氨制冷壓力管道的無損檢測技術

崔　闖,張　華,翟　琨

(1.中國特種設備檢測研究院， 北京 100029；2.唐山市特種設備監(jiān)督檢驗所， 唐山 063002)

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氨制冷壓力管道的無損檢測技術

崔闖1,張華1,翟琨2

(1.中國特種設備檢測研究院， 北京 100029；2.唐山市特種設備監(jiān)督檢驗所， 唐山 063002)

介紹了國內(nèi)各種氨制冷壓力管道無損檢測的常規(guī)方法，分析了其應用中的局限性。概述了X射線數(shù)字成像檢測、脈沖渦流檢測等新技術的原理、特點及其在氨制冷壓力管道檢測中的應用，并對氨制冷壓力管道無損檢測方法的選擇提出了建議，以供檢測人員參考，從而保障缺陷的檢出率和降低氨壓力管道的安全隱患。

氨壓力管道;常規(guī)檢測;新技術

近年來，氨泄漏、液氨管道爆炸事故頻頻發(fā)生[1]，造成了巨大的經(jīng)濟損失和嚴重的社會影響。氨制冷壓力管道是冷庫設備的重要組成部分，其安全狀況對冷庫制冷系統(tǒng)的安全運行有著至關重要的作用[2]。

氨制冷壓力管道長期低溫運行，對其停車后的全面檢驗必須經(jīng)過吹掃、置換、清洗工序，以確保管道處于適宜的待檢狀態(tài)，而這樣勢必會造成檢驗時間長，經(jīng)濟損失較大的問題[3]。但是，如果進行不停機檢測，需要拆除保溫層而易造成管道表面結霜，影響檢測設備探頭與管道在檢測過程中的耦合效果；加上氨對射線的吸收和散射作用，常規(guī)射線檢測結果的準確性無法保障。因此，摸索較為行之有效的不停機全面檢測的方法顯得尤為關鍵。筆者介紹了國內(nèi)氨制冷壓力管道無損檢測的常規(guī)方法，以及數(shù)字射線檢測、脈沖渦流檢測等新技術在氨制冷壓力管道檢測中的應用。

1　常規(guī)檢測技術

1.1酚酞試紙檢測

通過酚酞試紙檢測，可以發(fā)現(xiàn)氨制冷管道閥門及閥門連接處是否存在氨的泄漏[4]。由于氨水呈現(xiàn)弱堿性，若管道與閥門連接處存在液氨、氣氨的泄漏，揮發(fā)出來的氨氣遇到濕潤的酚酞試紙，會使無色的酚酞試紙變紅，而檢測人員就可以通過試紙顏色的變化來判斷被檢處是否存在氨的泄漏。

酚酞試紙檢測已廣泛應用于壓力容器焊縫、接管等連接處的泄漏檢測中，尤其對接管、人孔及幾何形狀不連續(xù)等應力集中區(qū)，或者可能發(fā)生應力腐蝕的區(qū)域，具有較好的檢測效果。但是，該方法的局限性在于，只能定性檢測出管道連接處可能存在的泄漏，并不能定性、定量地檢測出管道本體含有的缺陷[3]。

1.2超聲壁厚測量

常規(guī)超聲壁厚測量是工業(yè)管道全面檢驗中最為常見的一種檢測方法。國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局制定的《在用工業(yè)管道定期檢驗規(guī)程》(試行)中的第二十五條指出，高溫或低溫條件下運行的管道，應按照操作規(guī)程緩慢地降溫或升溫，以保證檢測的安全[5]。對工業(yè)用氨管道進行超聲壁厚測量，一方面可檢測由于保溫層破損導致雨水淋濕和積水沖淋而造成的局部腐蝕情況；另一方面可檢測出管道介質(zhì)在一定壓力作用下不斷沖刷管道而造成的管道局部沖蝕減薄[4]。

超聲測厚對于管道的溫度、表面狀況等具有較高的要求，而氨管道要達到這種狀態(tài)，需要消耗大量的時間、人力和物力。故，采用常規(guī)超聲測厚進行氨制冷壓力管道的檢測，不僅缺陷檢出率較低，而且會影響企業(yè)檢修管道的進度。

