壓力容器定期檢驗方法探討

侯文峰

（煙臺市特種設備檢驗研究院，山東 煙臺 265508）

壓力容器是承壓類特種設備中的重要組成部分，主要用于工業生產中的反應、傳熱、傳質、分離、貯存等工藝。針對其使用環境、結構、材料及盛裝不同介質等特性，要采用不同方法對壓力容器進行定期檢驗，以宏觀檢驗、壁厚測定、表面缺陷檢測為基本，必要時增加埋藏缺陷檢測、材料分析、強度校核及耐壓試驗等項目，對危害較大的表面裂紋及埋藏缺陷的檢測，必須使用無損檢測的技術，方能最大程度地檢出缺陷，提高壓力容器的使用安全性。

1 壓力容器常見缺陷及成因

（1）常見缺陷：焊縫的氣泡、夾渣、未焊透、未熔合和整體的裂紋、腐蝕等。

（2）究其原因，制造過程中主要有焊接工藝不完善，或未嚴格執行焊接工藝。

使用過程中，主要有壓力容器本身結構存在不足，未嚴格執行操作規程或受外部環境影響等使設備產生缺陷。

2 無損檢測技術在壓力容器檢測中的應用

2.1 聲發射檢測

聲發射是通過接收和分析材料的聲發射信號來評定材料性能或結構完整性的無損檢測方法。聲發射設備有單通道和多通道之分，單通道聲發射儀主要用于實驗室材料試驗，多通道聲發射儀多用于實際檢測。

（1）聲發射技術在壓力容器檢測中的應用。要在考慮被檢測對象、材料、信息類型的前提下，合理選擇聲發射檢測儀器，并進行聲發射檢測儀器的校準，包括靈敏度的校準、定位精度的校準等，并要合理選擇傳感器，在進行傳感器安裝的過程中，要使其表面與被檢測對象良好耦合。

在檢測過程中，要預先模擬試件的實際受力狀態，包括升壓速率、最高載荷、恒載時間等進行試驗，并要識別不同噪聲源，如電磁噪音、機械噪音等，避免其對聲發射檢測的干擾和影響，不利于對設備缺陷的準確判斷。

（2）聲發射檢測結果評價。依據《承壓設備無損檢測》（NB/T47013-2015），進行壓力容器聲發射結果的評價，首先確定聲發射定位源的活性等級和強度等級，再確定聲發射定位源的綜合等級。例如，對某管殼式冷凝器作聲發射檢測，其容器類別為第I類，殼體材料為Q345R，采用32通道聲發射儀進行定期檢驗，測試采用一次升壓過程，在升至預定壓力時，均未形成集中的聲發射定位源，且表現出較低的水平能量，因而將其活性等級確定為中活性；定位源強度值皆小于60db，強度等級定為低強度；根據定位源的活性等級和強度等級，定位源綜合等級為Ⅰ級。

2.2 射線檢測

射線探傷是利用X射線或γ射線在穿透被檢物體各部分時強度衰減的不同，通過底片記錄下，檢測被檢物中缺陷的一種無損檢測方法。射線探傷的主要設備有X射線機、膠片、增感屏、像質計、觀片燈、評片尺、黑白密度計等，對每臺設備都應制作曝光曲線，并且每年應至少核查一次。

（1）射線檢測技術在壓力容器檢測中的應用。射線檢測一般應在壓力容器停用、空置的狀態下進行，應根據被檢容器的材質、結構正確選擇探傷設備。應測量底片的黑度值，黑度應滿足標準要求。要結合底片中影像的位置、尺寸、投影方式、焊縫坡口型式，確定壓力容器的表面及內部缺陷位置，并通過觀片燈、放大鏡等進行壓力容器缺陷形態細節特征的分析，獲悉壓力容器缺陷產生的規律性，防范再次發生。

（2）射線檢測檢測結果評定。依據《承壓設備無損檢測》對壓力容器缺陷影像進行評定，如條形/圓形缺陷、未焊透、未熔合、裂紋等，根據缺陷的性質、尺寸、數量和密集性，對壓力容器焊接接頭的射線底片進行等級劃分，進而對壓力容器安全性進行評定。

