壓力管道及壓力容器中無損檢測技術的應用探討

通訊作者：嚴為箭，1970年3月，男，漢族，江西萍鄉人，就職于伊泰新疆能源有限公司，中級工程師，本科學歷。研究方向：設備制造，維修及管理工作。

摘 要：壓力容器是指盛裝氣體或者液體，承載一定壓力的密閉設備。有些壓力容器盛裝危險介質、高溫、高壓運行工況復雜，在實際生產生活運行中，如果設備存在缺陷，或者在運行過程期間出現操作不當情況，會出現缺陷，引起泄露，甚至會引發設備故障，造成巨大經濟損失，以及人員傷亡。針對壓力容器，可以采取無損檢測技術對其使用狀況進行檢測，及時發現問題，采取相應措施對問題進行處理，排除隱患，避免造成更加嚴重的后果。

關鍵詞：壓力管道;壓力容器;無損檢測技術;應用

一、引言

無損檢測是指在對檢測對象不造成損壞的基礎上，通過對合理的技術進行應用完成相應的檢測作業，掌握檢測對象存在的缺陷，進而對檢測結果進行分析和評價。壓力容器的運行環境惡劣，在長期運行下設備會存在不同的損傷模式，如腐蝕減薄、環境開裂、材質劣化等，這會導致壓力容器在運行期間出現嚴重安全隱患。因此，要采取合理的措施對壓力容器在運行期間存在的缺陷問題進行檢查，保證壓力容器在運行時的安全性。

二、無損檢測技術概述

所謂無損檢測技術就是在不影響被檢測對象性能，不對其造成損壞的基礎上，對檢測對象性能進行檢測，在檢測時可以采用化學手段，也可以采用物理手段，使用相關的儀器設備，按照相關規定的技術要求，實現對檢測對象表面及內部的性質、結構、缺陷、狀態等各項內容的全面檢測，檢測結果能夠準確體現被檢測對象的性能[1]。在現代工業快速發展的今天，無損檢測技術水平，可以體現一個國家的工業發展水平，同時，在對無損檢測技術進行應用時，要注重不同無損檢測技術的優缺點，依據實際情況，最終選取合理的檢測方案，確保無損檢測技術在壓力容器檢驗中作用能夠得到精準高效地發揮，完成相應的檢測工作。

三、壓力容器制造特征

（一）種結構存在復雜性

隨著壓力容器在不同領域的使用越來越廣泛，壓力容器的結構也越來越多樣化。在不同領域中壓力容器的結構各不相同，同一領域，因使用環境、功能需要在結構設計和工藝要求等因素，壓力容器的結構也不一樣。一般的壓力容器均有筒體、封頭、支座、法蘭和安全附件等部件，有些容器設計有入孔、夾層、內部冷卻管和攪拌器等。

（二）有著很高的安全要求

壓力容器是在高溫、高壓、腐蝕的環境中工作，盛裝的介質是易燃、易爆、有毒的有害氣體或液體。因此對其安全性的要求極為嚴格，稍不注意，就會產生安全隱患，后果將不堪設想。在壓力容器的設計、制造、安裝、使用過程中，每一個環節都與安全息息相關，壓力容器設計、制造、安裝、使用單位應從管理上采取有效的措施，事前預防，將安全放在第一位，避免災難性事故的發生。

（三）壓力容器制造專業化

壓力容器的制造單位應取得特種設備制造許可證，并按照批準的范圍進行制造。在制造過程中，應該嚴格按照法規和安全技術規范的要求執行。當壓力容器被應用到具體行業時，還應該符合行業標準的要求，這就要求從事壓力容器設計和制造人員具有豐富的理論知識和較高的專業技術技能水平，同時還要熟悉安全法規，從多方面、多角度考慮，從而設計和制造出安全系數高、質量可靠的產品。

四、壓力管道的影響因素及壓力管道無損檢測技術的概念

（一）壓力管道的影響因素

在現階段的工業生產中，壓力管道的應用范圍較為廣泛，而在其具體的應用過程中，還存在一些難以避免的安全問題，一旦出現不合理或者不及時的控制，就容易導致安全事故的發生。根據實踐研究結果顯示，一般有兩個主要因素會導致壓力管道出現安全事故。

