压力容器安全检测论文.docx

压力容器无损检测技术综述 6009208XXX 过程装备与控制工程X班 XXX摘要:综述压力容器原材料、压力容器制造和使用过程中采用的无损检测技术,包括超声、射线、磁粉、渗透、涡流、声发射、红外线、漏磁和磁记忆检测技术。并论述采用这些检测技术的目的。关键词:压力容器;超声检验;射线检验;磁粉检验;渗透检验;声发射检验;涡流检验;红外线检验;漏磁检验 从广义上讲,凡盛装有压力介质的容器即为压力容器。目前,压力容器的应用十分普遍,它涉及到工业生产的所有领域,并与人们的日常生活有着密切的联系。压力容器是具有爆炸危险的特种承压设备,它承受着高温、低温、易燃、易爆、剧毒或腐蚀介质的高压力,一旦发生爆炸或泄漏往往并发火灾、中毒、污染环境等灾难性事故,使社会生产和国民经济遭受严重破坏,人民生命财产蒙受巨大损失,并直接影响社会生活的安定。鉴于压力容器的上述特点工业发达国家都颁布有关法规或规范对压力容器的设计、制造、安装、使用等过程进行严格控制,以确保压力容器的安全运行。国务院2003 年颁布的特种设备安全监察条例和原国家质量技术监督局1999 年颁布的压力容器安全技术监察规程对我国压力容器的设计、制造(组焊) 、安装、使用、检验、修理和改造等环节进行安全监察和严格控制,以确保我国压力容器的安全运行。在压力容器各个环节的控制过程中,无损检测对压力容器的质量控制和安全使用起着举足轻重的作用。下面根据压力容器制造和使用的不同阶段,对采用的无损检测技术分别加以综合介绍。1 压力容器原材料的无损检测为了确保压力容器的安全质量,从压力容器使用的原材料开始都要通过无损检测来进行质量控制。压力容器使用的原材料包括金属板材、管材、棒材、锻件和铸件等,需根据这些材料制造工艺和几何形状采用不同的无损检测技术。1. 1 压力容器用金属板材的无损检测压力容器用金属板材一般包括钢板、不锈钢板、双相钢板、铝及铝合金板材、钛及钛合金板材等,主要用于压力容器筒体和封头的制造。所有的压力容器制造规范或标准均规定,处于剧毒、腐蚀、高压等较苛刻工作条件下的压力容器,其金属板材必须逐张进行超声检测。此超声检测所用的探头为单晶或双晶直探头,主要用于检测金属板材在冶炼和轧制过程中产生的分层、白点和裂纹等缺陷。大面积的钢板检测(包括边区检测和面积检测) 一般都用充水耦合探头进行。1. 2 压力容器用管材的无损检测压力容器用管材包括无缝钢管、焊接钢管、铜及铜合金管、铝及铝合金管、钛及钛合金管等,主要用于换热器的制造。无缝钢管采用液浸法或接触法超声波检测,主要检测纵向缺陷。液浸法检测使用线聚焦或点聚焦探头,接触法检测使用与钢管表面吻合良好的斜探头或聚焦斜探头。所有类型的金属管材都可用涡流检测法探测其表面和近表面缺陷。铁磁性钢管一般用外穿过式线圈或放置式线圈检测;对于非铁磁性材料,管材口径较小时一般用外穿过式线圈检测。1. 3 压力容器用钢锻件的无损检测压力容器用钢锻件主要包括接管、法兰、凸元、管板和圆筒等。通常采用超声波法检测锻件中的危害性冶金缺陷。用纵波直探头对加工过程中的实心锻件进行检测,用横波斜探头对内外径之比 50mm 的钢螺栓件需采用超声检测以发现螺栓杆内存在的冶金缺陷。通常采用单晶直探头纵波检测法,探头按螺旋线或沿圆周进行径向探测。1. 5 压力容器用铸件的无损检测常用的压力容器铸铁件为造纸用烘缸。为了检查几何形状有变化、截面厚度不均匀铸铁件的铸造质量,通常采用射线检测来发现铸件内缩孔、疏松及热裂等缺陷。2 压力容器制造过程中的无损检测压力容器制造过程中的无损检测主要是控制容器焊接质量。对材料坡口进行磁粉或渗透检测,对焊接接头内部缺陷进行射线和超声检测,对近表面或表面开口缺陷进行磁粉或渗透检测。对标准抗拉强度下限值b 540MPa 的材料及铬2钼低合金钢经火焰切割的坡口表面应进行磁粉或渗透检测。对铁磁性材料优先采用磁粉检测。