無損檢測在固定式壓力容器定期檢驗(yàn)中的應(yīng)用

張毅斌

（呂梁市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)所，山西 呂梁 033000）

0 引言

當(dāng)前隨著房地產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，高層住宅的逐漸流行并推廣，電梯的需求也不斷攀升。而我國作為全球最大的電梯成產(chǎn)國和使用國，成為了當(dāng)前全球最大的制造產(chǎn)地。截止2015年底，我國電梯產(chǎn)量以70%的速度在不斷增長。大量電梯生產(chǎn)的背后帶來的是電梯安全檢修和運(yùn)維的具體壓力[1]。電梯運(yùn)維工作人員如何去保養(yǎng)維護(hù)如此大數(shù)量永久性設(shè)備也是當(dāng)前行業(yè)內(nèi)面臨的主要問題。而通過電梯大樣本檢驗(yàn)數(shù)據(jù)來對(duì)電梯的壽命、故障、運(yùn)行狀況進(jìn)行分析和評(píng)估，不僅能對(duì)電梯今后的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行前瞻，更能提前判斷高危故障點(diǎn)，保障維修的效率和質(zhì)量。

1 固定式壓力容器概述

壓力容器是指在工業(yè)生產(chǎn)中具有特定的工藝功能并承受一定壓力的設(shè)備?！短胤N設(shè)備安全監(jiān)察條例》對(duì)壓力容器定義為，是指盛裝氣體或者液體，承載一定壓力的密閉設(shè)備，其范圍規(guī)定為最高工作壓力大于或者等于0.1MPa（表壓），且壓力與容積的乘積大于或者等于2.5MPa·L的氣體、液化氣體和最高工作溫度高于或者等于標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)的液體的固定式容器和移動(dòng)式容器；盛裝公稱工作壓力大于或者等于0.2MPa（表壓），且壓力與容積的乘積大于或者等于1.0MPa·L的氣體、液化氣體和標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)等于或者低于60℃液體的氣瓶；氧艙等。壓力容器根據(jù)使用情況不同分為固定式和移動(dòng)式兩大類進(jìn)行管理[2-3]。

固定式壓力容器還具有安裝和使用地點(diǎn)固定，操作條件和人員比較固定的特點(diǎn)。廣泛用于石油、化工、動(dòng)力、食品等行業(yè)。壓力容器使用條件苛刻，工作環(huán)境惡劣，不同的壓力容器，載荷不同，工作溫度不同，內(nèi)部介質(zhì)具有腐蝕性不同的性能，這樣就存在潛在的腐蝕、環(huán)境開裂、材質(zhì)惡化、機(jī)械損傷的各種損傷失效風(fēng)險(xiǎn)，甚至?xí)斜ǖ奈ｋU(xiǎn)。壓力容器發(fā)生事故除本身破壞外，還會(huì)引起一連串惡性事故，造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)巨大損失。

2016年頒布的《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》從設(shè)計(jì)、制造、使用、檢驗(yàn)等做出了明確規(guī)定。固定式壓力容器投入使用后，應(yīng)根據(jù)設(shè)備特點(diǎn)、使用情況、安全等級(jí)，按照周期進(jìn)行定期檢驗(yàn)，確保設(shè)備在定期檢驗(yàn)有效期內(nèi)安全使用[4]。

2 固定式壓力容器定期檢驗(yàn)簡介

固定式壓力容器定期檢驗(yàn)一般是在停機(jī)狀態(tài)下進(jìn)行的檢驗(yàn)，以設(shè)備隨機(jī)資料為依據(jù)，按照國家相關(guān)法規(guī)，通過宏觀檢查、壁厚測定、表面無損檢測，必要時(shí)進(jìn)行其他檢測以確定設(shè)備安全狀況。宏觀檢查主要為發(fā)現(xiàn)設(shè)備的結(jié)構(gòu)不連續(xù)、結(jié)構(gòu)不合理等，是利用人體感官結(jié)合一些測量器具、內(nèi)窺鏡、反光鏡等簡單工具和儀器，對(duì)設(shè)備結(jié)構(gòu)尺寸、焊接接頭、表面損傷、材料狀況等進(jìn)行檢查，掌握設(shè)備狀況，結(jié)合隨機(jī)資料，可以確定測厚、表面無損檢測重點(diǎn)，判斷是否需要進(jìn)行埋藏缺陷、硬度、材料、強(qiáng)度、密封性檢測等。壁厚測定可以通過保證壁厚來確保容器能夠承受生產(chǎn)過程中所需要的荷載，表面無損檢測可以發(fā)現(xiàn)表明存在的裂紋等缺陷。有經(jīng)驗(yàn)的檢驗(yàn)人員，通過宏觀檢查，可以發(fā)現(xiàn)大部分設(shè)備存在的問題，或結(jié)合隨機(jī)資料比較容易判斷是否需要進(jìn)一步增加檢驗(yàn)項(xiàng)目和手段，但對(duì)表面微裂紋很難通過目視發(fā)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)埋藏缺陷更是不可能，有些設(shè)備由于結(jié)構(gòu)的局限性，宏觀檢查不可能到位，所以選擇無損檢測方法、確定無表面損檢測比例、如何綜合運(yùn)用無損檢測技術(shù)是定期檢驗(yàn)中很重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。

