壓力容器檢驗(yàn)中常用無損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

王成睿

(廣州特種承壓設(shè)備檢測(cè)研究院，廣州 510663)

0 引言

近年來，各行各業(yè)所使用的壓力容器數(shù)量越來越多，應(yīng)用范圍日趨廣泛，其中應(yīng)用到化工業(yè)和石油行業(yè)的數(shù)量最多。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2018年底，全國壓力容器數(shù)量達(dá)到394.6萬臺(tái)，而石油化工行業(yè)壓力容器數(shù)量占總量的一半以上。壓力容器在使用過程中一般都承裝有易燃、易爆、腐蝕、有毒等物質(zhì)，而且還具有較高的溫度和壓力，加上其使用環(huán)境比較惡劣，一旦出現(xiàn)意外很難控制，發(fā)生爆炸的概率非常高，嚴(yán)重威脅人們生命和財(cái)產(chǎn)安全。日常使用過程中，壓力容器經(jīng)常發(fā)生泄漏，造成周邊環(huán)境污染和中毒事故。所以對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)十分必要。據(jù)相關(guān)報(bào)告顯示，2018年，全國有472個(gè)綜合性特種設(shè)備檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)和531個(gè)無損檢測(cè)機(jī)構(gòu)。至2018年年底，這些特種設(shè)備檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)在特種設(shè)備制造過程監(jiān)督檢驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)并督促整改了2.38萬個(gè)質(zhì)量安全類問題；在安裝、改造、修理過程監(jiān)督檢驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)并督促整改了41.94萬個(gè)質(zhì)量安全類問題；在定期檢驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)并督促整改了承壓類設(shè)備15.83萬個(gè)質(zhì)量安全類問題。全年未發(fā)生重特大事故，而且事故發(fā)生數(shù)量、死亡或受傷人數(shù)與往年相比均有不同程度地下降。由此可見，對(duì)壓力容器進(jìn)行檢測(cè)具有非常重要的實(shí)際意義[1]。

1 壓力容器無損檢測(cè)的應(yīng)用

目前，壓力容器常用的無損檢測(cè)有磁粉檢測(cè)、滲透檢測(cè)、超聲檢測(cè)、射線檢測(cè)、超聲衍射時(shí)差法檢測(cè)以及超聲相控陣檢測(cè)等技術(shù)方法[2]。

1.1 磁粉檢測(cè)(MT)

磁粉檢測(cè)技術(shù)主要依靠由鐵磁性材料組成的壓力容器部件中存在缺陷部位通過磁場(chǎng)泄漏原理導(dǎo)致該部分的磁場(chǎng)線出現(xiàn)變形，根據(jù)磁粉的可吸附性作用來準(zhǔn)確顯現(xiàn)出壓力容器表面及近表面的缺陷。磁粉檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于可以非常直觀地查看缺陷部分的位置、大小及形狀等，檢測(cè)周期非常短，成本比較低。缺點(diǎn)是只能檢測(cè)鐵磁性材料，無法檢測(cè)出材料內(nèi)部的缺陷，對(duì)于被檢測(cè)材料的表面光滑度有一定的要求，檢測(cè)完成后的退磁工序比較復(fù)雜。

根據(jù)相關(guān)的特種設(shè)備缺陷統(tǒng)計(jì)報(bào)告[3]，承壓設(shè)備在制造過程中至少有70%的缺陷是表面缺陷，而在設(shè)備使用過程中有90%的缺陷是表面缺陷或由表面缺陷引起的其他缺陷，因此磁粉檢測(cè)技術(shù)具有很廣闊的應(yīng)用范圍。

1.2 滲透檢測(cè)(PT)

滲透檢測(cè)技術(shù)是指滲透劑在毛細(xì)管現(xiàn)象的作用下，在設(shè)備缺陷部位的表面形成一種非多孔物質(zhì)并留下痕跡的檢測(cè)方法。目前，滲透檢測(cè)技術(shù)主要用于有色金屬、塑料、陶瓷等材料所組成的壓力容器的表面開口缺陷中，這種檢測(cè)方法非常簡便易操作，顯示出來的缺陷問題比較直觀，檢測(cè)成本也比較低。缺點(diǎn)是只能檢測(cè)材料表面的缺陷，對(duì)于近表面和內(nèi)部缺陷則完全沒有辦法。另外，滲透劑如果處理不當(dāng)還容易污染設(shè)備和周邊環(huán)境。滲透檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用范圍和磁粉檢測(cè)技術(shù)差不多，而且可以用于非鐵磁性材料。

1.3 超聲檢測(cè)(UT)