1.3常規(guī)射線檢測

采用常規(guī)射線方法檢測氨制冷壓力管道，不需要打磨，但仍需要拆除保溫層，露出管體后，檢測人員方可對原始狀態(tài)管道的對接環(huán)焊縫實施檢測。該方法可檢出管道安裝時的焊接缺陷以及應力腐蝕造成的缺陷，如未焊透、未熔合、氣孔、夾渣及微裂紋等，但是管道內(nèi)液體介質(zhì)必須排除干凈。

朱利洪等在氨制冷系統(tǒng)壓力管道檢驗與評價一文中指出，通過射線檢測，可以找到管道焊縫焊接缺陷的根源，而管道安裝工程質(zhì)量較差造成的焊縫固有缺陷就是一個典型的原因[4]。液氨管道作為制冷系統(tǒng)的重要組成部分，具有非常高的焊縫質(zhì)量要求，而常規(guī)射線檢測底片影像質(zhì)量因環(huán)境及人為因素的影響，清晰度、黑度和對比度較差，難免會造成缺陷的錯評或漏評。同時，液氨管道長期處于較復雜的工況中，常規(guī)射線檢測無法滿足液氨管道全面檢驗對焊縫缺陷檢出率的要求[5]。

1.4磁粉檢測

磁粉檢測是利用磁現(xiàn)象檢測鐵磁材料表面及近表面缺陷的方法,具有顯示直觀、靈敏度高，實用性好及工藝簡單、成本低、效率高的優(yōu)點。該方法不足之處在于：僅適用于鐵磁性材料，缺陷深度的定量比較困難，并且要求管道處于一種適宜的待檢狀態(tài)(包括保溫層拆除、升溫處理、適宜的表面粗糙度等)。

綜上所述，氨制冷壓力管道的常規(guī)檢測方法或多或少存在著不足，也就使得其檢測結果的準確性受到質(zhì)疑。近年來，在不斷摸索和研究的基礎上，形成了多種針對氨制冷壓力管道檢驗檢測的技術和方法，且這些方法正逐步普及于工程應用中。

2　無損檢測新技術

2.1X射線數(shù)字成像檢測

2.1.1檢測原理

數(shù)字平板直接成像(Director Digital Panel Radiography)是目前應用較為廣泛的數(shù)字化成像技術。數(shù)字平板技術與膠片或CR的處理過程不同，其在兩次照射期間，不必更換膠片和存儲熒光板，僅僅需要幾秒鐘的數(shù)據(jù)采集就可觀察到圖像，檢測速度和效率大大高于膠片和CR技術。除了不能進行分割和彎曲外，數(shù)字平板與膠片和CR幾乎具有相同的適應性和應用范圍。

數(shù)字平板技術有非晶硅(a-Si)、非晶硒(a-Se)和CMOS三種。非晶硅和非晶硒數(shù)字平板成像原理有所不同，非晶硅平板成像可稱為間接成像，而非晶硒平板成像可稱為直接成像。

2.1.2系統(tǒng)主要組成

X射線數(shù)字化實時成像無損檢測系統(tǒng)框圖，如圖1所示。

圖1　X射線數(shù)字化實時成像無損檢測系統(tǒng)框圖

2.1.3檢測應用

X射線數(shù)字化實時成像檢測技術在天然氣長輸管道焊縫檢測中已經(jīng)得到了廣泛的應用[6]，并在實際檢測中取得了非常好的效果。蔣中印等詳細地通過數(shù)字射線焊縫檢測的原理及系統(tǒng)組成等方面充分說明了該技術在管道焊縫檢測中應用的可行性[7]。

山東省特種設備檢測研究院等機構采用數(shù)字射線技術針對石島液氨管道進行了檢測，摸清了液氨壓力管道安全狀況，檢查出部分管道補焊位置腐蝕嚴重、部分彎頭壁厚減薄等問題，利于保障裝置安全可靠的運行。

對比傳統(tǒng)的X射線檢測技術，管道環(huán)焊縫的數(shù)字X射線檢測技術有下面幾個優(yōu)點：

(1) 應用了圖像處理的技術，補片量減少。圖像后處理技術提高了數(shù)字化的成像質(zhì)量，其通過計算機進行分析和處理，運用邊緣增強或者平滑技術，將未經(jīng)過處理的影像中的一些看不到的特征信息顯示到熒屏上，使得圖像顯示更加清晰。