压力容器的焊接接头包括对接焊缝和角焊缝,对接焊缝一般要求进行射线检测或超声检测,根据压力容器用钢板厚度、材料强度、工作介质、工作压力、焊缝系数、制造工艺等的不同,检测的比例分为100 %和局部抽查。不同国家的标准规范对局部抽查比例的要求不同,按我国标准, 每条焊缝的局部抽查比例均为20 %; 按ASME 标准,抽查比例一般为10 %;按德国AD 规范,环焊缝的抽查比例为2 %。对压力容器的管座角焊缝,通常按标准采用磁粉或渗透法进行检测;对热交换器之类的管2管板角焊缝,需用特殊的小焦点射线源(X 或射线) ,采用特殊的检测工艺,才能达到内部缺陷的检测目的。2. 1 射线检测射线检测方法适用于压力容器壳体或接管对接焊缝内部缺陷的检测,使用的射线探伤设备包括X射线探伤机、 射线源和电子直线加速器。一般 4. 5kg 提升力,直流磁轭具有 18kg 提升力;圆筒形锻件或无缝气瓶机加工后的表面通常采用床式磁粉探伤机进行磁粉检测。渗透检测用于不锈钢和有色金属坡口以及焊缝表面开口性缺陷的检测。作磁粉或渗透检测时,光照条件应至少为500 lx。2. 3 超声波检测超声检测法适用于厚度 8mm 的压力容器壳体或大口径接管与壳体的对接焊缝内部缺陷的检测。通常采用A 型脉冲反射式超声波探伤仪和2. 5或5MHz 频率的探头检测。表层缺陷的检测可采用爬波或SH 横波探头;为提高焊缝检测效率,解决焊缝缺陷测深定高及缺陷定性分类等难题,可采用电子相控阵探头和衍射波时差法( TOFD) 双探头。2. 4 压力容器耐压试验的声发射检测压力容器制造完成后,最终都要进行以水、油或空气为介质的耐压试验,以考核和确认压力容器的安全质量。对一些特殊要求的压力容器,在水压试验时还同时进行声发射监测,以检测压力容器在水压过程中可能出现的缺陷开裂、裂纹萌生与扩展,并对压力容器的结构完整性进行评价。声发射检测一般采用多通道声发射仪,对压力容器进行整体源定位实时监测。3 在用压力容器的无损检测为了确保压力容器安全运行,各国对压力容器均采用运行期间的定期检验制度。压力容器在用检验分为不停止运行的外部检验和停止运行后的内外部检验;外部检验的周期一般为12a (年) ,内外部检验的周期一般为510a 。我国政府有关规程规定,压力容器外部检验的周期为1a ,内外部检验的周期最长为6a 。在用压力容器检验的重点是压力容器在运行过程中受介质、压力和温度等因素影响而产生的腐蚀、冲蚀、应力腐蚀开裂、疲劳开裂及材料劣化等缺陷,因此除宏观检查外需采用多种无损检测方法。除移动式外,压力容器的检测均在其安装使用现场进行,检测条件受到限制,因此,采用的无损检测技术应适于现场应用,仪器均为便携式。3. 1 表面检测表面检测方法在压力容器停产进行的内外部检验中得到普遍应用。表面检测的部位为压力容器的对接焊缝、角焊缝、焊疤部位和高强螺栓等。铁磁性材料一般采用磁粉法检测,内部由于照明不好,采用荧光磁粉法检测,外部采用湿式黑磁粉法检测,铁磁性材料的角焊缝用磁粉检测无法进行时也采用渗透法检测。非铁磁性材料采用渗透法检测,内部采用荧光渗透法检测(被检表面的黑光强度至少应为1 000W/ cm2) ,外部采用着色渗透法检测。3. 2 超声检测超声检测法主要用于检测对接焊缝内部埋藏缺陷和压力容器焊缝内表面裂纹。压力容器外部有保温覆盖层时,也可从压力容器内部检测焊缝外表面裂纹。超声法也用于压力容器锻件和高压螺栓可能出现裂纹的检测。由于超声波探伤仪体积小、重量轻,便于携带和操作,而且与射线相比对人无伤害,因此在在用压力容器检验中得到广泛使用。超声检测法的另一特点是可测出焊缝内缺陷的自身高度,这对在用压力容器检验中的缺陷安全评定是必不可少的。缺陷自身高度超声检测法有缺陷端点衍射波法、端部最大回波法和6dB 法等。TOFD 法是近年来国外用于在用压力容器焊缝缺陷测高的新技术(欧、美、日均已标准化) ,成效卓著。3. 3 射线检测X射线检测方法主要在现场用于板厚较小的压力容器对接焊缝内部埋藏缺陷的检测,因为薄板采用超声检测有一定难度,而采用射线检测不需要太高的管电压。