低溫壓力容器無損檢測(cè)技術(shù)的有效運(yùn)用

戚云崗

[摘 ? ?要]低溫壓力容器在生產(chǎn)實(shí)踐中得到廣泛應(yīng)用，其具有一定的危險(xiǎn)性特點(diǎn)，只有不斷改善設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，才能避免造成安全事故，保障人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。在傳統(tǒng)檢測(cè)工作當(dāng)中，破壞性檢測(cè)的應(yīng)用較多，會(huì)造成資源浪費(fèi)的問題，而且檢測(cè)效率相對(duì)不高。無損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用則解決了上述問題，是生產(chǎn)中的常見檢測(cè)手段，可以得到更加可靠的結(jié)果。文章將對(duì)低溫壓力容器與無損檢測(cè)技術(shù)加以介紹，分析低溫壓力容器無損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用原則，探索低溫壓力容器無損檢測(cè)技術(shù)的有效運(yùn)用措施。

[關(guān)鍵詞]低溫壓力容器;無損檢測(cè)技術(shù);運(yùn)用措施

[中圖分類號(hào)]TP391.41 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2022）03–0–03

Analysis on the Effective Application of Nondestructive Testing

Technology for Low Temperature Pressure Vessels

Qi Yun-gang

[Abstract]Cryogenic pressure vessels are widely used in production practice， and they have certain dangerous characteristics. Only by continuously improving the operation status of equipment can we avoid safety accidents and ensure the safety of people's lives and properties. In the traditional detection work， there are many applications of destructive detection， which will cause the problem of waste of resources， and the detection efficiency is relatively low. The application of non-destructive testing technology solves the above problems， is a common testing method in production， and can obtain more reliable results. This article will introduce cryogenic pressure vessels and non-destructive testing technology， analyze the application principles of non-destructive testing technology for cryogenic pressure vessels， and explore effective application measures of non-destructive testing technology for cryogenic pressure vessels.

[Keywords]cryogenic pressure vessel; non-destructive testing technology; application measures

壓力容器在使用過程中的風(fēng)險(xiǎn)較大，做好壓力容器質(zhì)量狀況的檢測(cè)，可以消除其中的安全隱患，保障生產(chǎn)及人員安全。結(jié)合低溫壓力容器的特點(diǎn)，加強(qiáng)對(duì)無損檢測(cè)技術(shù)要點(diǎn)的嚴(yán)格控制，確保技術(shù)優(yōu)勢(shì)得到充分發(fā)揮，降低外界因素對(duì)檢測(cè)工作的影響。

1 低溫壓力容器與無損檢測(cè)技術(shù)

1.1 低溫壓力容器

在運(yùn)輸和存儲(chǔ)液化氣體的過程中會(huì)用到低溫壓力容器，其介質(zhì)類型較多，包括了液化天然氣、液氮、液氫和液氧等，因此設(shè)備的性能狀況會(huì)對(duì)介質(zhì)的存儲(chǔ)效果產(chǎn)生直接影響。我國(guó)出臺(tái)了相關(guān)法律法規(guī)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等，針對(duì)低溫壓力容器的生產(chǎn)制造和使用過程實(shí)施規(guī)范，能夠?yàn)閷?shí)踐工作提供科學(xué)指導(dǎo)，包括了《低溫絕熱壓力容器試驗(yàn)方法》和《鋼制低溫壓力容器技術(shù)規(guī)定》等，需要嚴(yán)格遵循相關(guān)要求進(jìn)行制造和使用。低溫壓力容器的設(shè)計(jì)溫度相對(duì)較低，一般在-20 ℃以下，主要包括了深冷型壓力容器和低溫型壓力容器，前者設(shè)計(jì)溫度更低，一般在-150 ℃以下。常用工業(yè)氣體的液化溫度如表1所示。因此深冷型壓力容器可以存儲(chǔ)和運(yùn)輸?shù)脱?，低溫型壓力設(shè)備則可以用來存儲(chǔ)和運(yùn)輸二氧化碳等。低溫壓力容器的保溫性能是決定其整體使用性能的關(guān)鍵點(diǎn)，堆積絕熱式保溫方式的應(yīng)用較為常見，為內(nèi)部檢驗(yàn)工作創(chuàng)造了條件。高真空多層絕熱式保溫和真空粉末絕熱式保溫方式在深冷型壓力容器中的應(yīng)用較多，通過夾套和內(nèi)膽共同達(dá)到保溫的作用，尤其是多孔性微粒絕熱材料的使用，改善了設(shè)備的保溫性能，但是也會(huì)給無損檢測(cè)造成一定的困難。不同介質(zhì)的低溫壓力容器工作壓力也有所差異，比如存儲(chǔ)液化二氧化碳的低溫壓力容器工作壓力在2 MPa左右，其他的一般在1 MPa以內(nèi)。