超聲檢測(cè)技術(shù)是目前在壓力容器無損檢測(cè)中應(yīng)用非常廣泛的一種方法，其基本原理是利用超聲波在材料中的傳播能量衰減以及反射、折射等現(xiàn)象來有效檢測(cè)壓力容器的內(nèi)部缺陷。超聲檢測(cè)具有很大的局限性，對(duì)于設(shè)備近表面缺陷不是很敏感，對(duì)于檢測(cè)出來的缺陷判定需要經(jīng)驗(yàn)豐富的專業(yè)技術(shù)人員來進(jìn)行，而且檢測(cè)出來的結(jié)果很難進(jìn)行定量分析，這些都限制了超聲檢測(cè)的應(yīng)用范圍。

1.4 射線檢測(cè)(RT)

射線檢測(cè)技術(shù)在壓力容器無損檢測(cè)中的應(yīng)用時(shí)間非常長，相對(duì)來說更為成熟，目前主要用于壓力容器焊接部位的檢測(cè)。按照放射源的不同，主要分為X射線檢測(cè)和γ射線檢測(cè)。X射線檢測(cè)主要用在厚度比較薄、體積比較小的壓力容器中，檢測(cè)厚度一般在80 mm以內(nèi)。而γ射線檢測(cè)主要應(yīng)用于厚壁壓力容器、球形壓力容器或集中焊縫數(shù)量比較多且難以架設(shè)X射線檢測(cè)機(jī)器的部位，等等[4]。根據(jù)不同的放射源，其檢測(cè)厚度可達(dá)到200 mm。射線檢測(cè)技術(shù)最大的優(yōu)勢(shì)在于可以準(zhǔn)確可靠且無影響性地直觀顯示出壓力容器內(nèi)部缺陷的性質(zhì)，而且膠片不容易損壞，可以長期保存以備復(fù)查使用。射線檢測(cè)技術(shù)對(duì)于壓力容器焊縫內(nèi)部的夾渣、氣孔等問題判定非常準(zhǔn)確。缺點(diǎn)是因拍攝的問題可能會(huì)出現(xiàn)漏檢的現(xiàn)象。另外，檢測(cè)成本比較高，放射源所釋放的射線對(duì)人體會(huì)產(chǎn)生一定的害處，在檢測(cè)過程中需要采取特殊的防護(hù)措施。

1.5 超聲衍射時(shí)差法檢測(cè)(TOFD)

超聲衍射時(shí)差法檢測(cè)技術(shù)是近年來才興起的一項(xiàng)無損檢測(cè)方法，主要是基于惠更斯原理吸收壓力容器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的衍射能量來定量分析所存在的缺陷。該檢測(cè)技術(shù)克服了普通超聲檢測(cè)技術(shù)(UT)存在的缺點(diǎn)，檢出率非常高，檢測(cè)速度也比較快。缺陷類型的判定較為直觀，尤其對(duì)于缺陷垂直方向的定位和分析非常精準(zhǔn)。但超聲衍射時(shí)差法檢測(cè)技術(shù)也存在一定缺陷，對(duì)于近表面的檢測(cè)存在盲區(qū)，定性分析也存在一些困難，直觀顯示的缺陷圖像也需要經(jīng)驗(yàn)豐富的專業(yè)技術(shù)人員來進(jìn)行判斷。目前，主要將超聲衍射時(shí)差法配合其他的檢測(cè)方法應(yīng)用到壓力容器的無損檢測(cè)技術(shù)中。

1.6 超聲相控陣檢測(cè)(PAUT)

超聲相控陣檢測(cè)技術(shù)是近年大力發(fā)展的新檢測(cè)方法，與其他檢測(cè)技術(shù)相比，有很大的優(yōu)越性。其具有探傷深度大、效率高、分辨率高、信噪比高等特征，主要應(yīng)用在航天、核工業(yè)等重要科技領(lǐng)域，在壓力容器方面的應(yīng)用范圍還不是很廣泛。不過，隨著科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展以及實(shí)際需要，不少研究人員也加大了對(duì)于超聲相控陣檢測(cè)技術(shù)在不同行業(yè)中的應(yīng)用，很多實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，將超聲相控陣檢測(cè)方法與超聲衍射時(shí)差法(TOFD)進(jìn)行技術(shù)上的融合，能夠再次提高檢測(cè)的精準(zhǔn)度。

各類無損檢測(cè)方法比較結(jié)果詳見表1。

表1 壓力容器常用無損檢測(cè)方法比較

2 結(jié)語

應(yīng)在壓力容器的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格地檢測(cè)，以保證其性能良好。檢測(cè)人員要結(jié)合實(shí)際檢測(cè)環(huán)境及壓力容器中可能存在的缺陷，選擇合適的檢測(cè)方法。要能夠測(cè)定出壓力容器中存在的不足，保證壓力容器的正常安全使用，要確保較高的性價(jià)比，避免資源浪費(fèi)。要不斷研究開發(fā)新型無損檢測(cè)技術(shù)，進(jìn)一步提高檢測(cè)精準(zhǔn)度，強(qiáng)化壓力容器的安全使用。