壓力容器高溫測厚試驗與應用

劉杲凱，席伶俐，郭穎，鄭茂林

（巨化集團公司壓力容器檢測站，浙江衢州324004）

壓力容器高溫測厚試驗與應用

劉杲凱，席伶俐，郭穎，鄭茂林

（巨化集團公司壓力容器檢測站，浙江衢州324004）

從大量實驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計與現(xiàn)場實際檢驗的對比結果中，得出中高溫條件下（50～460℃）容器厚度測量的注意事項，準確測出高溫狀態(tài)下容器的厚度值，及時了解和實時監(jiān)控高溫容器在生產(chǎn)中的運行狀況。

超聲波；高溫測厚；承壓類特種設備

0 引言

1臺供熱站高溫集汽包，工作溫度300～400℃，由于生產(chǎn)原因無法停機，需要在運行狀態(tài)進行高溫測厚。普通超聲波測厚儀只能在常溫（0～50℃）下進行檢測，當溫度＞50℃時，普通探頭的晶片容易損壞，耦合劑容易蒸發(fā)，而且高溫狀態(tài)下材料的聲速也將隨之變化，材料聲阻抗及材料對聲能的衰減系數(shù)也將發(fā)生變化，這些因素制約超聲壁厚檢測方法在高溫條件下的應用。

由于壓力容器在使用過程中，受工藝介質(zhì)以及環(huán)境因素影響，引起壁厚減薄，強度下降，影響設備的承載能力，對設備的安全運行構成極大的威脅。因此，需要及時了解在役設備的剩余壁厚，確保設備的安全運行。

1 高溫測厚試驗

1.1 試驗儀器

測厚儀選用OLYMPUS 45MG高溫測厚儀，加熱設備選用CHUSHUI 220 V/3 kW電爐。

1.2 試驗試樣

試驗選用試塊材料為16MnR，厚度分別為14 mm和28 mm，加工精度±0.01 mm。

1.3 測厚位置

由于是在實驗室測量經(jīng)過機加工后的工件，因此對測厚點的選擇比較簡單，考慮到工件中心點位置加熱后溫度相對穩(wěn)定且測量方便，因此選擇被測工件中心位置作為測厚點。

1.4 耦合劑

在溫度＜50℃時使用普通化學漿糊做耦合劑，能起到良好的耦合效果，但是隨著溫度的升高，耦合劑中的水分迅速蒸發(fā)，耦合劑被燒焦變成固體物質(zhì)，特別是在＞300℃時，多種耦合劑（ZGM GW-Ⅱ，SONO600等超聲耦合劑）均不能夠達到良好的耦合效果。選用“SONOTECH SONO900”型耦合劑，經(jīng)過試驗得知在工件溫度升高的同時，耦合劑會慢慢融化，在溫度＜450℃時能達到良好的耦合效果。

1.5 試驗過程

（1）用電爐同時把14 mm和28 mm試塊加熱到指定溫度。

（2）在試塊上施加高溫耦合劑并進行厚度測量。

（3）分別記錄不同溫度下測得的數(shù)據(jù)。

2 測厚試驗結果（表1、表2）與分析

表1 14mm試塊16Mn高溫測厚試驗數(shù)據(jù)

表2 28mm試塊16Mn高溫測厚試驗數(shù)據(jù)

分析表1、表2試驗結果發(fā)現(xiàn)，在不考慮工件的膨脹系數(shù)及測量誤差等因素影響的前提下，對高溫測厚結果影響最大的因素是被測工件的溫度，測量值隨著溫度的升高而增大。因此，必須找出影響因素并建立校正公式，才能準確測得容器在高溫狀態(tài)下的實際厚度。

有相關人士試驗得出[1]，以溫度T，實際厚度Ho，高溫測量厚度Ht3個參數(shù)之間的相關性擬合出碳鋼及不銹鋼板材的高溫測厚經(jīng)驗公式（1），公式（2）。

式中Hto——碳鋼的常溫計算厚度值，mm

Hbo——不銹鋼的常溫計算厚度值，mm

Htt——碳鋼的高溫測厚值，mm

Hb——不銹鋼的高溫測厚值，mm

Tt——碳鋼溫度值，℃

Tb——不銹鋼溫度值，℃

公式（1）和（2）是以不改變聲速的方法在高溫下測量后計算推導被測管道的實際厚度，此方法目前在國內(nèi)同行中應用較多，但現(xiàn)場進行大規(guī)模高溫測厚工作存在可操作性不強、數(shù)據(jù)處理復雜等問題。

另有相關學者指出[2]，高溫測厚過程中以校正聲速與溫度進行線性回歸，得出回歸方程式（3）。

式中v——校正后的聲速，m/s

T——溫度，℃

應用公式（3）在現(xiàn)場進行大規(guī)模高溫測厚過程中可操作性強，測量數(shù)據(jù)直觀。但由于材料不同，超聲波測厚過程中選取的聲速也不同，因此該方法測量數(shù)據(jù)精準度不高，會出現(xiàn)一定的誤差。因此，以溫度與該溫度下測厚所調(diào)整后的聲速進行線性回歸，得出不同材料的溫度——聲速線性方程，能夠在高溫下準確測量工件的厚度值。曲線見圖1，回歸方程用公式（4）表示。

高溫測厚溫度—聲速的線性回歸方程公式（4）僅適用于120～420℃范圍內(nèi)高溫測厚過程中的超聲波測厚儀聲速校正。另外，在使用公式（4）計算出校正聲速后，須將個位作為有效數(shù)字進行修約。

3 現(xiàn)場檢驗

（1）安全操作規(guī)程。現(xiàn)場進行安全操作注意事項講解，對勞動防護用品進行檢查，確定安全監(jiān)護人員到位。由于容器的操作溫度＞300℃，如果把保溫全部或者大面積拆除，容器周邊強熱輻射會使得作業(yè)難度加大，降低測量數(shù)據(jù)的準確性。因此采取保溫分段拆除的方法進行，即拆一段保溫后測量容器厚度數(shù)據(jù)，保溫回裝后再拆下一段保溫測量厚度，按順序依次進行。

（2）現(xiàn)場測量方法。考慮到對容器表面現(xiàn)場檢驗測厚與在實驗室測量工件時的不同，為保證測點都是水平位置，且耦合劑不會因溫度過高而從斜面流下，把耦合劑提前涂抹在超聲測厚儀探頭上，然后直接去測量容器各個部位，以便在耦合劑融化流下前測得厚度的準確數(shù)值。最后對測厚數(shù)值依次做好記錄。

（3）現(xiàn)場側厚與實際厚度比對。對1臺集汽包進行現(xiàn)場高溫測厚，并與停工檢修時的常溫測厚數(shù)據(jù)進行比對，部分結果見表3。對比數(shù)據(jù)顯示，在高溫狀態(tài)下的測量數(shù)據(jù)比較精準，現(xiàn)場測厚應用效果良好。

圖1 溫度——聲速曲線圖

表3 高溫/常溫測厚現(xiàn)場結果對比

［1］任有才.煉油裝置主要設備及管道定點測厚研究及數(shù)據(jù)處理［J］.石油化工腐蝕與防護，2000，17（2）：47.

［2］袁軍國.腐蝕監(jiān)測技術在鎮(zhèn)海煉化公司的應用［J］.石油化工腐蝕與防護，2000，19（6）：49-53.

〔編輯 李波〕

TQ053.2

B

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.02.44