關于大容積氣瓶組定期檢驗中無損方法的討論

任 毅,丁春雄,范高廷

(江蘇省特種設備安全監督檢驗研究院，江蘇 南京 210000)

隨著人們環保意識的越來越強，越來越多的汽車，尤其是城市公交車，開始使用天然氣代替傳統的石油燃料。近些年，許多城市建立了大量的CNG加氣站。根據GB50156規范，CNG加氣站常用儲氣方式有2種：儲氣瓶組和儲氣井。儲氣井深埋于地下，無論其損傷機理、失效模式或檢驗方法都有其獨特性。

本文主要討論CNG加氣站大容積儲氣瓶組現場定期檢驗中無損檢測方法的可行性和適用性，以及其能否替代水壓試驗。

1 儲氣瓶組定期檢驗中的無損檢測要求

大容積儲氣瓶組的定期檢驗，國家尚未頒布相關的法規或標準。特種設備監督管理部門曾發布過2次文件：質檢辦特函(2017)1336號規定：“按照氣瓶設計制造、在加氣站站內固定使用的氣瓶或瓶組，應按照氣瓶辦理使用登記和進行定期檢驗(定期檢驗機構應當具有PD1資質或RD8資質)。對于大容積無縫氣瓶及其瓶組，定期檢驗機構應當按照《大容積鋼質無縫氣瓶》(GB/T 33145-2016)的規定，在定期檢驗項目中增加大容積無縫氣瓶檢驗的相關要求。站用氣瓶或瓶組固定使用時，其設置要求還應當符合國家建筑設計防火規范以及消防的相關規定”。市監特(2018)26號文規定：“站用氣瓶或瓶組(屬于按照氣瓶設計制造的壓力容器)的定期檢驗，在相關國家標準制定頒布以前，壓力容器檢驗機構可依據團體標準《站用儲氣瓶組定期檢驗與評定》(T/CATSI 02 002-2018)進行定期檢驗”。

監管機構提到的2個標準，《大容積鋼質無縫氣瓶》屬于氣瓶的制造標準，其中對于無損檢測的規定：瓶體熱處理或水壓試驗后應逐只按附錄C和附錄D進行超聲和磁粉無損檢測。筆者走訪過的氣瓶制造企業，基本均用水浸全自動超聲和自動磁粉探傷設備進行無損檢測，水壓試驗一般采用全自動水壓機進行外側法水壓試驗。

《站用儲氣瓶組定期檢驗與評定》對于瓶組的定期檢驗更有針對性，其將瓶組定期檢驗分為進站檢驗和現場檢驗，其無損探傷的要求為，進站檢驗：瓶體全自動超聲檢測+瓶體外表面100%磁粉檢測+瓶口內螺紋及瓶頸內表面滲透檢測，采用外側法進行水壓試驗。現場檢驗：瓶體聲發射檢測+瓶口內螺紋及瓶頸內表面滲透檢測，對于聲發射出現5次以上定位信號時，應采用超聲波進行復驗。對于第2次、第3次定期檢驗采用現場檢驗的，要進行耐壓試驗。

2 無損檢測方法的討論

2.1 磁粉探傷(MT)

T/CATSI 02 002對于瓶組的瓶體外表面100%磁粉檢測是有隱含條件的，要求磁粉檢測應按GB/T33145《大容積鋼質無縫氣瓶》 附錄D進行。由于GB/T33145是氣瓶制造標準，因此默認氣瓶進行探傷時，表面是沒有油漆的，這一點也與實際制造過程相符合。而定期檢驗過程中，氣瓶使用過一段時間，表面不僅有油漆，且油漆層可能有老化嚴重、脫層、開裂等現象。其表面檢驗狀態不一定能滿足GB/T33145附錄D要求的：通電磁化前，應將瓶體上與電極接觸區域的任何不導電物質清除干凈。同時附錄D也未對瓶體表面油漆進行考慮，僅要求瓶體表面不得有油污、毛刺、松散氧化皮等。因為根據制造過程，此時瓶體表面尚未噴漆，不存在油漆層厚度的影響。相對而言，NB/T 47013要求更為詳細：被檢工件表面有非磁性涂層時，如能夠保證涂層厚度不超過0.05mm，并經檢測單位技術負責人同意和標準試片驗證不影響磁痕顯示后可帶涂層進行磁粉檢測。也就是要求，磁粉檢測時，涂層厚度不得超過0.05mm，由于目前氣瓶的噴漆方式是2遍底漆1遍面漆，檢測時涂層厚度已遠超標準要求。因此檢測前表面要進行去除油漆的工序。大容器氣瓶表面油漆的去除，需要用到噴砂等專業設備，檢驗后還需要重新涂敷，其過程還涉及環保、消防等相關法規，使得檢測外的成本急劇提高。

2.2 超聲探傷(UT)

