壓力管道及壓力容器中無損檢測技術(shù)的應(yīng)用探討

通訊作者：嚴(yán)為箭，1970年3月，男，漢族，江西萍鄉(xiāng)人，就職于伊泰新疆能源有限公司，中級工程師，本科學(xué)歷。研究方向：設(shè)備制造，維修及管理工作。

摘 要：壓力容器是指盛裝氣體或者液體，承載一定壓力的密閉設(shè)備。有些壓力容器盛裝危險(xiǎn)介質(zhì)、高溫、高壓運(yùn)行工況復(fù)雜，在實(shí)際生產(chǎn)生活運(yùn)行中，如果設(shè)備存在缺陷，或者在運(yùn)行過程期間出現(xiàn)操作不當(dāng)情況，會出現(xiàn)缺陷，引起泄露，甚至?xí)l(fā)設(shè)備故障，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失，以及人員傷亡。針對壓力容器，可以采取無損檢測技術(shù)對其使用狀況進(jìn)行檢測，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，采取相應(yīng)措施對問題進(jìn)行處理，排除隱患，避免造成更加嚴(yán)重的后果。

關(guān)鍵詞：壓力管道;壓力容器;無損檢測技術(shù);應(yīng)用

一、引言

無損檢測是指在對檢測對象不造成損壞的基礎(chǔ)上，通過對合理的技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用完成相應(yīng)的檢測作業(yè)，掌握檢測對象存在的缺陷，進(jìn)而對檢測結(jié)果進(jìn)行分析和評價(jià)。壓力容器的運(yùn)行環(huán)境惡劣，在長期運(yùn)行下設(shè)備會存在不同的損傷模式，如腐蝕減薄、環(huán)境開裂、材質(zhì)劣化等，這會導(dǎo)致壓力容器在運(yùn)行期間出現(xiàn)嚴(yán)重安全隱患。因此，要采取合理的措施對壓力容器在運(yùn)行期間存在的缺陷問題進(jìn)行檢查，保證壓力容器在運(yùn)行時(shí)的安全性。

二、無損檢測技術(shù)概述

所謂無損檢測技術(shù)就是在不影響被檢測對象性能，不對其造成損壞的基礎(chǔ)上，對檢測對象性能進(jìn)行檢測，在檢測時(shí)可以采用化學(xué)手段，也可以采用物理手段，使用相關(guān)的儀器設(shè)備，按照相關(guān)規(guī)定的技術(shù)要求，實(shí)現(xiàn)對檢測對象表面及內(nèi)部的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)、缺陷、狀態(tài)等各項(xiàng)內(nèi)容的全面檢測，檢測結(jié)果能夠準(zhǔn)確體現(xiàn)被檢測對象的性能[1]。在現(xiàn)代工業(yè)快速發(fā)展的今天，無損檢測技術(shù)水平，可以體現(xiàn)一個(gè)國家的工業(yè)發(fā)展水平，同時(shí)，在對無損檢測技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用時(shí)，要注重不同無損檢測技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，依據(jù)實(shí)際情況，最終選取合理的檢測方案，確保無損檢測技術(shù)在壓力容器檢驗(yàn)中作用能夠得到精準(zhǔn)高效地發(fā)揮，完成相應(yīng)的檢測工作。

三、壓力容器制造特征

（一）種結(jié)構(gòu)存在復(fù)雜性

隨著壓力容器在不同領(lǐng)域的使用越來越廣泛，壓力容器的結(jié)構(gòu)也越來越多樣化。在不同領(lǐng)域中壓力容器的結(jié)構(gòu)各不相同，同一領(lǐng)域，因使用環(huán)境、功能需要在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝要求等因素，壓力容器的結(jié)構(gòu)也不一樣。一般的壓力容器均有筒體、封頭、支座、法蘭和安全附件等部件，有些容器設(shè)計(jì)有入孔、夾層、內(nèi)部冷卻管和攪拌器等。