对于人不能进入的压力容器以及不能采用超声检测的多层包扎压力容器和球形压力容器通常采用192 Ir 或75Se 等同位素进行射线照相。另外,射线检测也常用于在用压力容器检验中对超声检测发现缺陷的复验,以进一步确定这些缺陷的性质,为缺陷返修提供依据。3. 4 涡流检测对于在用压力容器,涡流检测主要用于换热器换热管的腐蚀状态检测和焊缝表面裂纹检测。检测采用内穿过式探头,非铁磁性换热管采用常规涡流检测技术,铁磁性换热管采用远场涡流检测技术,以检测换热管内外部腐蚀引起的穿孔、蚀坑以及壁厚均匀减薄等缺陷。最近,欧洲和我国分别开发了采用电流扰动磁敏探头的涡流检测技术来检测焊缝表面裂纹,用该技术检测允许焊缝表面较为粗糙或带有一定厚度的防腐层,因此可在压力容器运行过程中进行焊缝外表面裂纹的快速检测;也可在压力容器停产时进行内外部检验,先采用该技术对焊缝进行快速检测,然后对可疑部位进行磁粉或渗透复验,以确定表面裂纹的具体部位和大小。3. 5 声发射检测声发射技术用于检测压力容器可能存在的活动性缺陷,也可用于对已知缺陷进行活性评价。声发射检测特点是必须在检测过程中对压力容器进行加载,常用的加载方法为压力容器停止运行后进行的水压或气压试验,也可直接用工作介质进行加载。对活动性缺陷,在加载过程中用多个声发射传感器对压力容器壳体进行整体监测,以发现活性声发射源,然后通过活性声发射源进行表面和内部缺陷检测,排除干扰源,发现压力容器上存在的缺陷。对已知缺陷进行的活性评价是在加载过程中对已知缺陷进行声发射监测,如果在整个加载过程中缺陷部位无声发射定位源产生,则认为缺陷是非活性的;反之,如有大量声发射定位源信号产生,则认为已知缺陷是活性的。3. 6 磁记忆检测磁记忆检测方法用于发现压力容器存在的高应力集中部位,这些部位容易产生应力腐蚀开裂和疲劳损伤,在高温设备上还容易产生蠕变损伤。金属磁记忆检测技术是俄罗斯杜波夫教授于20 世纪90年代初提出,并于90 年代后期发展起来的一种检测材料应力集中和疲劳损伤的新的无损检测与诊断方法 。金属磁记忆检测的原理是利用铁磁工件在受载工作过程中应力和变形区域内产生的磁状态不可逆变化 ,在该区域内发生具有磁致伸缩性质的磁畴组织定向的和不可逆的重新取向,这种磁状态的不可逆变化在工作载荷消除后不仅会保留,还与最大作用应力有关。通常采用磁记忆检测仪器对压力容器焊缝进行快速扫查,以发现焊缝上存在的应力峰值部位,然后对这些部位进行表面磁粉检测、内部超声检测、硬度测试或金相分析,以发现可能存在的表面裂纹、内部裂纹或材料微观损伤。3. 7 漏磁检测漏磁检测主要用于检测压力容器壳体可能出现的点腐蚀状态。有些压力容器人无法进入内部检查,有些结构采用内窥镜也无法检验,采用超声波测厚很难发现点腐蚀的分布,采用超声直探头探伤又需对表面进行打磨。漏磁检测技术可用于表面带油漆层情况下的扫描检测,而且从外部可测出内部存在的腐蚀坑大小和深度。鉴于上述特点,漏磁检测适用于压力容器运行状态下的在线检测。3. 8 红外检测红外检测常用于高温或低温压力容器内部保温层完好状态的检测与评价,而热弹性红外检测技术适用于压力容器高应力集中部位和疲劳损伤部位的检测。许多高温压力容器内部有一层珍珠岩等保温材料,以使压力容器壳体的温度低于材料的允许使用温度,如果内部保温层出现裂纹或部分脱落,则会使压力容器壳体超温运行而导致热损伤。采用常规红外热成像技术可以很容易发现压力容器壳体的局部超温现象。压力容器上的高应力集中部位在经受大量疲劳载荷后,如出现早期疲劳损伤,会出现热斑迹图象。压力容器壳体上疲劳热斑迹的红外热成像检测可以及早发现压力容器壳体上存在的薄弱部位,为以后的重点检测提供依据。参考文献:1 李景辰,等编. 压力容器基础知识M . 北京:劳动人事出版社,1984.2 ASME Boiler & Pressure Vessel Code S .3 日本高压气体保护法 S .4 19