1.壓力管道自身就有一定的質量缺陷存在，因而一直帶有安全隱患[2]。

2.操作壓力管道的人員在實際操作期間出現不正當的操作，以至于壓力管道出現了非正常的運行模式。

壓力管道一旦發生安全事故就沒有辦法穩定運行，從而直接影響安全生產，這就要求相關工作人員必須具備足夠的專業素養，切實保證壓力管道的安全，以此來保證持續正常運行。

（二）壓力管道無損檢測技術的概念

正常情況下，應用在壓力管道中的無損檢測技術都采用的是具有科學性的儀器或者先進的專用設備，從而對壓力管道的安全性進行檢測，同時針對其檢測過程中的準確度也有比較嚴格的要求，并且要最大限度地降低對壓力管道的損壞，在此基礎上來完成對壓力管道的制造材料、焊接質量、結構和使用情況的檢驗工作。而無損檢測技術對于壓力管道的檢驗而言，存在一定的優勢，比如其在檢測過程中不會影響壓力管道主要結構，并且檢測結果的精確度較高，能夠很好地保障其安全穩定地運行。這也證明了無損檢測技術在壓力管道的檢測中有著舉足輕重的作用。但是，無損檢測技術所涉及的技術內容比較多，因此必須在明確壓力管道的使用介質、結構、制造工藝、使用參數條件和制造材料等具體內容的基礎上，對無損檢測技術進行合理選擇。

五、壓力管道及壓力容器中無損檢測技術的應用探討

（一）超聲波檢測方法

在對超聲波檢測方法應用前，為了確保最終檢測結果的合理性，要對超聲波檢測方法進行全面學習和研究。超聲波檢測方法在實際應用期間的原理與超聲波的在工件中的傳播特性有關。對于金屬材料的壓力容器，超聲波檢測常用的頻率主要集中在0.5～10 MHz，能量高，在傳播過程中能量損失小，傳播距離大，穿透性好，而且超聲波方向性好，在材料中能夠沿著指定方向快速傳播。在壓力容器檢測中對超聲波檢測技術進行應用，若壓力容器內部結構存在缺陷，超聲波會與缺陷相互作用，改變傳播方向或特征發生反射，此時，根據接收反射波的特征，就能夠對壓力容器存在的缺陷進行判斷和評估，并且，能夠依據超聲波在傳播時發生反射的位置，對缺陷位置進行判斷[3]。

超聲波檢測在壓力容器檢驗中主要適用于檢測焊接接頭、鍛件、鑄件的埋藏缺陷等，以及在使用過程中無法對壓力容器進行內部檢驗時，可從外部用超聲波進行檢測。該檢測方法還具有靈敏度高、檢測成本低、現場使用方便，對檢測人員及環境無害等優點。但是，也存在一定缺點，無法對復雜工件進行檢測，常用A型脈沖反射法檢測結果顯示不直觀，結果不可記錄，而且對檢測人員的能力和經驗要求都有著較高要求。

（二）磁粉檢測技術

磁粉檢測技術是無損檢測技術中較為常規的技術之一，也是壓力管道無損檢測中主要使用的方法之一。在壓力管道檢測中應用磁粉檢測技術，所涉及的內容主要是針對探傷的效果。在磁粉進行探傷的期間，其壓力管道結構的不連續性，并由此引起其周圍的磁感線也隨之發生相關的變化。而漏磁場也會在扭曲變形后進一步形成，這樣就會導致磁粉被吸附，同時其會以各不相同的形態展示出來。工作人員可以直接對相關的磁痕進行觀察，從而準確判斷出所存在缺陷的形狀大小及位置等信息。此外，由于磁粉檢測技術操作簡單方便，成本低廉，并且利用此技術對管道進行檢測只需要小范圍的檢測就可以對整體質量情況進行評估，同時具備較強的適應性，因此可以有效提高檢測效率。

