壓力容器檢驗(yàn)中常用無(wú)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(lái)，各行各業(yè)所使用的壓力容器數(shù)量越來(lái)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(guó)壓力容器數(shù)量達(dá)到394.6萬(wàn)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(guò)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(guò)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(guó)有472個(gè)綜合性特種設(shè)備檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)和531個(gè)無(wú)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(guò)程監(jiān)督檢驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)并督促整改了2.38萬(wàn)個(gè)質(zhì)量安全類問(wèn)題；在安裝、改造、修理過(guò)程監(jiān)督檢驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)并督促整改了41.94萬(wàn)個(gè)質(zhì)量安全類問(wèn)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(wàn)個(gè)質(zhì)量安全類問(wèn)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(jiàn)，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(wú)損檢測(cè)的應(yīng)用

目前，壓力容器常用的無(wú)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(guò)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(lái)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(wú)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(guò)程中至少有70%的缺陷是表面缺陷，而在設(shè)備使用過(guò)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(kāi)口缺陷中，這種檢測(cè)方法非常簡(jiǎn)便易操作，顯示出來(lái)的缺陷問(wèn)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(méi)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(wú)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(lái)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(lái)的缺陷判定需要經(jīng)驗(yàn)豐富的專業(yè)技術(shù)人員來(lái)進(jìn)行，而且檢測(cè)出來(lái)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(wú)損檢測(cè)中的應(yīng)用時(shí)間非常長(zhǎng)，相對(duì)來(lái)說(shuō)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(wú)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(zhǎng)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(wèn)題判定非常準(zhǔn)確。缺點(diǎn)是因拍攝的問(wèn)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(guò)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(lái)才興起的一項(xiàng)無(wú)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(lái)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(lái)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(wú)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(guò)，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(wú)損檢測(cè)方法比較結(jié)果詳見(jiàn)表1。

表1 壓力容器常用無(wú)損檢測(cè)方法比較

2 結(jié)語(yǔ)

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(kāi)發(fā)新型無(wú)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。