壓力容器定期檢驗智能化展望

梁楠 朱穩(wěn) 楊育偉(西安特種設(shè)備檢驗檢測院，陜西 西安 710065)

0 引言

壓力容器是指承裝液體或氣體，承載一定壓力的密閉設(shè)備，是具有爆炸危險性的承壓類特種設(shè)備。壓力容器承載著高壓、高溫、易燃、易爆、劇毒或腐蝕介質(zhì)，一旦發(fā)生爆炸或泄漏往往并發(fā)災(zāi)難性事故，造成環(huán)境污染，危害社會公共安全，影響社會經(jīng)濟發(fā)展和人民生活，直接關(guān)乎社會安定，保障壓力容器的安全運行就尤為重要[1]。我國《特種設(shè)備安全法》、《特種設(shè)備安全監(jiān)察條例》規(guī)定，壓力容器投入使用后應(yīng)按照安全技術(shù)規(guī)范的要求進行定期檢驗。定期檢驗是指特種設(shè)備檢驗機構(gòu)按照一定的時間周期，在壓力容器停機時，根據(jù)安全技術(shù)規(guī)范的要求對壓力容器安全狀況等級所進行的符合性驗證活動[2]，是保證壓力容器安全運行的重要措施之一。

1 傳統(tǒng)壓力容器定期檢驗流程及方法

我國壓力容器數(shù)量龐大，每年檢驗機構(gòu)的壓力容器定期檢驗任務(wù)繁重，檢驗工作仍主要是依靠檢驗人員操作完成。定期檢驗的一般程序包括：資料審查、檢驗方案制定、檢驗前的準(zhǔn)備、檢驗實施、缺陷及問題處理、檢驗結(jié)果匯總、出具檢驗報告等。檢驗人員需要做紙質(zhì)現(xiàn)場記錄、繪制設(shè)備簡圖、測量數(shù)據(jù)、標(biāo)注檢測 位置、記錄數(shù)據(jù)等，然后將數(shù)據(jù)及發(fā)現(xiàn)問題匯總，根據(jù)安全技術(shù)規(guī)范的規(guī)定對壓力容器的安全狀況等級進行綜合評定，現(xiàn)場檢驗完成后需將檢驗記錄手動輸入到電腦后生成檢驗報告，傳統(tǒng)工作模式勞動強度大，智能水平較低；再者，壓力容器由于用途不同，所以其材質(zhì)、結(jié)構(gòu)、規(guī)格和介質(zhì)也各不相同，在制定檢驗方案時，檢驗人員需根據(jù)設(shè)備具體情況查閱相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，了解該容器的損傷模式和失效模式，再結(jié)合使用狀況制定有針對性的檢驗方案，因此檢驗人員需要查閱或記憶的資料內(nèi)容較多，檢驗方案質(zhì)量受檢驗人員人為因素影響很大，從而影響檢驗質(zhì)量和檢驗效率，檢驗質(zhì)量管理難以把控。

2 壓力容器定期檢驗智能輔助系統(tǒng)及方法

隨著信息智能化高速發(fā)展，為了改變傳統(tǒng)的檢驗?zāi)Ｊ?，減輕檢驗人員工作強度，控制過程準(zhǔn)確、保證結(jié)果正確，更好地實現(xiàn)質(zhì)量管理，可引入一種智能化的壓力容器定期檢驗輔助系統(tǒng)和方法，使檢驗過程更規(guī)范、簡便、高效。該智能系統(tǒng)包括六大模塊：數(shù)據(jù)庫、輸入模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、圖形模塊、邏輯判斷、輸出模塊，其關(guān)聯(lián)情況如圖1。

數(shù)據(jù)庫包含壓力容器定期檢驗所有相關(guān)安全技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，比如：《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》(TSG 21—2016)、《壓力容器》(GB/T 150—2011)、《承壓設(shè)備損傷模式識別》(GB/T 30579—2014)等等。建立規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫，以便于對輸入的信息進行分析，實現(xiàn)智能邏輯判斷；數(shù)據(jù)庫還包括壓力容器定期檢驗的記錄和報告模版，在規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)被調(diào)用時，對檢驗的設(shè)備信息和檢驗數(shù)據(jù)進行分析判斷、計算和評級，寫入檢驗記錄和報告；輸入模塊，包括文本輸入方式、語音輸入方式和對圖片進行文字識別等方式，以實現(xiàn)對壓力容器設(shè)備信息和檢驗數(shù)據(jù)的智能輸入；數(shù)據(jù)采集模塊，是指以藍牙方式連接測量設(shè)備，自動采集檢驗項目的檢驗數(shù)據(jù)；圖形模塊，包括畫圖、自動生成和編輯簡圖功能，根據(jù)輸入的設(shè)備參數(shù)信息生成設(shè)備二維簡圖；邏輯判斷，根據(jù)所調(diào)用的相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)中的條款規(guī)定，對所述輸入模塊的輸入信息進行邏輯判斷、選擇以及相關(guān)計算；輸出模塊，包括輸出檢驗設(shè)備的信息、檢驗方案、檢驗數(shù)據(jù)、以及邏輯判斷的結(jié)果，按照相應(yīng)記錄和報告的文本格式進行輸出。

圖1 壓力容器定期檢驗智能輔助系統(tǒng)

