塑料制壓力管道檢驗中無損檢測技術的應用

翟明

摘 要：隨著塑料管道制造技術的日益成熟，塑料制壓力管道在石油化工等領域得到了越來越廣泛的應用，而塑料制壓力管道應用性能評估技術也受到了社會各層面的重視。無損檢測技術是社會發展過程中產生的新型檢驗技術，其可在保證塑料制壓力管道外部完好的情況下對其作用性能進行全面檢測。本文以常見塑料制壓力管道破壞方式為入手點，對超聲檢測技術、聲發射檢測技術、X射線檢測技術、紅外成像檢測技術等無損檢測技術在其質量檢測中的應用進行了簡單的分析。

關鍵詞：塑料制壓力管道 檢驗 無損檢測技術

中圖分類號：TQ320 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）08（b）-0070-02

塑料制壓力管道是現階段化工行業主要用管道形式，其可用于工業用危險介質的輸送，在能源供應、化工基礎設施中廣泛應用。在21世紀初期，我國化工用塑料制壓力管道就達到了75.00萬km的長度，在后續建設過程中，我國塑料制壓力管道將進入發展的高峰期，隨之而來的是急劇攀升的塑料制壓力管道破壞事故率。因此，對塑料制壓力管道無損檢測技術進行適當分析具有非常重要的意義。

1 常規塑料制壓力管道破壞形式

在塑料制壓力管道實際運行過程中，主要破壞形式為循環荷載、表面刮擦、化學老化、點荷載等幾種形式。其中循環荷載是塑料制壓力管道運行階段出現頻率較高的破壞形式，循環荷載主要包括靜態裂紋增長、快速裂紋擴散兩種類型。以聚乙烯管道破壞為例，快速裂紋擴散主要是在超高內壓的影響下，管道內部擴張力不斷增加，最終致使管道薄弱位置隆起、破損；而靜態裂紋增長則是在細小撕裂應力的影響下，促使塑料制壓力管道內部出現細小裂紋，并隨時間增長逐步延長。此外，由于多數塑料制管道為焊接連接模式，在其焊頭位置也具有較大的破損風險。

2 無損檢測技術在塑料制壓力管道檢驗中的應用

2.1 自動超聲成像技術在塑料制壓力管道檢驗中的應用

相較于射線檢測而言，超聲自動成像檢測主要為現場迅速檢測，其可以通過對塑料制壓力管道危險性缺陷的有效檢測，保證被檢測塑料制壓力管道的穩定運行。同時由于自動超聲成像技術不需要進行樣品處理評估，其檢測效率更高。在自動超聲成像技術應用過程中，常用的設備主要包括檢測儀器、電氣控制系統、探頭掃查機械系統、耦合劑提供系統等幾個模塊。其中常用的硬件設備主要為多通道轉換設備、脈沖發射接收卡、A/D卡等；而常用的軟件設備為高性能工業計算機。如在現場常輸塑料制壓力管道檢測過程中，可采用便攜式高性能工業計算機進行管道檢測。

在自動超聲成像技術具體應用過程中，主要包括大口徑塑料制壓力管道無損檢測、小口徑塑料制壓力管道無損檢測兩個方面。

一方面大口徑塑料制壓力管道無損檢測需要利用復合壓電材料接觸式聚焦斜探頭，依據ASTM E1065標準，合理設計檢測探頭位置，為后期檢驗作業順利進行提供依據。在檢測階段，需要在塑料制壓力管道軸線兩側分別設置兩組探頭，具體探頭數量可以塑料制壓力管道厚度、坡口形式為依據進行設置。如在某塑料制壓力管道人工缺陷試件檢測過程中，采用了5個探頭陣列，其中TOFD檢測探頭1個；探測塑料制壓力管道根部內表面槽探頭1個；檢測塑料制壓力管道外表面槽的探頭一個；檢測塑料制壓力管道深度的平底探頭兩個。在檢測結束之后，可以通過開關量、波形圖等數據帶狀限制，可以判定具體缺陷位置及深度。