（二）有著很高的安全要求

壓力容器是在高溫、高壓、腐蝕的環(huán)境中工作，盛裝的介質(zhì)是易燃、易爆、有毒的有害氣體或液體。因此對其安全性的要求極為嚴(yán)格，稍不注意，就會產(chǎn)生安全隱患，后果將不堪設(shè)想。在壓力容器的設(shè)計(jì)、制造、安裝、使用過程中，每一個(gè)環(huán)節(jié)都與安全息息相關(guān)，壓力容器設(shè)計(jì)、制造、安裝、使用單位應(yīng)從管理上采取有效的措施，事前預(yù)防，將安全放在第一位，避免災(zāi)難性事故的發(fā)生。

（三）壓力容器制造專業(yè)化

壓力容器的制造單位應(yīng)取得特種設(shè)備制造許可證，并按照批準(zhǔn)的范圍進(jìn)行制造。在制造過程中，應(yīng)該嚴(yán)格按照法規(guī)和安全技術(shù)規(guī)范的要求執(zhí)行。當(dāng)壓力容器被應(yīng)用到具體行業(yè)時(shí)，還應(yīng)該符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求，這就要求從事壓力容器設(shè)計(jì)和制造人員具有豐富的理論知識和較高的專業(yè)技術(shù)技能水平，同時(shí)還要熟悉安全法規(guī)，從多方面、多角度考慮，從而設(shè)計(jì)和制造出安全系數(shù)高、質(zhì)量可靠的產(chǎn)品。

四、壓力管道的影響因素及壓力管道無損檢測技術(shù)的概念

（一）壓力管道的影響因素

在現(xiàn)階段的工業(yè)生產(chǎn)中，壓力管道的應(yīng)用范圍較為廣泛，而在其具體的應(yīng)用過程中，還存在一些難以避免的安全問題，一旦出現(xiàn)不合理或者不及時(shí)的控制，就容易導(dǎo)致安全事故的發(fā)生。根據(jù)實(shí)踐研究結(jié)果顯示，一般有兩個(gè)主要因素會導(dǎo)致壓力管道出現(xiàn)安全事故。

1.壓力管道自身就有一定的質(zhì)量缺陷存在，因而一直帶有安全隱患[2]。

2.操作壓力管道的人員在實(shí)際操作期間出現(xiàn)不正當(dāng)?shù)牟僮?，以至于壓力管道出現(xiàn)了非正常的運(yùn)行模式。

壓力管道一旦發(fā)生安全事故就沒有辦法穩(wěn)定運(yùn)行，從而直接影響安全生產(chǎn)，這就要求相關(guān)工作人員必須具備足夠的專業(yè)素養(yǎng)，切實(shí)保證壓力管道的安全，以此來保證持續(xù)正常運(yùn)行。

（二）壓力管道無損檢測技術(shù)的概念

正常情況下，應(yīng)用在壓力管道中的無損檢測技術(shù)都采用的是具有科學(xué)性的儀器或者先進(jìn)的專用設(shè)備，從而對壓力管道的安全性進(jìn)行檢測，同時(shí)針對其檢測過程中的準(zhǔn)確度也有比較嚴(yán)格的要求，并且要最大限度地降低對壓力管道的損壞，在此基礎(chǔ)上來完成對壓力管道的制造材料、焊接質(zhì)量、結(jié)構(gòu)和使用情況的檢驗(yàn)工作。而無損檢測技術(shù)對于壓力管道的檢驗(yàn)而言，存在一定的優(yōu)勢，比如其在檢測過程中不會影響壓力管道主要結(jié)構(gòu)，并且檢測結(jié)果的精確度較高，能夠很好地保障其安全穩(wěn)定地運(yùn)行。這也證明了無損檢測技術(shù)在壓力管道的檢測中有著舉足輕重的作用。但是，無損檢測技術(shù)所涉及的技術(shù)內(nèi)容比較多，因此必須在明確壓力管道的使用介質(zhì)、結(jié)構(gòu)、制造工藝、使用參數(shù)條件和制造材料等具體內(nèi)容的基礎(chǔ)上，對無損檢測技術(shù)進(jìn)行合理選擇。

