關(guān)于大容積氣瓶組定期檢驗中無損方法的討論

任 毅,丁春雄,范高廷

(江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗研究院，江蘇 南京 210000)

隨著人們環(huán)保意識的越來越強，越來越多的汽車，尤其是城市公交車，開始使用天然氣代替?zhèn)鹘y(tǒng)的石油燃料。近些年，許多城市建立了大量的CNG加氣站。根據(jù)GB50156規(guī)范，CNG加氣站常用儲氣方式有2種：儲氣瓶組和儲氣井。儲氣井深埋于地下，無論其損傷機理、失效模式或檢驗方法都有其獨特性。

本文主要討論CNG加氣站大容積儲氣瓶組現(xiàn)場定期檢驗中無損檢測方法的可行性和適用性，以及其能否替代水壓試驗。

1 儲氣瓶組定期檢驗中的無損檢測要求

大容積儲氣瓶組的定期檢驗，國家尚未頒布相關(guān)的法規(guī)或標(biāo)準(zhǔn)。特種設(shè)備監(jiān)督管理部門曾發(fā)布過2次文件：質(zhì)檢辦特函(2017)1336號規(guī)定：“按照氣瓶設(shè)計制造、在加氣站站內(nèi)固定使用的氣瓶或瓶組，應(yīng)按照氣瓶辦理使用登記和進(jìn)行定期檢驗(定期檢驗機構(gòu)應(yīng)當(dāng)具有PD1資質(zhì)或RD8資質(zhì))。對于大容積無縫氣瓶及其瓶組，定期檢驗機構(gòu)應(yīng)當(dāng)按照《大容積鋼質(zhì)無縫氣瓶》(GB/T 33145-2016)的規(guī)定，在定期檢驗項目中增加大容積無縫氣瓶檢驗的相關(guān)要求。站用氣瓶或瓶組固定使用時，其設(shè)置要求還應(yīng)當(dāng)符合國家建筑設(shè)計防火規(guī)范以及消防的相關(guān)規(guī)定”。市監(jiān)特(2018)26號文規(guī)定：“站用氣瓶或瓶組(屬于按照氣瓶設(shè)計制造的壓力容器)的定期檢驗，在相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)制定頒布以前，壓力容器檢驗機構(gòu)可依據(jù)團體標(biāo)準(zhǔn)《站用儲氣瓶組定期檢驗與評定》(T/CATSI 02 002-2018)進(jìn)行定期檢驗”。

監(jiān)管機構(gòu)提到的2個標(biāo)準(zhǔn)，《大容積鋼質(zhì)無縫氣瓶》屬于氣瓶的制造標(biāo)準(zhǔn)，其中對于無損檢測的規(guī)定：瓶體熱處理或水壓試驗后應(yīng)逐只按附錄C和附錄D進(jìn)行超聲和磁粉無損檢測。筆者走訪過的氣瓶制造企業(yè)，基本均用水浸全自動超聲和自動磁粉探傷設(shè)備進(jìn)行無損檢測，水壓試驗一般采用全自動水壓機進(jìn)行外側(cè)法水壓試驗。

《站用儲氣瓶組定期檢驗與評定》對于瓶組的定期檢驗更有針對性，其將瓶組定期檢驗分為進(jìn)站檢驗和現(xiàn)場檢驗，其無損探傷的要求為，進(jìn)站檢驗：瓶體全自動超聲檢測+瓶體外表面100%磁粉檢測+瓶口內(nèi)螺紋及瓶頸內(nèi)表面滲透檢測，采用外側(cè)法進(jìn)行水壓試驗?，F(xiàn)場檢驗：瓶體聲發(fā)射檢測+瓶口內(nèi)螺紋及瓶頸內(nèi)表面滲透檢測，對于聲發(fā)射出現(xiàn)5次以上定位信號時，應(yīng)采用超聲波進(jìn)行復(fù)驗。對于第2次、第3次定期檢驗采用現(xiàn)場檢驗的，要進(jìn)行耐壓試驗。

2 無損檢測方法的討論

2.1 磁粉探傷(MT)