2.3 X射線數字成像

射線數字成像無損檢測技術是利用射線源發出的射線透照物體，透過物體衰減后的射線光子由平板探測器接收并轉變為電信號，經計算機處理后以數字圖像的形式顯示。數字成像與膠片照相在射線透照原理上是一致的,均是由射線源發出射線透照被檢工件,衰減、吸收和散射的射線光子由成像器件接收；不同點在于成像器件對于接收到信息的處理技術；數字成像是利用計算機軟件控制成像器件,實現射線光子到數字信號再到數字圖像的轉換過程,最終在顯示器上對圖像進行觀察。

（1）主要設備。射線源、平板探測器、計算機及操作處理系統。

（2）應用狀況。X射線數字成像技術具有的優點：成像速度快，無須底片，免除了對底片沖洗的環節，節省底片和時間，圖像質量高并可進行局部放大，易于觀察，圖像便于儲存、傳輸，故使用前景廣闊，今后必定在壓力容器的檢驗檢測中發揮重要作用。但同時也存在設備造價高、平板探測器易于摔跌損壞、熟練操作人員較少等缺點，影響了X射線數字成像技術的全面推廣，這需要今后多方努力進行改進，特別是要盡量降低設備價格，使中小用戶可以接受。

2.4 衍射時差超聲檢測

衍射時差法超聲檢測技術是利用探頭發射的超聲波與缺陷尖端反射的衍射波，對壓力容器進行無損檢測，體現出較高的準確性和可靠性，材質應是低碳鋼或低合金鋼。

（1）衍射時差超聲檢測技術在壓力容器檢測中的應用。根據要檢測的壓力容器合理確定檢測區域，確定檢測方案，準備超聲儀設備，并合理選擇探頭，要選擇適宜的掃查方式，充分考慮入射點偏角、聲束重合區，采用深度校準的方式確保檢測精準度和可靠性。采用打磨的方式對被測工件的焊縫表面進行處理，對于焊縫表面的隆起、凹陷部位要進行均勻打磨，并作圓滑過渡。對于長度較大的焊縫，可以采用分段掃查的方式進行檢測，檢測的重疊寬度要在20mm以上，實現對檢測區域的全覆蓋。

（2）缺陷評定。衍射時差超聲檢測結果是以圖像形式顯示的，所以在分析圖像之前，首先應確定其有效性，分清相關顯示和非相關顯示，當不確定時，應重新進行檢測，獲取更多信息。檢測人員應熟練運用檢測設備，掌握典型的衍射時差超聲檢測圖像，做到根據檢測圖像對壓力容器缺陷給出正確判斷。

3 檢測方法使用探討

（1）任何壓力容器都存在缺陷，無損檢測的目的是檢出會影響被檢測對象使用安全的表面或內部缺陷，并進行缺陷的定性定量分析，判斷缺陷的危害性，合理應對。活性缺陷對壓力容器而言危害是最大的，必須盡早發現并妥善處理。

（2）壓力容器定期檢驗通常是需將設備停止運行，導出介質，將容器內部進行清理，以保證檢驗人員安全地進入容器內部檢驗，存在停產時間長、人力物力費用高的問題。聲發射檢測技術可在壓力容器特定的運行狀態下進行，可確定壓力容器內部或表面存在的活性缺陷的強度和大體位置，并且可在一次加壓試驗過程中，對壓力容器整體進行檢測，能夠縮短檢測停產時間。

（3）聲發射是一種動態檢測方法，對于壓力容器的線性缺陷較為敏感，能夠探測壓力容器結構在應力條件下的缺陷狀態，并提供缺陷隨載荷、時間、溫度變化的實時信息；利用接收聲發射信號，進行壓力容器的動態安全檢測、監測、完整性評價和失效預防。但難以對缺陷定量和定性，必須對聲發射檢測盲區及問題區域進行再檢測，利用射線、衍射時差超聲等檢測方法，結合圖像化、計算機化的新技術，提高檢測結果的直觀性和可靠性，對缺陷的大小和性質做出準確的判斷，聲發射檢測難以檢測出非活性缺陷，故對壓力容器不宜兩次連續使用。

4 結語

綜上所述，壓力容器使用存在風險，對其要進行定期檢驗和檢測，可以將聲發射技術、X射線檢測技術、衍射時差法超聲檢測技術等同時應用于壓力容器的檢驗中，進行壓力容器缺陷的判定和分析，提高壓力容器定期檢驗的效率和缺陷檢出率。還要與最新的檢測技術相結合，對不同的檢測方法進行對比試驗，最大程度地提高壓力容器檢驗檢測的準確性和可靠性。