TOFD檢測技術在液化氣球罐定期檢驗中的應用

王 瑛 陳 娟（河南省鍋爐壓力容器安全檢測研究院，河南 鄭州 450016）

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TOFD檢測技術在液化氣球罐定期檢驗中的應用

王 瑛 陳 娟
（河南省鍋爐壓力容器安全檢測研究院，河南 鄭州 450016）

摘 要：球罐是壓力容器的一種，廣泛應用于石油化工行業。本文首先分析了TOFD檢測技術，并以相關案例為依據，分析了TOFD檢測技術在液化氣球罐定期檢驗中的應用效果方法，然后對其使用方法、工藝參數、掃查面以及盲區等部位進行了討論，最后分析了有效縮小掃描盲區的對策。

關鍵詞：TOFD檢測技術；液化氣球罐；定期檢驗

球罐是一種用于存儲化學物質的壓力容器，且實際生產中約有近一半的球罐是用來存儲、運輸液化石油氣。液化石油氣與水或硫化物相遇時，容易受到其影響并產生化學反應，出現火災、爆炸等安全事故。因此，液化氣球罐的定期檢測在安全管理中具有重要的影響。TOFD檢測是一種新型檢測方式，該技術在《衍射時差法超聲檢測》發布后，得到了石油化工行業的廣泛應用。本文主要以選取1000m3液化氣球罐為例進行分析，觀察對TOFD檢測技術在液化氣球罐定期檢驗中的應用效果，具體如下。

一、TOFD檢測原理

TOFD檢測主要是應用了對被測工件發生超聲波時，除了反射信號外，工件缺損部位同時會產生一種衍射信號的原理。該檢測技術除了能夠進行缺損檢測外，同時還能夠檢測到缺損的深度以及位置，具有無損檢測的優勢，常使用縱波斜探頭進行一發一收檢測模式，并將其對稱放置于球罐焊縫兩側，在無明顯缺損部位，發射超聲脈沖波。當球罐有缺損存在時，除了直通波以及地面反射波之外，缺損處同時會產生的衍射波，其工作原理如圖1所示。

1 檢測區域

TOPD檢測技術主要覆蓋了被檢測工件的高度和寬度，高度就是指球罐厚度，寬度則為焊縫寬度加上兩側直徑約12.5mm范圍。

2 選擇和設置探頭

參考相關文獻［3］可知球罐厚度為35mm，并根據文獻［4］指出，探頭頻率為4.5MHz、聲束角度為63°、晶片直徑為4mm是比較理想的探頭參數。

3 調節探頭中心距

可以將探頭中心距設置于探頭與超聲波交合點以下2/3高度處，為符合標準的中心距。

4 設置A掃描時間窗口

將時間窗口起始位置參數設定為直通波接收探頭信號0.5us以上，而終止位置參數可設置為超聲波發射后直到底面反射波形成后0.5us以上。檢測儀器屏幕能夠將直通波、地面反射波以及變形波顯示出來。

5 深度校準

測量儀器通過超聲波的發射以及反射能夠實時觀察到，因此可將時間間隔所呈現的厚度參數設置為球罐厚度，并且能夠通過直通波與反射波形成的時間差進行校驗工作。

6 設置靈敏度

靈敏度需要通過測量儀器中的對比試塊進行調節。可以使用測量設備中的對比試塊進行靈敏度的調節，在此之前，需要將衍射信號波幅接收信號調低；此外，還需要在被測工件的表面進行耦合補償。若被檢工件厚度＜50mm時，僅需要通過單檢測通道，即可直接進行靈敏度的設置。通常情況下直通波的波幅設定為滿屏高的40%～80%。

二、TOFD檢測工藝

TOFD檢測工藝是利用被檢工件內部缺損的端角以及端點處發出的衍射波進行缺損檢測的一種方法，該項檢測工藝已經得到ASTM E2373-04、ASME ⅧCode 2235等檢測標準的認同。TOFD檢測對于判斷缺損的真實存在性以及定位方面具有較好的應用效果，在檢查核電、建筑、石油化工以及長輸管道設備的缺損中具有較好的應用效果。TOFD檢測技術能夠有效地避免壁厚較大工件的缺損檢測問題，并且呈現較好的發展性以及可能性。TOFD主要是通過發生超聲波來實現檢測，當超聲波遇到開裂、小孔等問題時，會在缺損部位的尖端生成衍射波，應用探頭能夠獲取不同位置以及聲頻的衍射波，從而分析出缺損所在的高度以及深度。由于橫波聲速低于縱波聲速，因此，屏幕中的反射橫波會慢于反射縱波，從而能夠避免橫波對檢測結果的干擾作用。因此，可以說TOFD檢測技術主要是利用縱波來完成檢測缺損工作的。