五、壓力管道及壓力容器中無損檢測技術(shù)的應(yīng)用探討

（一）超聲波檢測方法

在對超聲波檢測方法應(yīng)用前，為了確保最終檢測結(jié)果的合理性，要對超聲波檢測方法進(jìn)行全面學(xué)習(xí)和研究。超聲波檢測方法在實(shí)際應(yīng)用期間的原理與超聲波的在工件中的傳播特性有關(guān)。對于金屬材料的壓力容器，超聲波檢測常用的頻率主要集中在0.5～10 MHz，能量高，在傳播過程中能量損失小，傳播距離大，穿透性好，而且超聲波方向性好，在材料中能夠沿著指定方向快速傳播。在壓力容器檢測中對超聲波檢測技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，若壓力容器內(nèi)部結(jié)構(gòu)存在缺陷，超聲波會與缺陷相互作用，改變傳播方向或特征發(fā)生反射，此時(shí)，根據(jù)接收反射波的特征，就能夠?qū)毫θ萜鞔嬖诘娜毕葸M(jìn)行判斷和評估，并且，能夠依據(jù)超聲波在傳播時(shí)發(fā)生反射的位置，對缺陷位置進(jìn)行判斷[3]。

超聲波檢測在壓力容器檢驗(yàn)中主要適用于檢測焊接接頭、鍛件、鑄件的埋藏缺陷等，以及在使用過程中無法對壓力容器進(jìn)行內(nèi)部檢驗(yàn)時(shí)，可從外部用超聲波進(jìn)行檢測。該檢測方法還具有靈敏度高、檢測成本低、現(xiàn)場使用方便，對檢測人員及環(huán)境無害等優(yōu)點(diǎn)。但是，也存在一定缺點(diǎn)，無法對復(fù)雜工件進(jìn)行檢測，常用A型脈沖反射法檢測結(jié)果顯示不直觀，結(jié)果不可記錄，而且對檢測人員的能力和經(jīng)驗(yàn)要求都有著較高要求。

（二）磁粉檢測技術(shù)

磁粉檢測技術(shù)是無損檢測技術(shù)中較為常規(guī)的技術(shù)之一，也是壓力管道無損檢測中主要使用的方法之一。在壓力管道檢測中應(yīng)用磁粉檢測技術(shù)，所涉及的內(nèi)容主要是針對探傷的效果。在磁粉進(jìn)行探傷的期間，其壓力管道結(jié)構(gòu)的不連續(xù)性，并由此引起其周圍的磁感線也隨之發(fā)生相關(guān)的變化。而漏磁場也會在扭曲變形后進(jìn)一步形成，這樣就會導(dǎo)致磁粉被吸附，同時(shí)其會以各不相同的形態(tài)展示出來。工作人員可以直接對相關(guān)的磁痕進(jìn)行觀察，從而準(zhǔn)確判斷出所存在缺陷的形狀大小及位置等信息。此外，由于磁粉檢測技術(shù)操作簡單方便，成本低廉，并且利用此技術(shù)對管道進(jìn)行檢測只需要小范圍的檢測就可以對整體質(zhì)量情況進(jìn)行評估，同時(shí)具備較強(qiáng)的適應(yīng)性，因此可以有效提高檢測效率。

（三）射線檢測方法

該檢測方法在實(shí)際應(yīng)用期間的原理就是利用射線穿透工件，射線在穿透過程中會因工件本身吸收和散射使強(qiáng)度減弱。如果壓力容器局部存在缺陷，構(gòu)成缺陷的物質(zhì)的衰減系數(shù)和容器本身材料的衰減系數(shù)存在差異，這樣就會導(dǎo)致射線強(qiáng)度存在差異，這也就是判斷壓力容器是否存在缺陷的依據(jù)。出現(xiàn)這種明顯差異，工件后方的X光感光膠片感光程度將會發(fā)生顯著改變，通過處理后，缺陷部分和正常部分的影像也會存在明顯差異，主要表現(xiàn)為黑度上存在差異。對比度不同形成的影像能夠幫助檢測人員判斷工件缺陷信息。這一檢測方法的應(yīng)用范圍十分廣泛，主要應(yīng)用在壓力容器制造時(shí)的焊接接頭檢測，以及定期檢驗(yàn)過程中用超聲波無法對缺陷進(jìn)行定性的情況下，用射線輔助進(jìn)行檢測驗(yàn)證。射線檢測的主要優(yōu)點(diǎn)就是檢測效果直觀，而且方便記錄，可以更好地完成對壓力容器中夾渣、氣孔等各種不同類型缺陷的檢測[4]。其缺點(diǎn)就是對面積類型的缺陷的檢測效果差，如果在檢測時(shí)，照相角度不合理，容易出現(xiàn)漏檢問題，以及檢測厚度受到射線穿透力的限制，而且檢測的速度較慢，對檢測人員及檢測周邊的環(huán)境有傷害，需要采取相應(yīng)的防護(hù)措施。

