壓力容器定期檢驗(yàn)方法探討

侯文峰

（煙臺(tái)市特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院，山東 煙臺(tái) 265508）

壓力容器是承壓類特種設(shè)備中的重要組成部分，主要用于工業(yè)生產(chǎn)中的反應(yīng)、傳熱、傳質(zhì)、分離、貯存等工藝。針對(duì)其使用環(huán)境、結(jié)構(gòu)、材料及盛裝不同介質(zhì)等特性，要采用不同方法對(duì)壓力容器進(jìn)行定期檢驗(yàn)，以宏觀檢驗(yàn)、壁厚測(cè)定、表面缺陷檢測(cè)為基本，必要時(shí)增加埋藏缺陷檢測(cè)、材料分析、強(qiáng)度校核及耐壓試驗(yàn)等項(xiàng)目，對(duì)危害較大的表面裂紋及埋藏缺陷的檢測(cè)，必須使用無(wú)損檢測(cè)的技術(shù)，方能最大程度地檢出缺陷，提高壓力容器的使用安全性。

1 壓力容器常見(jiàn)缺陷及成因

（1）常見(jiàn)缺陷：焊縫的氣泡、夾渣、未焊透、未熔合和整體的裂紋、腐蝕等。

（2）究其原因，制造過(guò)程中主要有焊接工藝不完善，或未嚴(yán)格執(zhí)行焊接工藝。

使用過(guò)程中，主要有壓力容器本身結(jié)構(gòu)存在不足，未嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)程或受外部環(huán)境影響等使設(shè)備產(chǎn)生缺陷。

2 無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在壓力容器檢測(cè)中的應(yīng)用

2.1 聲發(fā)射檢測(cè)

聲發(fā)射是通過(guò)接收和分析材料的聲發(fā)射信號(hào)來(lái)評(píng)定材料性能或結(jié)構(gòu)完整性的無(wú)損檢測(cè)方法。聲發(fā)射設(shè)備有單通道和多通道之分，單通道聲發(fā)射儀主要用于實(shí)驗(yàn)室材料試驗(yàn)，多通道聲發(fā)射儀多用于實(shí)際檢測(cè)。

（1）聲發(fā)射技術(shù)在壓力容器檢測(cè)中的應(yīng)用。要在考慮被檢測(cè)對(duì)象、材料、信息類型的前提下，合理選擇聲發(fā)射檢測(cè)儀器，并進(jìn)行聲發(fā)射檢測(cè)儀器的校準(zhǔn)，包括靈敏度的校準(zhǔn)、定位精度的校準(zhǔn)等，并要合理選擇傳感器，在進(jìn)行傳感器安裝的過(guò)程中，要使其表面與被檢測(cè)對(duì)象良好耦合。

在檢測(cè)過(guò)程中，要預(yù)先模擬試件的實(shí)際受力狀態(tài)，包括升壓速率、最高載荷、恒載時(shí)間等進(jìn)行試驗(yàn)，并要識(shí)別不同噪聲源，如電磁噪音、機(jī)械噪音等，避免其對(duì)聲發(fā)射檢測(cè)的干擾和影響，不利于對(duì)設(shè)備缺陷的準(zhǔn)確判斷。

（2）聲發(fā)射檢測(cè)結(jié)果評(píng)價(jià)。依據(jù)《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)》（NB/T47013-2015），進(jìn)行壓力容器聲發(fā)射結(jié)果的評(píng)價(jià)，首先確定聲發(fā)射定位源的活性等級(jí)和強(qiáng)度等級(jí)，再確定聲發(fā)射定位源的綜合等級(jí)。例如，對(duì)某管殼式冷凝器作聲發(fā)射檢測(cè)，其容器類別為第I類，殼體材料為Q345R，采用32通道聲發(fā)射儀進(jìn)行定期檢驗(yàn)，測(cè)試采用一次升壓過(guò)程，在升至預(yù)定壓力時(shí)，均未形成集中的聲發(fā)射定位源，且表現(xiàn)出較低的水平能量，因而將其活性等級(jí)確定為中活性；定位源強(qiáng)度值皆小于60db，強(qiáng)度等級(jí)定為低強(qiáng)度；根據(jù)定位源的活性等級(jí)和強(qiáng)度等級(jí)，定位源綜合等級(jí)為Ⅰ級(jí)。

2.2 射線檢測(cè)

