無損檢測技術在高溫壓力容器不停車、不開罐檢測中的應用

張文慶(河北華北石油特種設備檢驗所，河北任丘062552)

無損檢測技術在高溫壓力容器不停車、不開罐檢測中的應用

張文慶(河北華北石油特種設備檢驗所，河北任丘062552)

本文在試驗研究和國內外資料調研的基礎上，總結了高溫在不停車檢測技術方法，探討了其應用范圍和檢測精度，討論了高溫在線檢測技術在壓力容器安全運行的重要作用。

高溫下壓力容器失效形式比較復雜，在設計時也難以進行控制。因此，高溫環境作用下，壓力容器的失效概率是很高的。長期在高溫、高壓下操作的設備存在高應變應力部位，這是設備的最薄弱部位，極易萌生裂紋并快速擴展導致設備失效，嚴重影響整個裝置的長周期安全運行，是石油化工、化工行業的重大安全隱患。

1 高溫壓力容器在線檢測技術

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非計劃停車的30%以上，因此，高溫容器在役腐蝕檢測與長期狀態監測是防止高溫容器腐蝕失效乃至災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，嚴重的產生起火爆炸，釀成事故[1]。常規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，根據超聲脈沖回波或透射波的傳播時間來計算聲速。

通過發射低頻磁場，在材料表面產生渦流信號，在材料表面以下，渦流信號逐漸衰減，衰減程度與材料壁厚的成函數關系，渦流信號在材料另一側面（背面）信號突然消失。通過渦流信號強度與突然消失的時間，可計算出材料厚度。這個厚度是磁場區域內的平均厚度，即探頭區域內的平均厚度。

1.2 焊縫及母材外表面缺陷的檢測技術

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發生的位置、大小、形狀和嚴重程度的鐵磁性材料缺陷的無損檢測技術。鐵磁性材料工件磁化后，由于不連續性的存在，使工件表面和近表面的磁感線發生局部畸變而產生漏磁場，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℃高溫磁粉已經得到應用[2]，其原料為鐵的復合氧化物。一般為空心球形，具有較好的移動性和分散性，磁化工件時，磁粉能不斷地跳躍著小漏磁處聚集。ASME標準規定，滿足一定要求的干磁粉可以用于315℃以下環境的檢測。

1.2.2 滲透檢測

滲透檢測主要檢測表面開口缺陷。資料報道王建喜、陳時宗[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 聲發射檢測技術

聲發射可以用于高溫環境下的檢測和監控[3]，其原理圖如圖1所示。當材料受到應力作用時，能量首先在材料內部聚集，當能量增大到一定程度時，就會在材料缺陷處產生瞬時彈性波，這種應力波在材料內部傳播到材料表面，被耦合貼放的在材料表面的聲發射傳感器感應到，傳感器內部的壓電陶瓷將這種彈性波的機械振動轉化為電信號，信號經過放大、處理后，可反應材料內部缺陷情況。

圖1 聲發射檢測和監測原理圖

3 結語

（1）對壓力容器的使用管理來說，高溫環境下的檢測技術具有重要的意義。該技術可以在運行狀態下，對高溫運行中的設備進行抽查，及時發現新生缺陷，并判斷這些缺陷是否危及設備安全，幫助管理部門確定檢修計劃；在已經發現缺陷的場合，該技術可以對缺陷進行實時監控，定期監測缺陷的擴展，隨時提醒管理部門采取果斷措施停車檢修或更換設備。

（2）復雜工況的出現以及對經濟效益的要求越來越高，部分壓力容器無法停車、開罐檢驗，，在線檢驗技術可以很好的解決安全性與經濟性的矛盾，從而為壓力容器使用單位提供訂單式服務需求，探索一種可靠的在線檢驗技術具有較大的應用前景。

（3）設備在高溫運行狀態下，設備是否存在缺陷，缺陷是否擴展，缺陷尺寸是否在安全容限范圍內，缺陷的擴展速率，設備的壽命預測，安全保障技術等等，正是目前壓力容器工程技術人員日益關注的問題。隨著失效模式的研究日漸成熟，針對不同的失效模式選擇必要的檢驗手段會成為未來檢驗主要方式，探究在線檢驗技術在一定范圍內取代開罐檢驗已經成為我國無損檢測發展的一個方向。

[1]王曉雷，承壓類特種設備無損檢測相關知識[M].北京：中國勞動設備保障出版社，2007.

[2]呂干霖等“高溫鋼聲速與聲速滯后現象”聲學學報，Vol.17,No.6,1992,P.446