壓力容器氫損傷的監測與檢測方法

喬業程，王福強

(大連鍋爐壓力容器檢驗研究院，遼寧 大連 116013)

目前石化企業必須重視的一個共性介質問題就是氫損傷的腐蝕問題，主要是硫化物應力方面的腐蝕開裂，具有破壞時間十分短、破壞性較大的特點，因此，截止目前為止，企業在發展過程中的難題之一就是標臨氫設備腐蝕和防護，然而受到濕硫化氫所帶來的影響，氫損傷主要利用開裂的材料對破壞形式進行表現，產生比較大的危害。近年來，我國石油煉制與合成氨工業，還有煤轉化的設備規模都在進一步擴大，所需的條件更加地苛刻，因此，發生很多氫損傷事故，選擇地氫損傷檢測和監測方法，是非常有必要的。

1 壓力容器氫損傷的監測方法分析

1.1 聲發射監測技術分析

就聲發射監測技術來說，主要是指，如果設備處于役增壓中，利用在設備外表的聲發射的傳感器組對裂紋擴展和破裂等不足進行釋放，進而出現聲發射波，在此基礎上實現對缺陷進行監測的目的。從聲發射源中所出現的彈性波，受到介質的影響，可以在被檢物體表面呈現，進而，讓其表面出現機械時的振動，通過被測物體的聲發射耦合所表現，并對表面的瞬態位移進行轉換，一直到獲得電信號，在這之后，要通過放大和處理，使其形成一種比較獨特的參數，并且記錄以及顯示，之后，對數據進行解釋，實現對聲發射源本身的特性進行評定。如圖一所示，為聲發射技術的基本原理。

圖1 聲發射技術基本原理

該技術在應用的技術優勢主要表現在以下幾點。一是，因為所說的缺陷是指在應力影響產生的一種動態化信息，可以在評價結構中有效地利用；二是，受到多通道的影響，達到整體與快速檢測的最終目的，并利用有效地加載與試驗，對缺陷部位能夠準確確定，具有比較高的檢測效率；三是，可以進行連續監測，比較適合在工業監控和比較噪的破壞預報中進行應用。然而該技術在應用的過程中還是具有一定的局限性。一是，只能在檢測活性中進行應用，不能檢測裂紋，在應用過程中，為了讓裂紋在活躍狀態下運用增壓，導致原來的危險性設備危險指數上升；二是，不能對缺陷性質確定；三是，具有較高的檢測靈敏度，所以，背景噪聲較大，在信號分析技術的進一步發展基礎上，目前早已能夠提取聲發射信號當中存在的小波去噪與有關特征，識別聲發射源的實施模式，進行精確定位，能夠有效地判斷缺陷。

因此，可以看出，聲發射技術在氫損傷監測中的應用已經得到人們的肯定。盡管現階段并沒有得到完善，然而所具備的動態監測優越性和信號分析技術的進一步發展，讓相關人員對于聲發射技術監測氫損傷的效果更加地期待。

1.2 氫傳感器的監測探測法

對于壓力氫探測儀來說，這是非常重要的對滲氫速率有效檢測的物理方法中的一種，其工作原理指的是，在封閉化的空腔當中使得氫氣流出，還咬對空腔當中的一些積聚氫壓力進行檢測。在合理的裝置前提下，可以使得探測儀存在于封閉端當中，同時，設備內壁出現一定的腐蝕現象，對其產生影響，氫會進一步擴散，并展現在設備表面，利用晶體壓電的效應，對壓力大小有效測量，然而，增加壓力的速率能夠對環境中存在的設備滲氫速率會有所展現。就壓力氫探測儀來說，屬于積累型的儀器，其結構十分簡單，并不需要增加能源就可以有效運作。與此同時，電晶體自身的靈敏度對其產生一定影響。目前，油田的發展中，已經開始使用這一儀器。