1.2 無損檢測(cè)技術(shù)

無損檢測(cè)技術(shù)在對(duì)物體實(shí)施檢測(cè)時(shí)不會(huì)產(chǎn)生破壞，能夠確保設(shè)備使用性能達(dá)到要求，對(duì)于表面缺陷和內(nèi)部缺陷的檢測(cè)效果較好，當(dāng)前多種先進(jìn)設(shè)備儀器和技術(shù)手段得到廣泛應(yīng)用，提高了無損檢測(cè)的水平。無損檢測(cè)技術(shù)類型較多，包括了超聲檢測(cè)、射線檢測(cè)、磁粉檢測(cè)、滲透檢測(cè)、渦流檢測(cè)等。無損檢測(cè)呈現(xiàn)出非破壞性和全面性的特點(diǎn)，不會(huì)對(duì)工件或者設(shè)備的性能造成負(fù)面影響，能夠更加全面地評(píng)估缺陷問題，防止在檢測(cè)工作中存在死角和盲區(qū)，解決了傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)的局限性問題。另外，無損檢測(cè)具有全程性和可靠性的特點(diǎn)。無論是對(duì)于原材料的檢測(cè)，還是對(duì)于成品及服役設(shè)備的檢測(cè)，都可以采用無損檢測(cè)技術(shù)，因此達(dá)到全程化檢測(cè)要求。隨著技術(shù)水平的提升，其檢測(cè)精度也會(huì)大幅提高。

2 低溫壓力容器無損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用原則

（1）應(yīng)該確定檢測(cè)時(shí)間。在開展無損檢測(cè)工作前，應(yīng)該了解設(shè)備的使用情況和生產(chǎn)需求，分析設(shè)備材料和工藝特點(diǎn)，以便在合適的時(shí)間實(shí)施檢測(cè)，避免對(duì)正常生產(chǎn)作業(yè)造成影響，達(dá)到最終的檢測(cè)目的。

（2）應(yīng)該做好無損檢測(cè)和破壞性檢測(cè)的有效結(jié)合。在部分情況下，單純采用無損檢測(cè)技術(shù)無法獲得可靠的檢測(cè)結(jié)果，因此在必要情況下需要實(shí)現(xiàn)兩者的密切融合，以避免檢測(cè)結(jié)果中呈現(xiàn)較大誤差。

（3）應(yīng)該做好無損檢測(cè)技術(shù)的合理選擇。不同技術(shù)手段的優(yōu)勢(shì)及缺點(diǎn)各有不同，因此在實(shí)踐工作當(dāng)中需要加以針對(duì)性選擇，以提高檢測(cè)工作效率與質(zhì)量。射線檢測(cè)通常無法應(yīng)用于鋼板分層缺陷檢測(cè)工作中，此時(shí)可以采用超聲波檢測(cè)技術(shù)。

（4）還應(yīng)該做好不同技術(shù)的密切融合。由于各類無損檢測(cè)技術(shù)的適用情況有所差異，因此在實(shí)踐工作當(dāng)中則需要靈活運(yùn)用不同的技術(shù)手段，在最短的時(shí)間內(nèi)獲得更加精確的檢測(cè)結(jié)果。

3 低溫壓力容器無損檢測(cè)技術(shù)的運(yùn)用措施

3.1 制造過程檢測(cè)

3.1.1 原材料檢測(cè)

原材料的質(zhì)量是決定低溫壓力容器性能的關(guān)鍵因素，相較于高溫低溫壓力容器和常溫低溫壓力容器而言，由于其運(yùn)行環(huán)境的溫度較低，因此應(yīng)該以低溫V形缺口沖擊試驗(yàn)為依托實(shí)施檢測(cè)，確保在低溫環(huán)境下仍舊保持良好的工作狀態(tài)。不銹鋼鋼板和低合金鋼等，是低溫壓力容器的主要原材料，通過超聲檢測(cè)的方式可以評(píng)估材料的缺陷狀況，要明確NB/T47013標(biāo)準(zhǔn)中的相關(guān)要求，排查鋼板制造中的部分缺陷問題，比如裂紋、分層等。在無損檢測(cè)工作當(dāng)中對(duì)于鋼板的厚度有明確要求，一般不低于20 mm，而且質(zhì)量等級(jí)應(yīng)該在三級(jí)以上。縱波直探頭是超聲檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用中的關(guān)鍵構(gòu)件，不同厚度的鋼板選擇的晶片面積也有所差異，比如當(dāng)鋼板厚度在20～250 mm時(shí)，需要采用2.5 MHz單晶直探頭，使用方晶片和圓晶片時(shí)其面積和直徑分別在200 mm2和14～25 mm;而當(dāng)鋼板厚度在6～20 mm時(shí)，則使用5 MHz雙晶直探頭，晶片的面積則應(yīng)該在150 mm2以上。