(2) 應用了計算機的存儲技術，降低了存儲成本。數(shù)字化的圖像能夠存儲到計算機的硬盤上，面陣探測器的壽命高達10年，能夠節(jié)約大量射線膠片，提高了無損檢測的管理水平及效率。

(3) 無膠片化且減少環(huán)境污染。數(shù)字射線檢測不使用膠片，消除了重金屬的污染。面陣探測器有很高的靈敏度，檢測效率較高，降低了射線劑量，減少了對環(huán)境的污染。

(4) 能夠遠程評片。寬帶的網(wǎng)絡傳輸既方便又快速，可以實現(xiàn)遠程集中評片，有效杜絕人為因素帶來的影響，評片結果更為公正和客觀。

2.2脈沖渦流檢測

2.2.1檢測原理

脈沖渦流[9]通常是以一定占空比的方波作為激勵信號施加于初級線圈的，當載有方波電信號的初級線圈接近導電材料或試件時，導體中會感應產(chǎn)生瞬變的渦流和再生磁場。瞬時渦流的大小、衰減狀況與導體的電磁特性、幾何形狀及耦合狀況相關，次級線圈接收到的渦流與被檢測對象導電率、磁導率及形狀尺寸等信息相關，由此實現(xiàn)脈沖渦流的檢測與評價。其原理示意如圖2所示。

圖2　脈沖渦流工作原理示意

2.2.2檢測范圍

脈沖渦流檢測技術適合于外保溫層為非鐵磁性材料、絕緣層150 mm以下的管道；適合于壁厚在65 mm以下、介質(zhì)輸送溫度低于450 ℃的管道。液氨管道的材料、保溫層厚度、壁厚及介質(zhì)溫度等，都滿足脈沖渦流檢測的條件，詳見表1。

表1　脈沖渦流檢測條件與參數(shù)

脈沖渦流檢測技術最大的優(yōu)點在于不需要對管道直管段及管件(彎頭、三通、直徑突變處)進行保溫層的拆除，節(jié)省了人力和時間，解決了企業(yè)大修時間緊、檢修任務重的問題，同時，脈沖渦流檢測還可以實現(xiàn)管道的在線檢測[8]。

2.2.3研究現(xiàn)狀

徐志遠[9]通過對帶包覆層管道壁厚脈沖渦流檢測理論與方法的研究，指出脈沖渦流完全可以實現(xiàn)不拆卸保溫層的在線檢驗；且可以在惡劣環(huán)境下實施檢測，檢測結果不受管道表面狀況的影響；檢測經(jīng)濟、人力成本低，安全性好。

文獻[10]中指出，脈沖渦流檢測技術在金屬缺陷、應力、熱成像檢測方面具有獨特的優(yōu)勢，但是，對于探頭的結構理論、缺陷信號的識別和局限性等內(nèi)容有待進一步研究。

楊賓峰[11]主要研究了脈沖渦流無損檢測技術對裂紋缺陷的尺寸評估、腐蝕缺陷的成像檢測以及對不同類型缺陷的分類識別等問題，取得了創(chuàng)造性的研究成果，提出的改進的脈沖渦流檢測方法，可以有效檢測出裂紋缺陷長度、缺陷的類型及形狀。

3　檢測方法選擇建議

任何一項無損檢測技術的生命力都在于其有著區(qū)別于其它技術的特殊性，但是每一項無損檢測技術又都有著自身的局限性，針對氨制冷壓力管道全面檢驗的特殊性，提出以下建議：

(1) 脈沖渦流檢測不僅可以在不去除保護層和隔熱層的狀態(tài)下，實現(xiàn)對管道壁厚的測量，而且更適用于表面下深層裂紋的定量檢測。在實際應用中，可根據(jù)不同深度人工缺陷的響應數(shù)據(jù)繪制出深度與感應磁場最大值出現(xiàn)時間的對應曲線；測出缺陷響應信號最大值出現(xiàn)的時間后，對應到參考曲線上就能確定缺陷的深度。因此，在對檢測條件要求苛刻的氨制冷管道檢測中，脈沖渦流檢測技術是比較合適的選擇。

