壓力容器定期檢驗思考范文

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摘要：

壓力容器制造時,難免會產(chǎn)生各種缺陷，若缺陷在標準允許范圍內(nèi)，可以保留下來，但若缺陷超過標準允許范圍，就需要將其檢驗出來并清除。而保留下來的缺陷在使用過程中有可能會出現(xiàn)擴展開裂，進而導(dǎo)致容器失效、產(chǎn)生事故。為了保證壓力容器的安全使用，必須對壓力容器進行定期檢驗，及時發(fā)現(xiàn)缺陷，避免事故的發(fā)生。在壓力容器定期檢驗實踐中,射線檢測與超聲波檢測相比較：射線檢測對平面型缺陷不敏感，對體積型缺陷敏感；超聲檢測對體積型缺陷不敏感，對平面型危險缺陷檢出靈敏度高，能夠精確定位定量，是定期檢驗中最常用的內(nèi)部缺陷檢測方法。

關(guān)鍵詞：

超聲波檢測；面積型缺陷；檢出率

在用壓力容器主要集中在石油化工企業(yè)，壓力容器經(jīng)過一段時間的使用后，其周圍會產(chǎn)生交變應(yīng)力，而交變應(yīng)力可能會導(dǎo)致壓力容器出現(xiàn)疲勞裂紋，并且在制造過程中保留下來的缺陷也會受到交變應(yīng)力的影響，出現(xiàn)擴展開裂造成壓力容器的失效。超聲波是指頻率大于20000Hz的高頻機械波。用于檢測的超聲波頻率為0.4-25MHz，其中最常用的是1-5MHz。超聲波具有以下優(yōu)勢：指向性好；波長短；距離分辨力好等。現(xiàn)階段最常用的超聲波檢測方法是A型脈沖反射超聲波檢測法，其原理是：把超聲波波束由探頭射入被檢物的一面，然后在同一面接收從缺陷處反射回來的回波，根據(jù)回波情況來判斷缺陷情況。A型脈沖反射法又分為：縱波垂直檢測和橫波傾斜入射檢測，前者用于鋼板、鍛件的檢測，而后者則主要用于焊縫的檢測。

射線檢測和超聲波檢測都是用來檢測焊縫內(nèi)部缺陷的方法，相比較而言：超聲波對鋼有足夠的穿透力，對厚度大到上百毫米的都可以檢測，這對射線檢測來說就很困難了；當(dāng)反射超聲波的缺陷面積越大，回波越高，就越容易檢出缺陷。由于體積型缺陷反射面積比面積型缺陷反射面積小，因此面積型缺陷更容易被超聲波檢測方法檢測出來。實踐發(fā)現(xiàn)，與射線照相檢測方法相比，超聲波檢測更容易發(fā)現(xiàn)較厚（30mm以上）焊縫的裂紋和未熔合缺陷。射線照相無法對缺陷在工件厚度方向上進行定位，而超聲波檢測對缺陷在工件厚度方向上的定位比較準確。超聲波檢測方法還具有檢測速度快、成本低、儀器體積小、重量輕，對作業(yè)人員身體無傷害，現(xiàn)場使用方便等諸多優(yōu)點，從而在壓力容器定期檢驗中得到廣泛應(yīng)用。那么在現(xiàn)實檢驗工作中，射線檢測與超聲波檢測的檢測質(zhì)量到底如何呢？對危險性缺陷檢出的靈敏度哪個更高呢？下面我們通過一個實例來驗證一下。

1現(xiàn)場檢測發(fā)現(xiàn)缺陷

2014年對化工八廠1-己烯裝置壓力容器定期檢驗過程中，利用超聲波檢測對V-301閃蒸罐的對接焊縫進行檢測時，發(fā)現(xiàn)一處超標缺陷顯示。檢測人員在對V-301的縱焊縫A1（見圖1）實施超聲波檢測時，在A1縱縫上發(fā)現(xiàn)缺陷顯示（圖2），長度43mm，深度位于13-20mm，最高波幅接近Ⅲ區(qū)[1]。當(dāng)探頭相對缺陷前后移動時，顯示屏上脈沖包絡(luò)呈鐘形的一系列連續(xù)信號（有很多小峰），當(dāng)探頭在最大回波處沿平行焊縫的方向左右移動時，每個小峰也在脈沖包絡(luò)中移動，波幅由零逐漸升高到最大值，然后波幅隨著探頭的移動又下降到零，信號波幅起伏較大（±6dB）符合波形模式Ⅲb[2]，根據(jù)缺陷在焊縫中的位置、深度以及缺陷的回波動態(tài)變化，檢測人員認為該缺陷是與入射波成一定角度的面積性危害缺陷。為了進一步確定缺陷性質(zhì)，決定采用射線檢測對其進行復(fù)驗，使用300kV的X射線探傷機從5個不同角度對缺陷拍片復(fù)檢（見圖3、圖4），射線檢測結(jié)果出來后，底片上卻并未未發(fā)現(xiàn)缺陷影像。責(zé)任檢驗員根據(jù)超聲波檢測結(jié)果（表2）以及射線照相結(jié)果，認為該缺陷應(yīng)該為白色層間未熔合，建議使用單位進行缺陷返修。分析表2可知：缺陷的長度約為42mm，深度變化范圍為8.6mm，缺陷最大波幅為Ф1×6+5dB，說明用K2探頭發(fā)射的超聲波波束與缺陷形成了較好的反射并被接收。缺陷進行返修過程中，在深度10mm左右發(fā)現(xiàn)該缺陷，缺陷消除后深度為23.5mm，缺陷長度48mm，缺陷性質(zhì)為白色層間未熔合并有開裂跡象，兩端各開裂近3mm。充分印證了檢驗檢測人員對它的判斷是正確的。