3.1.2 射線和超聲檢測(cè)

射線和超聲檢測(cè)技術(shù)多應(yīng)用于低溫壓力容器的焊縫檢測(cè)當(dāng)中，針對(duì)其各類缺陷實(shí)施評(píng)估，包括了未焊透缺陷、氣孔缺陷、裂紋缺陷和夾渣缺陷等等，能夠有效發(fā)現(xiàn)內(nèi)部缺陷問題。而滲透檢測(cè)技術(shù)和磁粉檢測(cè)技術(shù)多應(yīng)用于表面缺陷的無損檢測(cè)當(dāng)中。夾層式結(jié)構(gòu)是深冷型低溫壓力容器的主要?dú)んw形式，對(duì)于內(nèi)部承壓殼體的檢測(cè)難度相對(duì)較大，相較于常溫壓力容器而言，在焊縫檢測(cè)中的要求也相對(duì)更高。采用射線和超聲無損檢測(cè)技術(shù)時(shí)，需要確保低溫壓力容器的設(shè)計(jì)溫度不超過-40 ℃，如果溫度無法滿足要求，其鋼板厚度至少為25 mm。應(yīng)該明確圖樣的具體要求，在焊接接頭的無損檢測(cè)中實(shí)施復(fù)檢，充分發(fā)揮射線無損檢測(cè)技術(shù)和超聲無損檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。在實(shí)踐工作當(dāng)中主要是針對(duì)凸形封頭的拼接接頭、焊縫交叉位置、補(bǔ)強(qiáng)圈和墊板覆蓋的焊接接頭等實(shí)施檢測(cè)。采用射線無損檢測(cè)技術(shù)時(shí)，應(yīng)該確保檢測(cè)質(zhì)量等級(jí)在AB級(jí)以上，不同物質(zhì)對(duì)于射線吸收系數(shù)存在較大的差異，通過分析射線能量的衰減則能夠評(píng)估低溫壓力容器的缺陷問題。X射線探傷機(jī)和γ射線探傷機(jī)是實(shí)踐中的常用設(shè)備類型，如果低溫壓力容器的鋼板厚度不超過50 mm，則可以采用前者實(shí)施檢測(cè)。近年來，X射線實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)的應(yīng)用越來越多，可以針對(duì)低溫壓力容器進(jìn)行自動(dòng)化檢測(cè)，更加及時(shí)地呈現(xiàn)缺陷問題，直觀反映缺陷類型和位置等信息。射線檢測(cè)法能夠更加直觀地分析缺陷圖像，滿足寬度和長(zhǎng)度的定量分析要求，能夠更加快速地保存檢測(cè)結(jié)果。

在全焊透熔化焊對(duì)焊縫內(nèi)部缺陷檢測(cè)中可以采用超聲無損檢測(cè)技術(shù)，要求低溫壓力容器的鋼板厚度在8 mm以上，其中A型脈沖反射式超聲波探傷儀的性能十分可靠，使用了2～5 MHz斜探頭，工作頻率在1～5 MHz。雙面雙側(cè)直射波檢測(cè)技術(shù)適用于鋼材厚度在40 mm以上的低溫壓力容器檢測(cè)工作。當(dāng)?shù)蜏貕毫θ萜髦写嬖谌毕輹r(shí)，超聲波的傳播方向就會(huì)出現(xiàn)改變，可以根據(jù)其改變特性來評(píng)估缺陷問題，具有很強(qiáng)的穿透作用，更加準(zhǔn)確地定位缺陷位置，尤其是在面積型缺陷檢測(cè)中的效率更高。同時(shí)，運(yùn)用超聲檢測(cè)技術(shù)可以降低成本投入，提高檢測(cè)工作的便捷性，但是檢測(cè)結(jié)果也容易受到晶粒度和材質(zhì)等因素干擾。

3.1.3 磁粉和滲透檢測(cè)

