壓力容器氫損傷的監(jiān)測(cè)與檢測(cè)方法

喬業(yè)程，王福強(qiáng)

(大連鍋爐壓力容器檢驗(yàn)研究院，遼寧 大連 116013)

目前石化企業(yè)必須重視的一個(gè)共性介質(zhì)問(wèn)題就是氫損傷的腐蝕問(wèn)題，主要是硫化物應(yīng)力方面的腐蝕開(kāi)裂，具有破壞時(shí)間十分短、破壞性較大的特點(diǎn)，因此，截止目前為止，企業(yè)在發(fā)展過(guò)程中的難題之一就是標(biāo)臨氫設(shè)備腐蝕和防護(hù)，然而受到濕硫化氫所帶來(lái)的影響，氫損傷主要利用開(kāi)裂的材料對(duì)破壞形式進(jìn)行表現(xiàn)，產(chǎn)生比較大的危害。近年來(lái)，我國(guó)石油煉制與合成氨工業(yè)，還有煤轉(zhuǎn)化的設(shè)備規(guī)模都在進(jìn)一步擴(kuò)大，所需的條件更加地苛刻，因此，發(fā)生很多氫損傷事故，選擇地氫損傷檢測(cè)和監(jiān)測(cè)方法，是非常有必要的。

1 壓力容器氫損傷的監(jiān)測(cè)方法分析

1.1 聲發(fā)射監(jiān)測(cè)技術(shù)分析

就聲發(fā)射監(jiān)測(cè)技術(shù)來(lái)說(shuō)，主要是指，如果設(shè)備處于役增壓中，利用在設(shè)備外表的聲發(fā)射的傳感器組對(duì)裂紋擴(kuò)展和破裂等不足進(jìn)行釋放，進(jìn)而出現(xiàn)聲發(fā)射波，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對(duì)缺陷進(jìn)行監(jiān)測(cè)的目的。從聲發(fā)射源中所出現(xiàn)的彈性波，受到介質(zhì)的影響，可以在被檢物體表面呈現(xiàn)，進(jìn)而，讓其表面出現(xiàn)機(jī)械時(shí)的振動(dòng)，通過(guò)被測(cè)物體的聲發(fā)射耦合所表現(xiàn)，并對(duì)表面的瞬態(tài)位移進(jìn)行轉(zhuǎn)換，一直到獲得電信號(hào)，在這之后，要通過(guò)放大和處理，使其形成一種比較獨(dú)特的參數(shù)，并且記錄以及顯示，之后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解釋，實(shí)現(xiàn)對(duì)聲發(fā)射源本身的特性進(jìn)行評(píng)定。如圖一所示，為聲發(fā)射技術(shù)的基本原理。

圖1 聲發(fā)射技術(shù)基本原理

該技術(shù)在應(yīng)用的技術(shù)優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)。一是，因?yàn)樗f(shuō)的缺陷是指在應(yīng)力影響產(chǎn)生的一種動(dòng)態(tài)化信息，可以在評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)中有效地利用；二是，受到多通道的影響，達(dá)到整體與快速檢測(cè)的最終目的，并利用有效地加載與試驗(yàn)，對(duì)缺陷部位能夠準(zhǔn)確確定，具有比較高的檢測(cè)效率；三是，可以進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，比較適合在工業(yè)監(jiān)控和比較噪的破壞預(yù)報(bào)中進(jìn)行應(yīng)用。然而該技術(shù)在應(yīng)用的過(guò)程中還是具有一定的局限性。一是，只能在檢測(cè)活性中進(jìn)行應(yīng)用，不能檢測(cè)裂紋，在應(yīng)用過(guò)程中，為了讓裂紋在活躍狀態(tài)下運(yùn)用增壓，導(dǎo)致原來(lái)的危險(xiǎn)性設(shè)備危險(xiǎn)指數(shù)上升；二是，不能對(duì)缺陷性質(zhì)確定；三是，具有較高的檢測(cè)靈敏度，所以，背景噪聲較大，在信號(hào)分析技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展基礎(chǔ)上，目前早已能夠提取聲發(fā)射信號(hào)當(dāng)中存在的小波去噪與有關(guān)特征，識(shí)別聲發(fā)射源的實(shí)施模式，進(jìn)行精確定位，能夠有效地判斷缺陷。