2缺陷形成原因

設(shè)備制造過程中，在焊接時形成層間未熔合。就該設(shè)備而言采用的是埋弧自動焊，由于焊接時熔敷金屬前鋪，使得下層焊縫金屬未熔化時已被鐵水覆蓋，從而形成白色層間未熔合，又由于閃蒸罐的溫度、壓力波動和間斷操作，產(chǎn)生交變應(yīng)力，使缺陷在交變應(yīng)力的作用下，產(chǎn)生了擴展，對壓力容器的安全使用造成隱患。

3X射線照相未檢出原因

未熔合是平面型缺陷，其檢出能力和缺陷自身的三個關(guān)鍵參數(shù)直接相關(guān)，即缺陷的自身高度d、缺陷的開口寬度W、缺陷與射線束的角度θ以及所使用的透照技術(shù)。對于層間未熔合其開口寬度W一般為0.01~0.02mm。實驗證明開口寬度為0.025mm數(shù)量級的平面型缺陷可檢出的最大傾角θ為10°[4]，本文所采用的透照方法中，缺陷與射線束的最小傾角為β角。

4超聲波探傷檢出原因

在超聲波探傷中平面型缺陷的開口寬度W影響很小，真正影響巨大的參數(shù)是：①缺陷表面的粗糙度；②超聲波掃查到的缺陷尺寸即缺陷的長度L和自身高度d；③超聲波波束入射到缺陷的角度。

5結(jié)論

實踐證明：任何一種檢測手段都具有一定的局限性，只有正確選擇檢驗檢測方法，才能最大限度檢出在用壓力容器中存在的危險性缺陷。從理論上講，超聲波能夠發(fā)現(xiàn)缺陷的最小尺寸為λ/2（λ－入射聲波波長），用2.5MHz橫波探測時λ/2＝0.646mm，就本文所述的層間未熔合其長度和自身高度都遠遠大于λ/2。雖然層間未熔合表面比較平滑，但缺陷沿其長度和寬度方向都是彎曲變化的。因此總有一處能夠與入射的超聲束形成垂直入射，從而反射波被探頭接收。另外，層間未熔合中間一般含有空氣，其聲阻抗與鋼的聲阻抗相關(guān)較大，因此界面上可認為是全反射的且反射聲波較強。所以超聲檢測不但能夠發(fā)現(xiàn)層間未熔合，而且有較高的檢出率。

6建議

①對在用壓力容器進行定期檢驗，是為了檢出壓力容器在使用過程中產(chǎn)生的新生缺陷，而在焊縫內(nèi)部產(chǎn)生的新生缺陷，大多以裂紋形式存在。裂紋屬于面積型缺陷，采用超聲波檢測是最佳的選擇。②在對在用壓力容器（特別是厚壁容器）焊縫內(nèi)部缺陷進行焊接返修前，建議先用超聲波檢測手段對缺陷進行厚度方向上的精準定位，確定缺陷在厚度方向上的埋藏深度，以便確定是從容器內(nèi)部返修，還是從容器外部返修更科學(xué)合理。

參考文獻：

[1]國家發(fā)展和改革委員會.承壓設(shè)備無損檢測[M].新華出版社，2005.

[2]鄭暉，林樹青主編.超聲檢測[M].中國勞動社會保障出版社，2008.

[3]王學(xué)冠編寫.射線照相底片的評定[M].中國特種設(shè)備檢驗協(xié)會教育工作委員會，2006.

[4]強天鵬主編.射線檢測[M].云南科技出版社，2001。

作者：王金波 單位：長春特種設(shè)備檢測研究院