另一方面，在小口徑塑料制壓力管道無損檢測過程中，依據ASTM E1961標準規定，針對直徑大于150mm，厚度在7.0～25.0之間的塑料制壓力管道，需要采用探頭可探測范圍為57.00mm的小直徑管道。以鍋爐管道檢測為例，在實際檢測過程中可利用超聲成像技術，在需檢測鍋爐壓力管道內輸入超聲信號，然后超聲信號遇到鍋爐壓力管道內缺陷時，可以返回發射信號，從而對塑料制壓力管道內部及外表面進行全面檢測。

2.2 X射線數字成像技術在塑料制壓力管道檢驗中的應用

X射線數字成像技術又稱為數字平板直接成像技術，其可通過兩次X射線照射，實現s級數據采集及圖像觀測。在現階段塑料制壓力管道檢測過程中，常用的數字平板技術主要有非晶硒、非晶硅等幾種形式。在實際塑料制壓力管道檢測過程中，X射線數字成像檢測技術不僅可以檢測整體管道內部安全狀況，而且可以檢查局部管道腐蝕磨損情況、彎頭壁厚情況等。X射線數字成像技術的應用，不僅可以實現高效圖像處理，而且可以利用邊緣增強、平滑技術，提高圖像清晰程度，保證數據評測準確性。

2.3 紅外成像檢測技術在塑料制壓力管道檢驗中的應用

紅外成像檢測技術主要針對塑料制壓力管道表面損傷，其主要依據外部加熱源加熱的方式，對被檢測塑料制壓力管道進行加熱。若某一塑料制壓力管道內部具有缺陷，則其整體材料內在連續性會發生變化，最終影響整體材料熱量傳輸流程。根據上述塑料制壓力管道內部熱學性質的變化原理，其表面區域內也會隨紅外加熱過程產生不同的溫度變化，最終得出塑料制壓力管道缺陷位置。在實際應用過程中，紅外成像檢測技術檢測質量與塑料制壓力管道內外環境溫差具有較大的關聯。

2.4 聲發射技術在塑料制壓力管道檢驗中的應用

聲發射技術在塑料制壓力管道檢測中應用主要依據物理原理，通過在首次加載階段發送聲波，對塑料制壓力管道材料損傷特征、內部缺陷情況進行分析。聲發射檢測技術可在輸出設備維持不變的情況下，對管道內缺陷進行準確定位，從而有效獲得連續變化的故障信號。聲發射檢測方式可用于石油化工行業壓力管道缺陷在線監測或者早期缺陷檢測。如在發電廠中在用蒸汽管道檢測，可利用聲發射檢測技術在管道正常運行的情況下，對其進行在線監測，從而確定應力集中節點，便于故障位置的重點監控。結合紅外成像檢測技術，可對長塑料制壓力管道缺陷或者地下埋設塑料制壓力管道缺陷進行實時檢測。同時通過不同狀態導波模態的分析，可得出相應塑料制管道缺陷敏感程度，為后期缺陷特征分析及建模提供依據。

3 無損檢測技術在塑料制管道檢驗中應用效益分析

某化工廠在φ158mm塑料制壓力管道檢測過程中，主要采用無損檢測技術對螺旋管焊縫、環焊縫、主管體、輔助彎頭進行了抽樣檢測。在檢測階段，發現其在直管、彎頭位置具有超出標準的缺陷問題，且主要缺陷分布面較大。隨后依據API 1104、ASME Code Case 2235等標準進行了優化分析，為后續工藝優化提供了有效的依據。

4 結語

綜上所述，無損檢測技術在塑料制壓力管道檢測中應用，可以在準確檢測塑料制壓力管道缺陷的同時，為后期現有管道生產工藝優化提供有效的參考。因此，在現有塑料制壓力管道檢測過程中，可優先選擇超聲自成像、X射線數字成像、紅外成像檢測等無損檢測技術。同時借鑒國際無損檢測標準，為塑料制壓力管道安全評價提供充足的技術支撐。

參考文獻

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