射線探傷是利用X射線或γ射線在穿透被檢物體各部分時(shí)強(qiáng)度衰減的不同，通過(guò)底片記錄下，檢測(cè)被檢物中缺陷的一種無(wú)損檢測(cè)方法。射線探傷的主要設(shè)備有X射線機(jī)、膠片、增感屏、像質(zhì)計(jì)、觀片燈、評(píng)片尺、黑白密度計(jì)等，對(duì)每臺(tái)設(shè)備都應(yīng)制作曝光曲線，并且每年應(yīng)至少核查一次。

（1）射線檢測(cè)技術(shù)在壓力容器檢測(cè)中的應(yīng)用。射線檢測(cè)一般應(yīng)在壓力容器停用、空置的狀態(tài)下進(jìn)行，應(yīng)根據(jù)被檢容器的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)正確選擇探傷設(shè)備。應(yīng)測(cè)量底片的黑度值，黑度應(yīng)滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。要結(jié)合底片中影像的位置、尺寸、投影方式、焊縫坡口型式，確定壓力容器的表面及內(nèi)部缺陷位置，并通過(guò)觀片燈、放大鏡等進(jìn)行壓力容器缺陷形態(tài)細(xì)節(jié)特征的分析，獲悉壓力容器缺陷產(chǎn)生的規(guī)律性，防范再次發(fā)生。

（2）射線檢測(cè)檢測(cè)結(jié)果評(píng)定。依據(jù)《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)》對(duì)壓力容器缺陷影像進(jìn)行評(píng)定，如條形/圓形缺陷、未焊透、未熔合、裂紋等，根據(jù)缺陷的性質(zhì)、尺寸、數(shù)量和密集性，對(duì)壓力容器焊接接頭的射線底片進(jìn)行等級(jí)劃分，進(jìn)而對(duì)壓力容器安全性進(jìn)行評(píng)定。

2.3 X射線數(shù)字成像

射線數(shù)字成像無(wú)損檢測(cè)技術(shù)是利用射線源發(fā)出的射線透照物體，透過(guò)物體衰減后的射線光子由平板探測(cè)器接收并轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后以數(shù)字圖像的形式顯示。數(shù)字成像與膠片照相在射線透照原理上是一致的,均是由射線源發(fā)出射線透照被檢工件,衰減、吸收和散射的射線光子由成像器件接收；不同點(diǎn)在于成像器件對(duì)于接收到信息的處理技術(shù)；數(shù)字成像是利用計(jì)算機(jī)軟件控制成像器件,實(shí)現(xiàn)射線光子到數(shù)字信號(hào)再到數(shù)字圖像的轉(zhuǎn)換過(guò)程,最終在顯示器上對(duì)圖像進(jìn)行觀察。

（1）主要設(shè)備。射線源、平板探測(cè)器、計(jì)算機(jī)及操作處理系統(tǒng)。

（2）應(yīng)用狀況。X射線數(shù)字成像技術(shù)具有的優(yōu)點(diǎn)：成像速度快，無(wú)須底片，免除了對(duì)底片沖洗的環(huán)節(jié)，節(jié)省底片和時(shí)間，圖像質(zhì)量高并可進(jìn)行局部放大，易于觀察，圖像便于儲(chǔ)存、傳輸，故使用前景廣闊，今后必定在壓力容器的檢驗(yàn)檢測(cè)中發(fā)揮重要作用。但同時(shí)也存在設(shè)備造價(jià)高、平板探測(cè)器易于摔跌損壞、熟練操作人員較少等缺點(diǎn)，影響了X射線數(shù)字成像技術(shù)的全面推廣，這需要今后多方努力進(jìn)行改進(jìn)，特別是要盡量降低設(shè)備價(jià)格，使中小用戶可以接受。

2.4 衍射時(shí)差超聲檢測(cè)

衍射時(shí)差法超聲檢測(cè)技術(shù)是利用探頭發(fā)射的超聲波與缺陷尖端反射的衍射波，對(duì)壓力容器進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，體現(xiàn)出較高的準(zhǔn)確性和可靠性，材質(zhì)應(yīng)是低碳鋼或低合金鋼。