GB/T33145與T/CATSI 02 002所提及的UT檢測，均為全自動超聲波檢測方法，并要求對自動超聲波發現的缺陷，應當進行手動超聲波檢測復驗。其中T/CATSI 02 002要求全自動超聲檢測按GB/T33145進行，手動超聲波檢測按NB/T 47013進行。根據筆者走訪的結果，全自動超聲檢測目前均采用液浸式水耦合全自動超聲設備，可同時實現斜探頭探傷和直探頭測厚功能，并可以記錄C掃描、A掃描記錄功能。這里同樣有油漆的問題：檢測時氣瓶表面的油漆狀態，是完全除漆，部分清理還是原始表面。GB/T33145由于是制造標準，沒有做明確規定。NB/T 47013的規定較為清楚：檢測面上所有影響檢測的油漆、銹蝕、飛濺和污物等均應予以清除，其表面粗糙度應符合檢測要求。這里的問題在于哪些油漆是有影響的？正常的油漆又有多少影響？根據李兆太等人的研究[1]，在實驗室條件下，無論是防銹底漆或是噴上面漆，對超聲波的靈敏度的影響甚微，最大不超過0.7%，可以忽略。但文中油漆層最大厚度為0.2mm，對于更厚的油漆層，是否有影響沒有進一步研究，其次油漆的噴涂方式及不均勻度沒有相應說明。此外文章還強調，對于工件表面的油漆層可能有老化、不均、或開裂現象時，應當清除油漆層、否則將影響超聲波的傳輸。由此可見，在油漆層與工件表面粘結緊密的情況下，其對超聲波影響較小，一旦使用時間較長，表面油漆老化嚴重，則必須進行清除。水浸超聲的另一個問題是，檢測時氣瓶必須從瓶架上卸下，因此T/CATSI 02 002并不要求現場檢驗時使用，對于首次進行定期檢驗的氣瓶，該標準默認進行進站檢驗，因此也不存在該問題。但不可否認的是，大容積儲氣瓶組的拆卸和安裝是一個復雜的工作，其時間和經濟成本往往超過檢驗費用本身。其次，由于儲氣瓶收口部分壁厚變化大、不均勻，且結構不規則，因此無法進行超聲波檢測，使得檢驗存在盲區。

2.3 聲發射(AE)

對于現場檢驗的瓶組，標準推薦進行瓶體聲發射檢測，筆者認為原因如下：其一，聲發射可以在瓶組不拆卸的情況下進行檢測，使得現場檢驗效率大大提高。其二，根據美國DOT法規希望通過聲發射對內部宏觀檢查和水壓試驗進行豁免。根據劉三江等人對數千只長管拖車的研究[2]，聲發射可以有效發現瓶壁上存在的腐蝕和裂紋等危險性缺陷，再進行復驗，針對性強，可提高檢驗效率。

但筆者認為聲發射檢測也有其不足之處，其一，信號的可靠性，產生信號的地方是否一定有缺陷，不產生信號的地方是否一定沒有缺陷。對于前一個問題，可以用其他無損檢測方法進行復驗。對于后一個問題，至今仍有很多爭議。故業界對聲發射檢測的界定多為檢測活性缺陷。其二，聲發射檢測對沒有產生裂紋的常規腐蝕并不敏感。因此部分研究認為的，經過聲發射檢測的氣瓶沒有事故報道，因此聲發射檢測有效和可行的這一觀點是值得商榷的。雖然聲發射檢測技術開始于上個世紀50年代，至今也已被《固定式壓力容器安全監察規程》(TSG 21)、《承壓設備無損檢測》(NB/T 47013)所認可，但其一直以快速篩查的檢測手段被使用，其所有的有懷疑的檢測結果也必須其他無損檢測方式進行復驗。

2.4 滲透檢測(PT)

圖1 瓶口端部裂紋

滲透檢測在檢驗中主要用于氣瓶瓶口內螺紋及瓶頸可見部分的檢測。根據肖飚等人的研究，滲透檢測是相當有必要的。通過打開瓶塞后，對瓶口及螺紋部位進行滲透檢測，在瓶口端面發現了裂紋，見圖1、圖2。文章認為，鋼瓶在收口過程中，在高溫下需要用滾輪進行擠壓成形，導致在瓶口部位易產生微裂紋。微裂紋在使用過程中，由于頻繁充裝卸載造成的膨脹收縮，介質腐蝕等因素的影響下，裂紋出現擴展，因此在瓶口上出現裂紋。

圖2 瓶口端部放大

但是部分研究同時認為，瓶口出現裂紋是由于端塞拆卸不當導致，即如果出廠時，端口檢測合格，使用過程中不會出現裂紋。

3 結論

本文對標準要求的大容積氣瓶組定期檢驗中使用的無損方法進行了討論。在標準規定的4中方法中，效果最佳的是超聲檢測，但受限于設備。磁粉檢測由于需要打磨油漆，定期檢驗中使用方式受限。聲發射只能用于使用過程中產生的活性缺陷的檢驗，是傳統檢測方法的一種補充手段。滲透檢測用于內螺紋檢測，需要打開瓶的端塞。上述4中方法在現場檢驗過程中都有不同程度的受限，使用新的無損檢測方法成為我們急需要研究的課題。