T/CATSI 02 002對于瓶組的瓶體外表面100%磁粉檢測是有隱含條件的，要求磁粉檢測應(yīng)按GB/T33145《大容積鋼質(zhì)無縫氣瓶》 附錄D進(jìn)行。由于GB/T33145是氣瓶制造標(biāo)準(zhǔn)，因此默認(rèn)氣瓶進(jìn)行探傷時，表面是沒有油漆的，這一點也與實際制造過程相符合。而定期檢驗過程中，氣瓶使用過一段時間，表面不僅有油漆，且油漆層可能有老化嚴(yán)重、脫層、開裂等現(xiàn)象。其表面檢驗狀態(tài)不一定能滿足GB/T33145附錄D要求的：通電磁化前，應(yīng)將瓶體上與電極接觸區(qū)域的任何不導(dǎo)電物質(zhì)清除干凈。同時附錄D也未對瓶體表面油漆進(jìn)行考慮，僅要求瓶體表面不得有油污、毛刺、松散氧化皮等。因為根據(jù)制造過程，此時瓶體表面尚未噴漆，不存在油漆層厚度的影響。相對而言，NB/T 47013要求更為詳細(xì)：被檢工件表面有非磁性涂層時，如能夠保證涂層厚度不超過0.05mm，并經(jīng)檢測單位技術(shù)負(fù)責(zé)人同意和標(biāo)準(zhǔn)試片驗證不影響磁痕顯示后可帶涂層進(jìn)行磁粉檢測。也就是要求，磁粉檢測時，涂層厚度不得超過0.05mm，由于目前氣瓶的噴漆方式是2遍底漆1遍面漆，檢測時涂層厚度已遠(yuǎn)超標(biāo)準(zhǔn)要求。因此檢測前表面要進(jìn)行去除油漆的工序。大容器氣瓶表面油漆的去除，需要用到噴砂等專業(yè)設(shè)備，檢驗后還需要重新涂敷，其過程還涉及環(huán)保、消防等相關(guān)法規(guī)，使得檢測外的成本急劇提高。

2.2 超聲探傷(UT)

GB/T33145與T/CATSI 02 002所提及的UT檢測，均為全自動超聲波檢測方法，并要求對自動超聲波發(fā)現(xiàn)的缺陷，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行手動超聲波檢測復(fù)驗。其中T/CATSI 02 002要求全自動超聲檢測按GB/T33145進(jìn)行，手動超聲波檢測按NB/T 47013進(jìn)行。根據(jù)筆者走訪的結(jié)果，全自動超聲檢測目前均采用液浸式水耦合全自動超聲設(shè)備，可同時實現(xiàn)斜探頭探傷和直探頭測厚功能，并可以記錄C掃描、A掃描記錄功能。這里同樣有油漆的問題：檢測時氣瓶表面的油漆狀態(tài)，是完全除漆，部分清理還是原始表面。GB/T33145由于是制造標(biāo)準(zhǔn)，沒有做明確規(guī)定。NB/T 47013的規(guī)定較為清楚：檢測面上所有影響檢測的油漆、銹蝕、飛濺和污物等均應(yīng)予以清除，其表面粗糙度應(yīng)符合檢測要求。這里的問題在于哪些油漆是有影響的？正常的油漆又有多少影響？根據(jù)李兆太等人的研究[1]，在實驗室條件下，無論是防銹底漆或是噴上面漆，對超聲波的靈敏度的影響甚微，最大不超過0.7%，可以忽略。但文中油漆層最大厚度為0.2mm，對于更厚的油漆層，是否有影響沒有進(jìn)一步研究，其次油漆的噴涂方式及不均勻度沒有相應(yīng)說明。此外文章還強調(diào)，對于工件表面的油漆層可能有老化、不均、或開裂現(xiàn)象時，應(yīng)當(dāng)清除油漆層、否則將影響超聲波的傳輸。由此可見，在油漆層與工件表面粘結(jié)緊密的情況下，其對超聲波影響較小，一旦使用時間較長，表面油漆老化嚴(yán)重，則必須進(jìn)行清除。水浸超聲的另一個問題是，檢測時氣瓶必須從瓶架上卸下，因此T/CATSI 02 002并不要求現(xiàn)場檢驗時使用，對于首次進(jìn)行定期檢驗的氣瓶，該標(biāo)準(zhǔn)默認(rèn)進(jìn)行進(jìn)站檢驗，因此也不存在該問題。但不可否認(rèn)的是，大容積儲氣瓶組的拆卸和安裝是一個復(fù)雜的工作，其時間和經(jīng)濟成本往往超過檢驗費用本身。其次，由于儲氣瓶收口部分壁厚變化大、不均勻，且結(jié)構(gòu)不規(guī)則，因此無法進(jìn)行超聲波檢測，使得檢驗存在盲區(qū)。

