4.3 高溫管線在線檢測

某廠內酰胺3000裝置轉化氣管道，材質原為15CrMo，操作壓力2.5MPa，操作溫度400℃，規格Φ325×10，1992年投用。其后，增加鍋爐水噴頭，此段管材改為1Cr18Ni9Ti，1999年投用。兩年之后，對其檢測的時候，管存在長達15mm的縫隙，其是圓形的，此時廠房開展了帶壓等的處理，進而持續了一段時間，在該年三月份的時候，上述單位對這個問題區附近的范圍開展了檢測工作，在四個位置中得到了非常多的圓形的縫隙，不過沒有將管壁穿透，此時廠房開展了積極地維護活動。

某公司ARDS裝置125條工藝管線為利舊管道，很多的零件，像是彎頭等都是從過去的管線廢棄的材料中獲取的，規格為Φ48～Φ323mm，壁厚7.1～32mm，操作溫度為40～430℃，材質有碳素鋼、CrMo鋼、不銹鋼。廠家為了能夠合理的了解此類要素的運行狀態，方便進行裝置采買活動，并且便于設置維修規劃，在運作的時候，對管線和焊縫等開展了全面的在線檢測工作，而且適當的開展了評估活動。之后，上述單位對其使用超聲波工藝開展了詳細的抽檢工作，沒有獲取縫隙類的問題，進而能夠協調廠房設置優秀的檢修規劃。

5 結束語

5.1 針對壓力設備以及管線的運行管控來講，在氣溫較高的時候，對該項檢測工藝有著非常巨大的影響。這個工藝能夠在運行模式中，分析裝置是不是具有影響到自身穩定性的問題，進而協助管控機構明確維護方案。對于已經出現的不利現象，這個工藝能夠在規定的時間中分析問題的發展方向，進而告知相關機構設置合理的方法處理。

5.2 使用直接的溫觸措施來開展該項檢測活動，要結合要進行檢查裝置的溫度，合理的選擇設備。儀器調試應在檢測溫度下進行，按照JB4730-94標準規定，采用ⅢA試塊確定靈敏度和定位，假如在較冷的環境中來設置其敏捷性的話，就要結合具體的溫度來設置。

5.3 由于氣溫不一樣，鋼板等的聲速會出現改變，導致折射角發生了改變，所以，在各種氣溫模式中，問題的反射波和具體的情況之間會有不同存在，也就是說問題的范圍和具體的狀態是不一樣的，進而干擾到問題的判別等，最終使得穩定性的檢測受到一定的干擾。

5.4 由于氣溫改變，其聲壓的改變是非常明顯的。除此之外，各個反射體，它們所處的方位不一樣，就容易導致衰減性不一樣，當頻率不一樣的時候，其衰減特點也是不一樣的。此類內容都應該在后續的探索活動中認真分析。