當(dāng)?shù)蜏貕毫θ萜鞔嬖谌毕輪栴}時(shí)，則會(huì)對(duì)鐵磁性材料的連續(xù)性產(chǎn)生影響，引發(fā)畸變和漏磁場(chǎng)的情況，通過觀察其磁痕狀況則能夠快速找到缺陷位置及大小等，這就是磁粉檢測(cè)技術(shù)。在微小缺陷的檢測(cè)中可以采用磁粉檢測(cè)技術(shù)，能夠達(dá)到微米級(jí)檢測(cè)要求，適用于近表面和表面小尺寸缺陷檢測(cè)工作。磁粉檢測(cè)技術(shù)的適用性也加強(qiáng)，在板材、型材、鑄鋼件和半成品、原材料、成品工件等檢測(cè)中可以獲得更高的檢測(cè)精度，在非磁性材料檢測(cè)中不能使用磁粉檢測(cè)技術(shù)。將含有著色染料的滲透劑涂在低溫壓力容器表面當(dāng)中，會(huì)逐漸滲透到缺陷當(dāng)中，通過顯像劑來觀察著色染料的分布情況，從而獲得缺陷信息。在非金屬材料和金屬材料的無損檢測(cè)中，都可以采用滲透檢測(cè)技術(shù)，適用于各類磁性材料和非磁性材料的檢測(cè)，靈敏度相對(duì)較高，而且呈現(xiàn)出直觀性和便捷性的特點(diǎn)。然而，該技術(shù)也具有一定的局限性，無法針對(duì)表面粗糙的低溫壓力容器實(shí)施檢測(cè)，缺陷深度參數(shù)無法獲得，因此在定量評(píng)價(jià)中遇到困難。

3.1.4 TOFD檢測(cè)

我國(guó)壓力容器朝著越來越大型化的方向發(fā)展，許多大型的壓力容器受運(yùn)輸條件的限制而很難進(jìn)行整體運(yùn)輸，再加上受到現(xiàn)場(chǎng)放射線的影響，會(huì)在一定程度上增加某些容器缺陷檢測(cè)的困難，進(jìn)而增加檢測(cè)的成本。而TOFD檢測(cè)技術(shù)彌補(bǔ)了射線檢測(cè)中存在的種種不足之處，其探頭具有較寬的覆蓋范圍，能夠?qū)θ毕葑陨砀叨冗M(jìn)行精確的測(cè)定，對(duì)各種缺陷的檢測(cè)都具有較高的靈敏度，還能夠保存缺陷圖像。采用TOFD檢測(cè)技術(shù)避免了在檢測(cè)過程中額外對(duì)容器采取其他的防護(hù)措施，極大地減少了傳統(tǒng)檢測(cè)設(shè)備所花費(fèi)的人力、財(cái)力以及物力等，降低了耗材的巨大開銷，節(jié)省了曝光室的修建費(fèi)用，同時(shí)使工作人員夜間工作的現(xiàn)狀也得到了改變，提高了工作的進(jìn)程與效率，TOFD檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)成為了現(xiàn)場(chǎng)制造厚壁大型容器無損檢測(cè)方法的首選。

TOFD檢測(cè)技術(shù)在壓力容器行業(yè)的應(yīng)用存在著技術(shù)上面的優(yōu)勢(shì)，但同時(shí)也具有一些不可忽略的缺點(diǎn)，自身存在著一定的局限性，例如難以解釋缺陷性質(zhì)、夸大了一些危險(xiǎn)性不大的缺陷、可能會(huì)漏檢一些橫向裂紋等。具體來說主要表現(xiàn)為：一些檢測(cè)范圍可能會(huì)存在一定的盲區(qū)，利用TOFD檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)后的掃描圖像顯示，有時(shí)會(huì)難以很好地定性一些容器出現(xiàn)的缺陷;部分容器檢測(cè)后的掃描圖像較為復(fù)雜難易讀懂，必須是擁有極為豐富的工作經(jīng)驗(yàn)的人員才能讀懂;實(shí)際的檢測(cè)過程中，可能會(huì)由于橫向缺陷檢測(cè)的困難性而存在一些人為誤差。

3.2 使用過程檢測(cè)

3.2.1 目視檢測(cè)