3 無損檢測技術(shù)特點(diǎn)

無損檢測是指在不損壞產(chǎn)品構(gòu)件為前提，充分運(yùn)用聲、光、磁、電、色等各種物理、化學(xué)手段來檢測設(shè)備構(gòu)件，進(jìn)而通過數(shù)據(jù)比對(duì)或分析查看判斷被檢測產(chǎn)品構(gòu)件是否存在損傷或存在缺陷進(jìn)而判斷被檢查構(gòu)件的性能指標(biāo)。此外根據(jù)被檢測構(gòu)件的破損和缺陷程度、位置、數(shù)量等信息判斷構(gòu)件是否存在潛在的失效形式或查找失效原因，判斷構(gòu)件在定檢有效期內(nèi)是否滿足工程使用要求。

無損檢測方法有射線、超聲、磁粉、滲透、渦流、目視、泄露、聲發(fā)射、衍射時(shí)差法、X射線數(shù)字成像、漏磁、脈沖渦流等，隨著技術(shù)的發(fā)展，激光、紅外、微波等也用于無損檢測。射線、超聲、磁粉、滲透四大常規(guī)無損檢測方法廣泛用于壓力容器的定期檢驗(yàn)，聲發(fā)射經(jīng)常用于不能停機(jī)的設(shè)備的活動(dòng)缺陷的檢測[5]。

3.1 磁粉檢測技術(shù)

將被檢測構(gòu)件磁化后，構(gòu)件內(nèi)部形成強(qiáng)大的磁感應(yīng)強(qiáng)度，內(nèi)部磁力線密度大大增加，當(dāng)構(gòu)表面或近表面存在缺陷時(shí)，內(nèi)部的磁力線會(huì)產(chǎn)生變形，材料缺陷部位表面形成漏磁，吸引磁粉，顯示缺陷形狀。當(dāng)前磁粉技術(shù)檢測精度可以達(dá)到在材料表面或近表面呈現(xiàn)出不連續(xù)的寬度達(dá)到0.1微米的故障圖像，這種精度可以使用磁粉檢測技術(shù)檢測到壓力容器表面很微小的缺陷，磁粉檢測技術(shù)分多種類型，壓力容器定檢中常用磁軛檢測法。但磁粉檢測只能用于鐵磁性材料近表面檢測，不能用于不銹鋼、有色金屬、非金屬等材料，構(gòu)件幾何形狀影響大，也檢測不到較深的埋藏缺陷。

3.2 滲透檢測技術(shù)

被檢構(gòu)件表面施涂的帶色滲透液滲入表面開口缺陷中，去除表面多余滲透液，通過顯像技術(shù)，在毛細(xì)管作用下滲透液被吸回表面，從而可以觀察到表面缺陷的形狀及分布。滲透檢測不受材料限制，不受幾何形狀影響，但對(duì)表面粗糙度要求高，且只能檢測到開口缺陷[6]。

3.3 超聲波檢測技術(shù)

利用超聲波能量大、能量損失小、呈直線性、界面反射特點(diǎn)，超聲波從被檢構(gòu)件檢測面射入，遇到缺陷產(chǎn)生回波，根據(jù)回波判斷缺陷情況。超聲波檢測用于埋藏缺陷檢測，可以檢測大厚度構(gòu)件，可以確定缺陷位置和尺寸，但材料晶粒度、缺陷形狀方向?qū)θ毕莸臋z出影響較大，難以判斷缺陷形狀、性質(zhì)，且存在盲區(qū)，不能檢測太薄的構(gòu)件。

3.4 射線檢測

射線穿過被檢構(gòu)件在膠片上成像顯示構(gòu)件內(nèi)部缺陷形狀。比較容易檢測出體積型缺陷，能準(zhǔn)確確定缺陷在平面的位置，可以通過對(duì)比分析[7]，確定缺陷自身高度，但面積型缺陷檢出受射線方向影響大，穿透厚度受射線能量限制，不能確定埋藏缺陷的深度位置。

3.5 聲發(fā)射檢測

是一種動(dòng)態(tài)檢測，可縮短檢驗(yàn)停機(jī)時(shí)間或用于不停機(jī)檢驗(yàn)，一次試驗(yàn)過程可探測出整個(gè)結(jié)構(gòu)的缺陷狀態(tài)，適用于檢測形狀復(fù)雜的設(shè)備。但只能給出生發(fā)射源部位、活性、強(qiáng)度，不能確定缺陷的性質(zhì)，需要依靠其他檢測方法進(jìn)行復(fù)驗(yàn)。