2.3 聲發(fā)射(AE)

對于現(xiàn)場檢驗的瓶組，標(biāo)準(zhǔn)推薦進(jìn)行瓶體聲發(fā)射檢測，筆者認(rèn)為原因如下：其一，聲發(fā)射可以在瓶組不拆卸的情況下進(jìn)行檢測，使得現(xiàn)場檢驗效率大大提高。其二，根據(jù)美國DOT法規(guī)希望通過聲發(fā)射對內(nèi)部宏觀檢查和水壓試驗進(jìn)行豁免。根據(jù)劉三江等人對數(shù)千只長管拖車的研究[2]，聲發(fā)射可以有效發(fā)現(xiàn)瓶壁上存在的腐蝕和裂紋等危險性缺陷，再進(jìn)行復(fù)驗，針對性強，可提高檢驗效率。

但筆者認(rèn)為聲發(fā)射檢測也有其不足之處，其一，信號的可靠性，產(chǎn)生信號的地方是否一定有缺陷，不產(chǎn)生信號的地方是否一定沒有缺陷。對于前一個問題，可以用其他無損檢測方法進(jìn)行復(fù)驗。對于后一個問題，至今仍有很多爭議。故業(yè)界對聲發(fā)射檢測的界定多為檢測活性缺陷。其二，聲發(fā)射檢測對沒有產(chǎn)生裂紋的常規(guī)腐蝕并不敏感。因此部分研究認(rèn)為的，經(jīng)過聲發(fā)射檢測的氣瓶沒有事故報道，因此聲發(fā)射檢測有效和可行的這一觀點是值得商榷的。雖然聲發(fā)射檢測技術(shù)開始于上個世紀(jì)50年代，至今也已被《固定式壓力容器安全監(jiān)察規(guī)程》(TSG 21)、《承壓設(shè)備無損檢測》(NB/T 47013)所認(rèn)可，但其一直以快速篩查的檢測手段被使用，其所有的有懷疑的檢測結(jié)果也必須其他無損檢測方式進(jìn)行復(fù)驗。

2.4 滲透檢測(PT)

圖1 瓶口端部裂紋

滲透檢測在檢驗中主要用于氣瓶瓶口內(nèi)螺紋及瓶頸可見部分的檢測。根據(jù)肖飚等人的研究，滲透檢測是相當(dāng)有必要的。通過打開瓶塞后，對瓶口及螺紋部位進(jìn)行滲透檢測，在瓶口端面發(fā)現(xiàn)了裂紋，見圖1、圖2。文章認(rèn)為，鋼瓶在收口過程中，在高溫下需要用滾輪進(jìn)行擠壓成形，導(dǎo)致在瓶口部位易產(chǎn)生微裂紋。微裂紋在使用過程中，由于頻繁充裝卸載造成的膨脹收縮，介質(zhì)腐蝕等因素的影響下，裂紋出現(xiàn)擴展，因此在瓶口上出現(xiàn)裂紋。

圖2 瓶口端部放大

但是部分研究同時認(rèn)為，瓶口出現(xiàn)裂紋是由于端塞拆卸不當(dāng)導(dǎo)致，即如果出廠時，端口檢測合格，使用過程中不會出現(xiàn)裂紋。

3 結(jié)論

本文對標(biāo)準(zhǔn)要求的大容積氣瓶組定期檢驗中使用的無損方法進(jìn)行了討論。在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的4中方法中，效果最佳的是超聲檢測，但受限于設(shè)備。磁粉檢測由于需要打磨油漆，定期檢驗中使用方式受限。聲發(fā)射只能用于使用過程中產(chǎn)生的活性缺陷的檢驗，是傳統(tǒng)檢測方法的一種補充手段。滲透檢測用于內(nèi)螺紋檢測，需要打開瓶的端塞。上述4中方法在現(xiàn)場檢驗過程中都有不同程度的受限，使用新的無損檢測方法成為我們急需要研究的課題。