因此，可以看出，聲發(fā)射技術(shù)在氫損傷監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用已經(jīng)得到人們的肯定。盡管現(xiàn)階段并沒(méi)有得到完善，然而所具備的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)優(yōu)越性和信號(hào)分析技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，讓相關(guān)人員對(duì)于聲發(fā)射技術(shù)監(jiān)測(cè)氫損傷的效果更加地期待。

1.2 氫傳感器的監(jiān)測(cè)探測(cè)法

對(duì)于壓力氫探測(cè)儀來(lái)說(shuō)，這是非常重要的對(duì)滲氫速率有效檢測(cè)的物理方法中的一種，其工作原理指的是，在封閉化的空腔當(dāng)中使得氫氣流出，還咬對(duì)空腔當(dāng)中的一些積聚氫壓力進(jìn)行檢測(cè)。在合理的裝置前提下，可以使得探測(cè)儀存在于封閉端當(dāng)中，同時(shí)，設(shè)備內(nèi)壁出現(xiàn)一定的腐蝕現(xiàn)象，對(duì)其產(chǎn)生影響，氫會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)散，并展現(xiàn)在設(shè)備表面，利用晶體壓電的效應(yīng)，對(duì)壓力大小有效測(cè)量，然而，增加壓力的速率能夠?qū)Νh(huán)境中存在的設(shè)備滲氫速率會(huì)有所展現(xiàn)。就壓力氫探測(cè)儀來(lái)說(shuō)，屬于積累型的儀器，其結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)單，并不需要增加能源就可以有效運(yùn)作。與此同時(shí)，電晶體自身的靈敏度對(duì)其產(chǎn)生一定影響。目前，油田的發(fā)展中，已經(jīng)開(kāi)始使用這一儀器。

2 壓力容器氫損傷的檢測(cè)方法分析

2.1 超聲波檢測(cè)的探傷法

該方法主要是指，通過(guò)有效測(cè)定利用信號(hào)的往復(fù)時(shí)間，達(dá)到測(cè)量缺陷與探頭兩者間接觸距離的目的，通過(guò)對(duì)回波信號(hào)本身的幅度與超聲探頭兩者距離的測(cè)定，確定不足之處存在的具體大小與位置?？梢詮臒o(wú)底波以及不規(guī)則的波形紊亂現(xiàn)象的存在與否中，能夠?qū)渲虏牧系牧踊M(jìn)行判斷，這一方法具有較高的靈敏度，有助于缺陷定位精度的提高，同時(shí)，能夠根據(jù)垂直坐標(biāo)的缺陷波高度，確定缺陷的大小。除此之外，這一技術(shù)運(yùn)用的缺點(diǎn)主要有。一是，由于受到超聲波反射與折射等因素的影響，造成設(shè)備中存在復(fù)雜的聲波傳播，很容易發(fā)生漏檢取向不科學(xué)的問(wèn)題；二是；不能有效評(píng)定缺陷問(wèn)題?，F(xiàn)階段運(yùn)用的主要是當(dāng)量不足的對(duì)比措施，并不能有效地判斷裂紋大小；三是，不能有效檢定缺陷成因，不能準(zhǔn)確地判斷檢測(cè)裂紋，主要原因在于，氫致開(kāi)裂受到其它一些因素的影響。

2.2 掛片法檢測(cè)技術(shù)

這一技術(shù)主要指的是壓力容器實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，在容器當(dāng)中，懸掛在材質(zhì)上與壓力容器一樣，同時(shí)制造工藝相同的金屬試片，使得其所承受的一些壓力與接觸環(huán)境以及容器間保持一致，當(dāng)完成暴露階段之后，需要取出金屬試片，還要對(duì)其切片，與此同時(shí)，需要全面仔細(xì)地觀察微觀組織發(fā)生的一些變化，能夠?qū)Ωg類型詳細(xì)地說(shuō)明，并評(píng)價(jià)壓力容器在運(yùn)行當(dāng)中的現(xiàn)象。當(dāng)掛片出現(xiàn)氫損傷傾向，必須檢測(cè)容器本體。應(yīng)用掛片法，說(shuō)明腐蝕監(jiān)測(cè)早已向規(guī)范化發(fā)展，原理比較簡(jiǎn)單，深受人們的歡迎。