4 無損檢測技術(shù)在固定式壓力容器定期檢驗(yàn)中的應(yīng)用

無損檢測技術(shù)在壓力容器定期檢驗(yàn)中使用最頻繁，是最重要檢驗(yàn)技術(shù)之一，是確定在用壓力容器安全等級(jí)的重要依據(jù)?？茖W(xué)、合理地綜合運(yùn)用各項(xiàng)無損檢測技術(shù)，才能保證定期檢驗(yàn)的可靠性，提高檢驗(yàn)效率，降低檢驗(yàn)成本。

4.1 無損檢測方法的選擇

壓力容器定期檢驗(yàn)中，一般根據(jù)材料特性、被檢構(gòu)件幾何尺寸及形狀、操作環(huán)境選擇適當(dāng)?shù)臒o損檢測方法。進(jìn)行表面無損檢測時(shí)，鐵磁性材料選擇磁粉無損檢測，非鐵磁性材料選擇滲透檢測，小管徑不能滿足磁粉檢測條件時(shí)，選擇使用滲透檢測；埋藏缺陷檢測時(shí)，根據(jù)幾何尺寸和操作環(huán)境選擇無損檢測方法，經(jīng)常優(yōu)先選用勞動(dòng)強(qiáng)度小[8-9]，成本低的超聲波檢測，超聲波檢測結(jié)果需要驗(yàn)證時(shí)，用射線進(jìn)行補(bǔ)充檢測。檢驗(yàn)人員選擇無損檢測時(shí)，往往忽略了對(duì)壓力容器制造焊接過程和使用過程的了解，容易導(dǎo)致無損檢測方法選用不當(dāng)。在選擇無損檢測方法時(shí)，查看制造時(shí)焊接記錄，運(yùn)行中使用記錄，根據(jù)實(shí)際情況，分析焊縫中可能產(chǎn)生的缺陷，如制造過程中焊接參數(shù)、焊接熱處理是否不當(dāng)可能遺留制造缺陷，使用過程中，是否在敏感溫度區(qū)域停留時(shí)間較長，臨氫環(huán)境設(shè)備升壓降壓、升溫降溫程序是否嚴(yán)格控制等，根據(jù)可能產(chǎn)生缺陷種類、性質(zhì)確定無損檢測方法、提高無損檢測技術(shù)等級(jí)是非常必要的。

4.2 無損檢測部位、比例的確定

《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》對(duì)壓力容器定期檢驗(yàn)無損檢測比例做出了規(guī)定。檢驗(yàn)人員在實(shí)際操作中，一定要認(rèn)真查閱隨機(jī)資料，了解制造過程中的薄弱環(huán)節(jié)，表面無損檢測時(shí)要特別關(guān)注焊接熱影響區(qū)重疊部位，焊接返修部位，或焊接存在缺欠的部位，通過合理確定無損檢測部位和比例[10]，降低檢驗(yàn)成本，提高檢驗(yàn)效率，避免過度檢驗(yàn)。除嚴(yán)格按照《規(guī)程》規(guī)定進(jìn)行無損檢測外，對(duì)存在未超標(biāo)焊接缺陷的部位，可以適當(dāng)增加埋藏缺陷檢測項(xiàng)目，掌握缺陷在使用過程中的變化情況；對(duì)存在環(huán)境開裂傾向的設(shè)備，一定要增加表面無損檢測比例，避免漏檢。

4.3 超聲測厚

壁厚測定，以均布測厚點(diǎn)與《規(guī)程》中規(guī)定的重點(diǎn)測厚點(diǎn)相結(jié)合，可以多測少記，連續(xù)測量，記錄關(guān)鍵點(diǎn)，既掌握了整體情況，又抓住了重點(diǎn)，也減少了勞動(dòng)量。

4.4 無損檢測其它應(yīng)用

大型成套設(shè)備，停機(jī)時(shí)間短，往往檢驗(yàn)時(shí)間比較緊張，在停機(jī)之前選擇進(jìn)行聲發(fā)射檢測，確定缺陷部位，停機(jī)后根據(jù)聲發(fā)射檢測結(jié)果進(jìn)行缺陷復(fù)驗(yàn)，判斷缺陷性質(zhì)；小型設(shè)備不能進(jìn)行內(nèi)部宏觀檢測，選擇采用超聲波無損檢測方法，檢測內(nèi)表面缺陷。

5 結(jié)論

無損檢測技術(shù)已經(jīng)廣泛運(yùn)用于承壓設(shè)備中各個(gè)環(huán)節(jié)，在壓力容器定期檢驗(yàn)中，發(fā)揮著其它檢驗(yàn)技術(shù)不可替代的作用。無損檢測工作專業(yè)性強(qiáng)，無損檢測技術(shù)也在不斷更新，很多壓力容器檢驗(yàn)人員并沒有進(jìn)行無損檢測技術(shù)專業(yè)培訓(xùn)，需要不斷豐富自己的無損檢測專業(yè)知識(shí)，在實(shí)施檢驗(yàn)過程中，需要加強(qiáng)與無損檢測人員的溝通，才能充分發(fā)揮無損檢測在壓力容器定期檢驗(yàn)中的技術(shù)支撐作用。