2 壓力容器氫損傷的檢測方法分析

2.1 超聲波檢測的探傷法

該方法主要是指，通過有效測定利用信號的往復時間，達到測量缺陷與探頭兩者間接觸距離的目的，通過對回波信號本身的幅度與超聲探頭兩者距離的測定，確定不足之處存在的具體大小與位置。可以從無底波以及不規則的波形紊亂現象的存在與否中，能夠對氫致材料的劣化進行判斷，這一方法具有較高的靈敏度，有助于缺陷定位精度的提高，同時，能夠根據垂直坐標的缺陷波高度，確定缺陷的大小。除此之外，這一技術運用的缺點主要有。一是，由于受到超聲波反射與折射等因素的影響，造成設備中存在復雜的聲波傳播，很容易發生漏檢取向不科學的問題；二是；不能有效評定缺陷問題。現階段運用的主要是當量不足的對比措施，并不能有效地判斷裂紋大小；三是，不能有效檢定缺陷成因，不能準確地判斷檢測裂紋，主要原因在于，氫致開裂受到其它一些因素的影響。

2.2 掛片法檢測技術

這一技術主要指的是壓力容器實際運行過程中，在容器當中，懸掛在材質上與壓力容器一樣，同時制造工藝相同的金屬試片，使得其所承受的一些壓力與接觸環境以及容器間保持一致，當完成暴露階段之后，需要取出金屬試片，還要對其切片，與此同時，需要全面仔細地觀察微觀組織發生的一些變化，能夠對腐蝕類型詳細地說明，并評價壓力容器在運行當中的現象。當掛片出現氫損傷傾向，必須檢測容器本體。應用掛片法，說明腐蝕監測早已向規范化發展，原理比較簡單，深受人們的歡迎。

2.3 金相檢測法

對于金相組織來說，對于鋼抗氫的影響是非常嚴重的，總是出現開裂性能，比如，由淬火和高溫回火共同組成的金相組織就是細小球狀碳化物中的一種，對其敏感性比較低的是氫鼓泡，但是對于未回火馬氏體組織的敏感性非常高。金相檢驗運用的是定量金相學原理，對合金成分、組織、性能之間的定量關系進行建立，完成設備的檢查之后就可以運行，受到溫度和介質等因素所帶來的影響，這時，金相組織勢必出現一定變化，還會發生微裂紋。對于金相檢驗來說，主要包括宏觀金相與微觀金相，能夠有效檢驗設備本身的金相組織，還可以對金相檢驗的材料進行運用，安排好相關標準，并對鋼材脫碳層的深度進行確定。

2.4 衍射波時差法的檢測技術

該技術簡稱為TOFD檢測技術，是順著表面進行傳播的一種聲波，同時，可以接受工件之后的鏡面的反射探頭，出現參考信號。當出現橫向縱波中有線形缺陷出現，會在缺陷中出現反射波，與此同時，出現衍射波，其所發出的能量可以在一定范圍內進行有效傳播。當缺陷具有一定的高度時，缺陷兩端信號就會分辨時間，按照探頭所記載的一些衍射信號在傳播中會出現時差，可以對缺陷高度的量值有效確定，并確定定量缺陷。就缺陷尺寸而言，是按照衍射信號傳播的時間進行測量，不對信號幅度進行尺寸評估。和以往的超聲波間產生不同之處，以往的超聲波是在缺陷的反射能量上判斷缺陷的。

TOFD技術在應用中的優勢主要表現在以下幾點。一是，缺陷方向不對檢測質量產生影響；二是，能夠對缺陷高度進行確定，如果條形缺陷比較長，還是能夠與工程的要求相符合；三是，能夠獲得在線檢測結果，還能利用數字信號將結果保存在光盤當中，有助于在役檢驗當中有效對比；四是，該技術在應用中的成本十分低。和以往超聲波探傷法是相同的，TOFD技術并不能對缺陷的性質進行判斷，信號解釋和評定受到人為因素的影響。同時，還存在一定的不足，一是，在對圓形缺陷和小條形缺陷進行檢測時，產生很大的定量誤差，能夠有效地檢測高度小于20 mm的面積型的缺陷測，不能有效檢測高度大于20 mm面積型的缺陷測誤差；二是，TOFD的盲區是在表面之下的幾毫米處，同時，和內壁距離較近的TOFD并未形成清晰的信號。

3 結束語

綜上所述，現階段監測和檢測方法中，我國氫損傷的離線檢測技術已經得到了廣泛應用，然而在監測技術方面，因為可以在第一時間尋找到設備的問題，有助于設備的定期檢查，可以降低停車次數，提高企業安全生產率，并為企業帶來比較大的經濟利益，所以，該問題備受相關人員的關注。在這一當中，聲發射檢驗的技術伴隨著信號分析的處理方法進步不斷進步，應用在氫損傷的監測過程中是未來研究的主要方向。