圖1 TOFD檢測原理

TOFD檢測工藝具有較多的優勢，例如缺損檢出率高、定位準確、檢測周期斷、檢測效率高、安全環保、檢測數據能夠進行繪圖處理、檢測結果具有較高的科學性并且儲存方便。與常規脈沖回波超聲檢測技術相比，TOFD檢測不會被缺損的方向影響，并且不會以缺損反射波幅的高低作為判定缺損大小的依據，這與常規超聲檢測中的比較大小法有一定的差異。TOPD檢測工藝能夠使測量數據數字化，便于數字化結果的儲存、運輸、成像等工作，具有高度的可變性以及現實性，能夠減少或降低重復檢測的問題，進而避免浪費資源，有效提高TOPD檢測工藝在定期檢查中的實用性。

三、實施檢測掃查

在進行檢測掃查時，需要將被測球罐表面的油漆去除并打磨光滑，采取科學、有效以及便于操作的媒介當作TOFD檢測中的超聲耦合劑。在進行TOFD檢測時，探頭所對中心線要與焊縫中心線保持重合狀態，并且要采取非平行掃查方式進行檢測。如果在檢測完畢后想對檢測結果進行更進一步的檢測時，筆者以多年的工作經驗建議對被測工件聯合應用偏置非平行掃查、平行掃查或常規超聲檢測法等檢測方法。檢測過程中的掃查速度要保持勻速，否則容易導致數據出現丟失或延誤的現象。若需要采取焊縫長度分段法進行檢測，分段直徑應≤20mm。在檢測球罐的環焊縫時，掃查停止位置要超過初始位置的20%。在球罐檢驗中，其T型焊接接頭是重要檢測環節，該部位是球罐最容易產生裂縫的部位，因此，需要進行多次排檢。

四、數據分析

當所有檢查結束之后，可以應用現代信息化技術對TOFD檢測結果進行繪圖處理，并通過圖像資料進行觀察與分析。若檢測數據丟失量超過檢測量的5%，則為不合格的檢測結果，且相鄰數據連續丟失也會被判斷為不合格檢測結果。在掃查過程中，需要保證被檢工件被檢測儀器完全掃查到，若檢測區域小于被測工件區域，需要重新檢測。

五、表面盲區的分析和補充檢

掃查面以及軸偏離底面存在盲區，這是TOFD檢測技術中的主要缺陷。

（1）掃查面盲區形成的原因是：直通波具有一定的寬度，而反射的缺陷信號被掩蓋在直通波的信號中，導致儀器無法對反饋信號進行有效辨識。該區域的計算公式為：

其中，t0為衍射信號的反饋時間；c為縱波的速率；s為探頭中心距。

由于焊縫表面凹凸不平，若焊縫表面有開裂、裂縫等現象存在，TOFD檢測也很難發現。軸偏離地面盲區：在使用TOFD檢測技術的過程中，缺陷處衍射的信號在相同位置所留下軌跡為橢圓形。當衍射的缺陷信號出現在衍射信號軌跡以下的地方時，則該信號無法被檢測儀器有效接收，因此，該缺陷部位也就無法被檢測到。通過實驗證實，應用磁粉檢測方式對T50型試塊進行檢測，將試塊比較粗糙的背面作為檢測面，磁粉檢測結果為：4個Φ3橫通孔，檢測率為100%，并且對底面刻槽也具有一定的敏感度。使用TOFD檢測技術為對比，發現對于Φ3橫通孔的敏感度較低，只能檢出距表面2mm深地面人工刻槽以及距底面深4mmΦ3橫通孔，而2個深度2mm表面刻槽以及距掃查面深4mm的Φ3橫通孔沒有被檢測出。

結論

液化氣球罐具有高壓、有毒等特點，在長期使用過程中，球館內壁與液化氣中的化學物質產生反應，容易出現腐蝕現象，因此，定期檢查對于液化氣球罐安全管理具有重要的作用。TOFD檢查是一種無損檢測方式，但是其主要存在兩個盲區，需要結合其他檢測方式，以滿足實際檢測的要求，提高檢測準確度。

參考文獻

［1］元亞明，葉宇峰，蔡剛毅，等. TOFD檢測技術在液化氣球罐定期檢驗中的應用［J］.廣州化工，2014，42（21）：163-165.

［2］姜秀海，朱紅軍. 2000m3液化氣球罐的TOFD檢測［J］.化工裝備技術，2014，35（2）：36-39.

［3］姜秀海，朱紅軍. 2000m3液化氣球罐的TOFD檢測方案［J］.中國化工裝備，2014，13（3）：45-48.

［4］史亦韋，王乃波，盧超，等.超聲△法與TOFD法在薄壁電子束焊縫上的檢測結果對比分析［J］.材料工程，2012，52 （2）：20-24.

［5］盛朝陽，剛鐵，遲大釗，等.基于分水嶺方法的超聲TOFD檢測圖像分割［J］.機械工程學報，2013，47（8）：35-40.

中圖分類號：TH49

文獻標識碼：A