應(yīng)用壓力容器定期檢驗智能輔助系統(tǒng)的常規(guī)檢驗方法如下：

步驟一，審查設(shè)備資料，選擇文本、語音或拍照識別圖片文字輸入壓力容器的基本信息。

步驟二，根據(jù)壓力容器的材質(zhì)、介質(zhì)、使用工況等信息調(diào)用數(shù)據(jù)庫中的相應(yīng)設(shè)計、檢驗規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，進行邏輯判斷，初步生成壓力容器定期檢驗方案，檢驗人員確認(rèn)或修改確認(rèn)后經(jīng)審核批準(zhǔn)，最終輸出檢驗方案。

步驟三，根據(jù)檢驗方案開展現(xiàn)場檢驗，將各檢驗項目的檢測數(shù)據(jù)通過輸入模塊或數(shù)據(jù)采集模塊實時輸入，寫入檢驗記錄。

步驟四，對各檢測結(jié)果進行整理分析，基于數(shù)據(jù)庫支持，對發(fā)現(xiàn)的缺陷定位、定性、定量，評級并提出問題處理意見，檢驗人員通過經(jīng)驗積累評判缺陷描述是否準(zhǔn)確，確認(rèn)后生成相應(yīng)的檢驗記錄和報告。

步驟五，檢驗記錄和檢驗報告經(jīng)系統(tǒng)流轉(zhuǎn)進行審核和批準(zhǔn)，最后智能打印輸出檢驗方案、檢驗記錄和報告及其他文本資料(如檢驗意見通知書和檢驗收費單等等)。

壓力容器定期檢驗智能輔助系統(tǒng)檢驗流程如圖2 所示，以100m3液化石油氣貯罐定期檢驗為例，檢驗過程說明如下。

圖2 壓力容器定期檢驗智能輔助系統(tǒng)檢驗流程圖

檢驗人員首先審查設(shè)備資料，選擇文本輸入方式或拍照自動識別圖片文字信息，將設(shè)備信息(如使用單位名稱、設(shè)計單位名稱等)進行自動匹配輸入系統(tǒng)，選擇檢驗相應(yīng)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)(如選擇設(shè)備的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)《壓力容器》(GB/T 150—2011)，檢驗依據(jù)《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》(TSG 21—2016)等)，如該設(shè)備材料為Q345R(低合金鋼材質(zhì))，介質(zhì)為液化石油氣(含濕H2S)，基于數(shù)據(jù)庫中的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，智能輔助系統(tǒng)根據(jù)檢驗輸入信息進行判斷，得出該設(shè)備的損傷模式為濕H2S 破壞[3]，檢驗項目應(yīng)有表面缺陷檢測、埋藏缺陷檢測和硬度檢測[2]等。進一步如標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定鐵磁性材料表面缺陷檢測應(yīng)優(yōu)先選用磁粉檢測[4]，檢驗人員需再次根據(jù)系統(tǒng)提示，選擇具體檢驗方法，智能輔助系統(tǒng)將詳細(xì)的檢驗方案按照一定的格式(內(nèi)容包括設(shè)備基本信息、損傷模式、失效模式以及檢驗項目等)輸出，檢驗人員查看方案進行確認(rèn)或修改確認(rèn)。

開展現(xiàn)場檢驗時，智能輔助系統(tǒng)根據(jù)確定的檢驗方案中的檢驗項目進行，檢驗人員將各檢驗項目的數(shù)據(jù)輸入，如宏觀檢驗中測量焊縫的錯邊量，將測量結(jié)果輸入即可做出評級判斷，包括發(fā)現(xiàn)缺陷應(yīng)采取的處理措施或應(yīng)增加的檢驗項目。并生成相關(guān)的記錄和報告。

其中在進行壁厚測定的項目時，智能輔助系統(tǒng)會根據(jù)設(shè)備的參數(shù)信息，如容器筒體長10m、直徑3.6m、橢圓封頭等信息生成壓力容器簡圖并可編輯，標(biāo)注縱縫和環(huán)縫的相對位置，測厚點、硬度測點的相對位置及無損檢測的位置和可能發(fā)現(xiàn)缺陷的相對位置。進行測厚時，系統(tǒng)和測厚儀相連接，測厚儀測量容器壁厚的數(shù)據(jù)直接輸入智能輔助系統(tǒng)，并可以智能判斷是否合格，是否需要強度校核。如果需要強度校核，智能輔助系統(tǒng)調(diào)用設(shè)備的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)中相應(yīng)的校核計算公式，自動完成強度校核的計算并得出結(jié)果。

最終，智能輔助系統(tǒng)對各檢驗項目按照《固容規(guī)》的規(guī)定進行評級，以其中項目等級最低者為綜合評定等級，得出檢驗結(jié)論，輸出檢驗方案、記錄和報告和特種設(shè)備檢驗意見通知書和檢驗收費單等檢驗資料。

3 結(jié)語

傳統(tǒng)壓力容器定期檢驗工作模式工作強度大，智能化水平低，且極大考驗檢驗人員的經(jīng)驗積累，檢驗質(zhì)量受人為因素影響較大。隨著工業(yè)的快速發(fā)展，壓力容器高參數(shù)、復(fù)雜化、數(shù)量多，定期檢驗作為壓力容器安全管理的重要環(huán)節(jié)，重要性也越來越突出。筆者認(rèn)為在人工智能高速發(fā)展的今天，引入壓力容器定期檢驗智能輔助系統(tǒng)為提高壓力容器定期檢驗工作質(zhì)量、控制過程準(zhǔn)確、保證結(jié)果正確，減輕檢驗人員機械勞動強度方面有重要意義。