(2) 在不停機狀態(tài)下，氨制冷壓力管道焊縫無損檢測、焊接缺陷及管道剩余壁厚的測定，也可采用紅外熱成像和X射線數(shù)字成像技術相配合的方式進行。

在對管道剩余壁厚的抽查檢測過程中，測厚部位的選擇非常關鍵。液氨管道的內(nèi)壁幾乎沒有腐蝕，腐蝕主要來源于外表面，外表面腐蝕導致管道保溫層破損或脫落后會造成管道跑冷。因此，可通過紅外成像技術檢測管道保溫層是否存在破損，從而找到管道腐蝕檢測的重點部位[12]，再結合X射線數(shù)字成像技術對缺陷進行定量分析和判斷。

4　結語

氨制冷壓力管道是經(jīng)濟發(fā)展的重要基礎設備，其安全、穩(wěn)定的運行，直接關系到人民生命財產(chǎn)的安全。對氨制冷壓力管道的檢測，應選擇合適的無損檢測方法，盡可能低成本、高效率地檢測出各種缺陷。

[1]賈強，梁旭，王磊,等.氨制冷壓力管道典型事故及監(jiān)管重點分析[J].制冷，2014，33(4):82-86.

[2]蔣紅輝，賈強.氨制冷壓力管道研究現(xiàn)狀[J].制冷，2013，32(3):69-75.

[3]丁小平.氨制冷系統(tǒng)壓力容器定期檢驗中的幾點看法[J].石油化工設備，2009，38(3): 92-94.

[4]朱利洪，張勝軍，謝常歡,等.氨制冷系統(tǒng)壓力管道檢驗及安全評價[J].制冷，2003，22(2): 33-37.

[5]徐火力.氨制冷系統(tǒng)壓力管道失效的原因及對策[J].能源與環(huán)境，2014(5):98-99，103.

[6]曾祥照，孫忠誠，張正榮,等.X射線數(shù)字化實時成像檢測技術在天然氣長輸管道焊縫探傷中應用的可行性[J].無損探傷，2001，25(2):16-20.

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[8]辛偉，丁克勤，黃冬林,等.基于ANSYS的脈沖渦流激勵參數(shù)選取的仿真分析[J].機械工程與自動化，2010(2):58-60.

[9]徐志遠. 帶包覆層管道壁厚減薄脈沖渦流檢測理論與方法[D]. 武漢：華中科技大學，2012.

[10]周德強，田貴云，王海濤,等. 脈沖渦流無損檢測技術的研究進展[J].無損檢測，2011，33(10)：27-35，39.

[11]楊賓峰. 脈沖渦流無損檢測若干關鍵技術研究[D]. 長沙：國防科技大學，2006.

[12]賈強，蔣紅輝，路程,等.氨制冷壓力管道安全監(jiān)督管理要點探析[J].壓力容器，2011，28(8):60-63.

Nondestructive Testing Technologies of Ammonia Refrigeration Pressure Piping

CUI Chuang1, ZHANG Hua1, ZHAI Kun2

(1.China Special Equipment Inspection and Research Institute, Beijing 100029, China;2. Institute of Special Equipment Supervision and Inspection of Tangshan, Tangshan 063002, China)

Conventional methods of nondestructive testing of various domestic ammonia refrigeration pressure pipelines are introduced and analyzed, and the limitations in ammonia pipeline nondestructive detection are described. An overview on the X-ray digital imaging testing, the principle of pulsed eddy current testing technology, its characteristics and application in ammonia pipeline inspection was presented, and the method of nondestructive testing for ammonia pipeline was proposed, aiming to provide a reference for NDT personnel to select suitable nondestructive detection method, so as to ensure the defect detection rate and reduce ammonia pipeline safety hidden trouble.

Ammonia pressure pipeline; Conventional testing; New technology

2016-03-23

崔闖(1987-),男，碩士，助理工程師，主要從事壓力管道定期檢驗工作。

崔闖，E-mail: cuichuang16@163.com。

10.11973/wsjc201610019

TG115.28

A

1000-6656(2016)10-0078-04