（四）滲透檢測方法

該檢測方法主要是對毛細(xì)作用原理進(jìn)行應(yīng)用，將滲透劑涂抹在壓力容表面，涂抹的滲透劑能夠逐漸滲透到壓力容器表面的裂縫缺陷中，去除表面多余的滲透劑后，經(jīng)過干燥后，利用顯像劑涂抹在工件表面，在毛細(xì)作用下顯像劑將滲入缺陷中的滲透劑重新滲回表面，進(jìn)而完成對壓力容器上存在的各項(xiàng)缺陷的精準(zhǔn)顯示?？梢姡ㄟ^對滲透檢測方法進(jìn)行應(yīng)用，能夠完成對壓力容器內(nèi)外表面的焊縫、冷裂紋、延遲裂紋等各種不同類型的開口缺點(diǎn)，而且能夠進(jìn)一步檢測壓力容器的基材表面和熱影響區(qū)域處存在的開口缺陷，例如，能夠完成對應(yīng)力腐蝕、晶間腐蝕等各種不同焊縫缺陷情況的檢測。滲透檢測具有成本低、結(jié)果直觀、操作簡單，既可以檢測磁性材料，也可以檢測非磁性材料。但是，如果壓力容器表面因外來因素造成開口堵塞，則滲透檢測就難以檢出。

（五）TOFD檢測方法

TOFD是近年來發(fā)展的一項(xiàng)可以指導(dǎo)實(shí)際工程應(yīng)用的無損檢測技術(shù)，基本原理是將1對尺寸大小、相位角度以及收發(fā)頻率相同的縱波探頭放置在待檢測的焊縫兩側(cè)，其中1個(gè)探頭發(fā)射超聲波脈沖，另1個(gè)探頭接收脈沖。如果焊縫表面或內(nèi)部沒有缺陷，則會接收到表面直通波信號（LW）和底面回波信號（BW）;如果有缺陷，則還會接收到缺陷上部和下部產(chǎn)生的衍射波。根據(jù)縱波在焊縫中的傳播速度以及探頭接收到不同回波的時(shí)間差，可以準(zhǔn)確地計(jì)算出焊縫內(nèi)缺陷的埋藏深度;同時(shí)，由于TOFD選取的探頭角度一般為45°，60°，70°，在實(shí)際應(yīng)用中缺陷深度的差值（dmax-dmin）一般不會超過10%，因此可滿足多數(shù)場合的應(yīng)用要求。

六、結(jié)束語

在壓力管道及壓力容器檢驗(yàn)中應(yīng)用無損檢驗(yàn)技術(shù)對于問題的排查和解決都有較為重要的意義。在生產(chǎn)過程中要盡最大的努力避免發(fā)生安全事故，尤其是主要依賴于壓力管道生產(chǎn)的企業(yè)，更要把其安全運(yùn)行放在重點(diǎn)監(jiān)控位置，在保證運(yùn)行效率的情況下還要保證其運(yùn)行環(huán)境安全穩(wěn)定，如此才能夠最大限度地減少安全隱患。

參考文獻(xiàn)：

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[4]利觀寶.TOFD超聲成像檢測技術(shù)在壓力容器檢驗(yàn)中的應(yīng)用研究[J].黑龍江科學(xué)， 2018，9（24）：64-65.

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