（1）衍射時(shí)差超聲檢測(cè)技術(shù)在壓力容器檢測(cè)中的應(yīng)用。根據(jù)要檢測(cè)的壓力容器合理確定檢測(cè)區(qū)域，確定檢測(cè)方案，準(zhǔn)備超聲儀設(shè)備，并合理選擇探頭，要選擇適宜的掃查方式，充分考慮入射點(diǎn)偏角、聲束重合區(qū)，采用深度校準(zhǔn)的方式確保檢測(cè)精準(zhǔn)度和可靠性。采用打磨的方式對(duì)被測(cè)工件的焊縫表面進(jìn)行處理，對(duì)于焊縫表面的隆起、凹陷部位要進(jìn)行均勻打磨，并作圓滑過(guò)渡。對(duì)于長(zhǎng)度較大的焊縫，可以采用分段掃查的方式進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)的重疊寬度要在20mm以上，實(shí)現(xiàn)對(duì)檢測(cè)區(qū)域的全覆蓋。

（2）缺陷評(píng)定。衍射時(shí)差超聲檢測(cè)結(jié)果是以圖像形式顯示的，所以在分析圖像之前，首先應(yīng)確定其有效性，分清相關(guān)顯示和非相關(guān)顯示，當(dāng)不確定時(shí)，應(yīng)重新進(jìn)行檢測(cè)，獲取更多信息。檢測(cè)人員應(yīng)熟練運(yùn)用檢測(cè)設(shè)備，掌握典型的衍射時(shí)差超聲檢測(cè)圖像，做到根據(jù)檢測(cè)圖像對(duì)壓力容器缺陷給出正確判斷。

3 檢測(cè)方法使用探討

（1）任何壓力容器都存在缺陷，無(wú)損檢測(cè)的目的是檢出會(huì)影響被檢測(cè)對(duì)象使用安全的表面或內(nèi)部缺陷，并進(jìn)行缺陷的定性定量分析，判斷缺陷的危害性，合理應(yīng)對(duì)?；钚匀毕輰?duì)壓力容器而言危害是最大的，必須盡早發(fā)現(xiàn)并妥善處理。

（2）壓力容器定期檢驗(yàn)通常是需將設(shè)備停止運(yùn)行，導(dǎo)出介質(zhì)，將容器內(nèi)部進(jìn)行清理，以保證檢驗(yàn)人員安全地進(jìn)入容器內(nèi)部檢驗(yàn)，存在停產(chǎn)時(shí)間長(zhǎng)、人力物力費(fèi)用高的問(wèn)題。聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)可在壓力容器特定的運(yùn)行狀態(tài)下進(jìn)行，可確定壓力容器內(nèi)部或表面存在的活性缺陷的強(qiáng)度和大體位置，并且可在一次加壓試驗(yàn)過(guò)程中，對(duì)壓力容器整體進(jìn)行檢測(cè)，能夠縮短檢測(cè)停產(chǎn)時(shí)間。

（3）聲發(fā)射是一種動(dòng)態(tài)檢測(cè)方法，對(duì)于壓力容器的線性缺陷較為敏感，能夠探測(cè)壓力容器結(jié)構(gòu)在應(yīng)力條件下的缺陷狀態(tài)，并提供缺陷隨載荷、時(shí)間、溫度變化的實(shí)時(shí)信息；利用接收聲發(fā)射信號(hào)，進(jìn)行壓力容器的動(dòng)態(tài)安全檢測(cè)、監(jiān)測(cè)、完整性評(píng)價(jià)和失效預(yù)防。但難以對(duì)缺陷定量和定性，必須對(duì)聲發(fā)射檢測(cè)盲區(qū)及問(wèn)題區(qū)域進(jìn)行再檢測(cè)，利用射線、衍射時(shí)差超聲等檢測(cè)方法，結(jié)合圖像化、計(jì)算機(jī)化的新技術(shù)，提高檢測(cè)結(jié)果的直觀性和可靠性，對(duì)缺陷的大小和性質(zhì)做出準(zhǔn)確的判斷，聲發(fā)射檢測(cè)難以檢測(cè)出非活性缺陷，故對(duì)壓力容器不宜兩次連續(xù)使用。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，壓力容器使用存在風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)其要進(jìn)行定期檢驗(yàn)和檢測(cè)，可以將聲發(fā)射技術(shù)、X射線檢測(cè)技術(shù)、衍射時(shí)差法超聲檢測(cè)技術(shù)等同時(shí)應(yīng)用于壓力容器的檢驗(yàn)中，進(jìn)行壓力容器缺陷的判定和分析，提高壓力容器定期檢驗(yàn)的效率和缺陷檢出率。還要與最新的檢測(cè)技術(shù)相結(jié)合，對(duì)不同的檢測(cè)方法進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，最大程度地提高壓力容器檢驗(yàn)檢測(cè)的準(zhǔn)確性和可靠性。