2.3 金相檢測(cè)法

對(duì)于金相組織來(lái)說(shuō)，對(duì)于鋼抗氫的影響是非常嚴(yán)重的，總是出現(xiàn)開(kāi)裂性能，比如，由淬火和高溫回火共同組成的金相組織就是細(xì)小球狀碳化物中的一種，對(duì)其敏感性比較低的是氫鼓泡，但是對(duì)于未回火馬氏體組織的敏感性非常高。金相檢驗(yàn)運(yùn)用的是定量金相學(xué)原理，對(duì)合金成分、組織、性能之間的定量關(guān)系進(jìn)行建立，完成設(shè)備的檢查之后就可以運(yùn)行，受到溫度和介質(zhì)等因素所帶來(lái)的影響，這時(shí)，金相組織勢(shì)必出現(xiàn)一定變化，還會(huì)發(fā)生微裂紋。對(duì)于金相檢驗(yàn)來(lái)說(shuō)，主要包括宏觀金相與微觀金相，能夠有效檢驗(yàn)設(shè)備本身的金相組織，還可以對(duì)金相檢驗(yàn)的材料進(jìn)行運(yùn)用，安排好相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)鋼材脫碳層的深度進(jìn)行確定。

2.4 衍射波時(shí)差法的檢測(cè)技術(shù)

該技術(shù)簡(jiǎn)稱為TOFD檢測(cè)技術(shù)，是順著表面進(jìn)行傳播的一種聲波，同時(shí)，可以接受工件之后的鏡面的反射探頭，出現(xiàn)參考信號(hào)。當(dāng)出現(xiàn)橫向縱波中有線形缺陷出現(xiàn)，會(huì)在缺陷中出現(xiàn)反射波，與此同時(shí)，出現(xiàn)衍射波，其所發(fā)出的能量可以在一定范圍內(nèi)進(jìn)行有效傳播。當(dāng)缺陷具有一定的高度時(shí)，缺陷兩端信號(hào)就會(huì)分辨時(shí)間，按照探頭所記載的一些衍射信號(hào)在傳播中會(huì)出現(xiàn)時(shí)差，可以對(duì)缺陷高度的量值有效確定，并確定定量缺陷。就缺陷尺寸而言，是按照衍射信號(hào)傳播的時(shí)間進(jìn)行測(cè)量，不對(duì)信號(hào)幅度進(jìn)行尺寸評(píng)估。和以往的超聲波間產(chǎn)生不同之處，以往的超聲波是在缺陷的反射能量上判斷缺陷的。

TOFD技術(shù)在應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)。一是，缺陷方向不對(duì)檢測(cè)質(zhì)量產(chǎn)生影響；二是，能夠?qū)θ毕莞叨冗M(jìn)行確定，如果條形缺陷比較長(zhǎng)，還是能夠與工程的要求相符合；三是，能夠獲得在線檢測(cè)結(jié)果，還能利用數(shù)字信號(hào)將結(jié)果保存在光盤當(dāng)中，有助于在役檢驗(yàn)當(dāng)中有效對(duì)比；四是，該技術(shù)在應(yīng)用中的成本十分低。和以往超聲波探傷法是相同的，TOFD技術(shù)并不能對(duì)缺陷的性質(zhì)進(jìn)行判斷，信號(hào)解釋和評(píng)定受到人為因素的影響。同時(shí)，還存在一定的不足，一是，在對(duì)圓形缺陷和小條形缺陷進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，產(chǎn)生很大的定量誤差，能夠有效地檢測(cè)高度小于20 mm的面積型的缺陷測(cè)，不能有效檢測(cè)高度大于20 mm面積型的缺陷測(cè)誤差；二是，TOFD的盲區(qū)是在表面之下的幾毫米處，同時(shí)，和內(nèi)壁距離較近的TOFD并未形成清晰的信號(hào)。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，現(xiàn)階段監(jiān)測(cè)和檢測(cè)方法中，我國(guó)氫損傷的離線檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，然而在監(jiān)測(cè)技術(shù)方面，因?yàn)榭梢栽诘谝粫r(shí)間尋找到設(shè)備的問(wèn)題，有助于設(shè)備的定期檢查，可以降低停車次數(shù)，提高企業(yè)安全生產(chǎn)率，并為企業(yè)帶來(lái)比較大的經(jīng)濟(jì)利益，所以，該問(wèn)題備受相關(guān)人員的關(guān)注。在這一當(dāng)中，聲發(fā)射檢驗(yàn)的技術(shù)伴隨著信號(hào)分析的處理方法進(jìn)步不斷進(jìn)步，應(yīng)用在氫損傷的監(jiān)測(cè)過(guò)程中是未來(lái)研究的主要方向。