（三）射線檢測方法

該檢測方法在實際應用期間的原理就是利用射線穿透工件，射線在穿透過程中會因工件本身吸收和散射使強度減弱。如果壓力容器局部存在缺陷，構成缺陷的物質的衰減系數和容器本身材料的衰減系數存在差異，這樣就會導致射線強度存在差異，這也就是判斷壓力容器是否存在缺陷的依據。出現這種明顯差異，工件后方的X光感光膠片感光程度將會發生顯著改變，通過處理后，缺陷部分和正常部分的影像也會存在明顯差異，主要表現為黑度上存在差異。對比度不同形成的影像能夠幫助檢測人員判斷工件缺陷信息。這一檢測方法的應用范圍十分廣泛，主要應用在壓力容器制造時的焊接接頭檢測，以及定期檢驗過程中用超聲波無法對缺陷進行定性的情況下，用射線輔助進行檢測驗證。射線檢測的主要優點就是檢測效果直觀，而且方便記錄，可以更好地完成對壓力容器中夾渣、氣孔等各種不同類型缺陷的檢測[4]。其缺點就是對面積類型的缺陷的檢測效果差，如果在檢測時，照相角度不合理，容易出現漏檢問題，以及檢測厚度受到射線穿透力的限制，而且檢測的速度較慢，對檢測人員及檢測周邊的環境有傷害，需要采取相應的防護措施。

（四）滲透檢測方法

該檢測方法主要是對毛細作用原理進行應用，將滲透劑涂抹在壓力容表面，涂抹的滲透劑能夠逐漸滲透到壓力容器表面的裂縫缺陷中，去除表面多余的滲透劑后，經過干燥后，利用顯像劑涂抹在工件表面，在毛細作用下顯像劑將滲入缺陷中的滲透劑重新滲回表面，進而完成對壓力容器上存在的各項缺陷的精準顯示。可見，通過對滲透檢測方法進行應用，能夠完成對壓力容器內外表面的焊縫、冷裂紋、延遲裂紋等各種不同類型的開口缺點，而且能夠進一步檢測壓力容器的基材表面和熱影響區域處存在的開口缺陷，例如，能夠完成對應力腐蝕、晶間腐蝕等各種不同焊縫缺陷情況的檢測。滲透檢測具有成本低、結果直觀、操作簡單，既可以檢測磁性材料，也可以檢測非磁性材料。但是，如果壓力容器表面因外來因素造成開口堵塞，則滲透檢測就難以檢出。

（五）TOFD檢測方法

TOFD是近年來發展的一項可以指導實際工程應用的無損檢測技術，基本原理是將1對尺寸大小、相位角度以及收發頻率相同的縱波探頭放置在待檢測的焊縫兩側，其中1個探頭發射超聲波脈沖，另1個探頭接收脈沖。如果焊縫表面或內部沒有缺陷，則會接收到表面直通波信號（LW）和底面回波信號（BW）;如果有缺陷，則還會接收到缺陷上部和下部產生的衍射波。根據縱波在焊縫中的傳播速度以及探頭接收到不同回波的時間差，可以準確地計算出焊縫內缺陷的埋藏深度;同時，由于TOFD選取的探頭角度一般為45°，60°，70°，在實際應用中缺陷深度的差值（dmax-dmin）一般不會超過10%，因此可滿足多數場合的應用要求。

六、結束語

在壓力管道及壓力容器檢驗中應用無損檢驗技術對于問題的排查和解決都有較為重要的意義。在生產過程中要盡最大的努力避免發生安全事故，尤其是主要依賴于壓力管道生產的企業，更要把其安全運行放在重點監控位置，在保證運行效率的情況下還要保證其運行環境安全穩定，如此才能夠最大限度地減少安全隱患。

參考文獻：

[1]褚宏宇.壓力容器、管道在定期檢驗中的常見問題[J].化工設計通訊， 2020，46（03）：103+107.

[2]應仙明.無損檢測技術在鍋爐壓力管道檢驗中的應用分析[J].科學技術創新， 2019（29）：186-187.

[3]王敬東.無損檢測技術在鍋爐壓力容器檢驗技術中的應用探討[J].科學技術創新， 2019（16）：174-175.

[4]利觀寶.TOFD超聲成像檢測技術在壓力容器檢驗中的應用研究[J].黑龍江科學， 2018，9（24）：64-65.

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