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对化工压力容器和管道壁厚的测定分析摘 要：对化工压力容器和管道壁厚测定的原理、方法、选点及示值的可靠性分析。化工容器和管道受工艺介质的腐蚀和冲刷导致其壁厚的减薄和损坏，应力集中部位和焊接热影响区壁厚的测定和获得准确、可靠的数据在容器管道检测中具有的重要地位和作用。 关键词：压力容器 管道壁厚 测厚仪一、测厚原理和测厚仪测厚仪多为超声波测厚仪，其原理是基于超声波在工件中的传播和反射，因为超声波在同一均匀介质中传播声速为一常数，故被测工件越厚，超声波在工件中传播的时间越长。而且，当超声波通过不同介质的界面时会反射。测厚时，从探头换能器发出的脉冲超声波（老式共振法测厚时为连续超声波）经耦合剂到达被测工件。此时，部分超声波被工件表面反射，另一部分则穿过被测工件并被工件底面所反射，经换能器被仪器接收。测出工件表面反射形成的界面波及工件底面反射波之间的时间差，再根据声速、时间、距离（厚度）三者之间的关系，便可求出被测工件的厚度，即： h=ct/2 式中 h距离（厚度） c声速 t声波传播时间测厚仪分为单晶片探头和双晶片探头，如图1所示。图1中A为单晶片探头探测，B为双晶片探头探测。国内早期的测厚仪多为单晶片探头，探头晶片兼具发射和接受超声波之功能。双晶片探头是一个晶片T发射超声波，另一个探头R接收超声波。中间用隔声层隔开，并在晶片下加延迟块。这种探头的检测灵敏度较高，目前国内外仪器均采用。图1 二、测量方法和注意事项1测量方法( 1)一次测量法。适用于接触面较大和内外表面不平行度较小（1/4波长的工件，此时一个点只需测量一次）。(2)二次测量法。对背面有腐蚀坑或内外表面不平行度较大及曲率较大的工件，应在第一次测完后再将探头旋转90取两次测量中的较小值作为测量值。(3）线连续测量法。在一条固定线上每相距5mm或5mm以下测量一次，用此间隔连续进行测量，此法适用于测量背面有腐蚀沟槽的工件。(4）圆圈内多点测量法。以一点为中心在某一直径范围内（一般以直径20一30mm为宜）测量，以找出最薄点，如图2所示。(5)综合测量法：用于腐蚀严重或对测量结论要求较精确的场合，测量时以一点为中心，综合使用以上方法，以更小间隔移动探头，并将测量结果以等高线形式记录（图3)。此法可找出壁厚最薄点，确定小面积的腐蚀坑穴。图2图32. 注意事项老式仪器，如CH一J一1型，不但线路落后、结构笨重，而且由于采用单晶片探头，灵敏度低且不稳定，测厚时必须打磨出一平整光滑的测点，使用时由于静区开得太大出现双倍读数，再加上仪器的线性不好，常使某一区段的测值偏高或偏低。近年来出品的数码管高精度袖珍式仪器，由于采用了先进的工艺技术、元器件和双晶片分割式探头，具有检测灵敏度高、范围广、误差小、便于携带和调试等优点。用这种仪器测厚时，需注意以下几点：(1)双晶片中，发射晶片的功率较大，使用时发射插座和接收插座的插位不应插错，否则灵敏度稍有降低。(2)袖珍式数字测厚仪，由于检测灵敏度高，在工件表面有油漆、氧化皮或锈铁时，均可直接测厚（不平时稍加打磨），但此时测出的工件厚度包括了氧化层和涂层厚度，故应在示值中扣除。(3)新式仪器在测曲率较大的工件或小直径管子时必须使用探头座，并使用黏度较大的耦合剂，使其接触良好。(4)测量管壁厚度时，探头中间的隔声层应与被测管子的轴线平行，以增大探头晶片与工件的接触面，过去采取隔声层与管子轴线垂直的测量方法是不合理的。(5)在测表面有严重麻点和凹坑的工件时，应选用声阻抗大、黏度高的甘油、凡士林或专用超声耦合剂。(6)测厚中出现示值跳跃不定时，不要轻意确定测厚结果，此时可轻微移动探头，并用手指将探头压紧在测点上，待示值稳定不动时方可取值。(7)测厚时示值轻微闪烁跳动，一般应以较小测值为准。3示值的可靠性及其分析用测厚仪测出的示值有时与实际情况或预想的结果不符，可能有以下原因：(1)仪器误差和精度。一般仪器误差为0.1% -0.5%，再加上0.1mm的精度误差另外，老式仪器的线路和元件受环境温度的影响颇大，故测量时应反复调整或校正。设备维修(2)由于测量方法不当造成测量误差。如用双晶片探头测定曲率较大的管子时，如果隔声层垂直于管子轴线将使示值偏大。(3)壁厚公差。管子制造时必然存在误差，如小于等于外径57mm的热轧无缝钢管，其公差为15%，实测时虽然示值高出公称值也是可能的。(4)氧化层或涂漆太厚。由于测值中包含了漆层及氧化铁厚度，所以示值偏大。(5)材料代用或图纸资料有误。此种情况在工艺管道测量中较常出现，尤其是以厚代薄较为常见。由于检测示值与原资料所标厚度不符，引起对腐蚀减薄情况的错误判断。(6)材料内部缺陷对测值的影响材料内部的缺陷如分层、夹杂、裂纹及含氢介质容器的氢腐蚀对测厚数值的影响很大。当探头轴线垂直或接近垂直缺陷的反射面时，仪器可能显示的是材料表面缺陷的厚度值，如图4所示。如果缺陷反射面倾斜角度较大或和探头轴线平行，则晶片可能接收不到回波而无读数或数字跳跃不稳，此时应多次移动探头，以获得稳定、准确的测值。对含氢介质压力容器（如氨合成塔等），由于氢和钢中的渗碳体还原生成甲烷而导致晶界的腐蚀，产生大量微裂纹和脱碳，使超声波的衰减、反射、声速、频率均受到明显影响，致使声波的传播路线改变、声程加大，测厚示值增加。图4 4测厚部位的选择测厚的目的是要查清被测物的壁厚状况，但由于腐蚀、冲刷、磨损的不均匀性，故应选准关键、薄弱部位，对确定所检物的安全状况是至关重要的。 (1)气、液体冲刷部位气、液相流动冲刷到的部位，如塔、器正对流体进口的器壁、管道的弯头拐角部位等。例如压缩机二段分离器（图5)，正对进气管的器壁已被气体冲刷掉一半壁厚，测厚时如不注意到此局部位置，就不能找出最薄弱点。图5 直径700mm绕带式氨洗塔，大修时全面检验，发现塔内壁升气帽周围腐蚀冲刷严重。内筒已由原壁厚25mm，减到4.67mm（其他部位24mm)。又如压缩系统五段管线直径108mm，壁厚llmm，测厚时弯头处仅有7mm（图6)。(2）易腐蚀部位。容器的气液相界面、沉淀物聚集的死角等部位较其他部位易腐蚀，如厂内1号饱和热水塔，大修测厚时发现，上塔气液相界面附近壁厚明显减薄（图7)，两塔组焊处由于聚集了沉淀物，也明显减薄。 图6 图7 (3)应力集中部位和焊接热影响区。金属材料在应力作用下腐蚀会加剧，即产生应力腐蚀。有的容器焊完后未进行焊后热处哩或热处理工艺不当，使用时在腐蚀性介质作用下（如氨水、硫化氢等），就会加剧腐蚀。容器组焊后，在熔合区和热影响区不仅引