目視檢測(cè)的方式是評(píng)估低溫壓力容器缺陷問題的重要方法，主要是借助于檢測(cè)人員的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)技能開展檢測(cè)。分析低溫壓力容器的基本信息是否達(dá)到相關(guān)要求，包括了銘牌、使用證號(hào)碼和漆色等。泄漏缺陷、裂紋缺陷、損傷缺陷和變形缺陷等會(huì)出現(xiàn)在接口、本體和焊接接頭等位置，目視檢測(cè)的方式也能實(shí)現(xiàn)快速排查。針對(duì)低溫壓力容器的表面進(jìn)行檢查，觀察是否存在結(jié)露、結(jié)霜和腐蝕等問題。保溫層的性能也會(huì)影響低溫壓力容器的使用效果，應(yīng)該對(duì)其跑冷缺陷、破損缺陷和脫落缺陷等實(shí)施檢測(cè)。在容器運(yùn)行中可能出現(xiàn)異常聲響和振動(dòng)的情況，通過目視檢測(cè)可以快速找到缺陷位置。針對(duì)支座實(shí)施檢測(cè)，防止在運(yùn)行期間出現(xiàn)開裂和下沉的情況，防止螺栓松動(dòng)。針對(duì)溫度和壓力實(shí)施檢查，避免超過低溫壓力容器的閾值而引發(fā)安全事故，做好罐體的接地處理。

3.2.2 聲發(fā)射檢測(cè)

通過聲發(fā)射信號(hào)也可以對(duì)低溫壓力容器實(shí)施在線無損檢測(cè)，能夠更加準(zhǔn)確地評(píng)估其完整性，分析設(shè)備性能狀況。低溫壓力容器的多種缺陷問題都會(huì)引發(fā)聲發(fā)射現(xiàn)象，包括了應(yīng)力腐蝕、范性形變、焊接裂紋和裂紋擴(kuò)展等，借助于該技術(shù)可以動(dòng)態(tài)化了解缺陷的變化情況并實(shí)施控制。為了提高聲發(fā)射檢測(cè)的整體水平，需要借助于專門的聲發(fā)射檢測(cè)儀器，包括了多通道檢測(cè)和單通道檢測(cè)兩種類型，前者在運(yùn)行檢測(cè)中的應(yīng)用較多，不會(huì)對(duì)低溫壓力容器的使用產(chǎn)生較大影響，后者主要應(yīng)用于材料無損檢測(cè)當(dāng)中。針對(duì)低溫壓力容器中的裂紋擴(kuò)展缺陷，運(yùn)用聲發(fā)射技術(shù)可以達(dá)到0.01 mm的檢測(cè)精度要求，分析設(shè)備的危險(xiǎn)等級(jí)，以便及時(shí)維修或者更換，防止對(duì)人員安全形成威脅。該技術(shù)具有實(shí)時(shí)化和動(dòng)態(tài)化的特點(diǎn)，可更加快速地判斷缺陷類型，確保整個(gè)檢測(cè)過程的安全性，以計(jì)算機(jī)分析軟件為依托，可以更加快速地評(píng)估低溫壓力容器的安全性能。加工質(zhì)量和低溫壓力容器的表面狀態(tài)不會(huì)對(duì)檢測(cè)結(jié)果造成干擾，整體性特征顯著，降低了檢測(cè)工作的繁瑣性。此外，缺陷位置和方向等要素也不會(huì)對(duì)無損檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生影響，具有很強(qiáng)的靈活性及適用性。

4 結(jié)語

采用無損檢測(cè)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)低溫壓力容器的高效化檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)其中的缺陷問題并采取防控措施，以避免造成嚴(yán)重的事故問題。在開展無損檢測(cè)工作時(shí)，應(yīng)該明確具體的檢測(cè)時(shí)間和檢測(cè)方式，做好不同檢測(cè)技術(shù)的密切協(xié)同。主要是針對(duì)低溫壓力容器的制造過程和使用過程加以檢測(cè)，前者包括了原材料檢測(cè)、射線和超聲檢測(cè)、磁粉和滲透檢測(cè)、激光檢測(cè)等，后者包括了目視檢測(cè)和聲發(fā)射檢測(cè)等，只有獲得可靠的檢測(cè)結(jié)果，才能對(duì)容器的性能狀況實(shí)施科學(xué)評(píng)估，滿足生產(chǎn)使用需求。

參考文獻(xiàn)

[1] 段軍志.無損檢測(cè)技術(shù)在鍋爐檢驗(yàn)中的應(yīng)用[J].中國(guó)科技信息，2021（24）：56-57.

[2] 胥苗苗.CCSI在智能無損檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域持續(xù)發(fā)力[J].中國(guó)船檢，2021（12）：28-31.

[3] 張陽，徐新民，王艷杰.無損檢測(cè)方法在壓力容器檢驗(yàn)中的應(yīng)用[J].設(shè)備管理與維修，2021（22）：120-122.