壓力容器定期檢驗智能化展望

梁楠 朱穩 楊育偉(西安特種設備檢驗檢測院，陜西 西安 710065)

0 引言

壓力容器是指承裝液體或氣體，承載一定壓力的密閉設備，是具有爆炸危險性的承壓類特種設備。壓力容器承載著高壓、高溫、易燃、易爆、劇毒或腐蝕介質，一旦發生爆炸或泄漏往往并發災難性事故，造成環境污染，危害社會公共安全，影響社會經濟發展和人民生活，直接關乎社會安定，保障壓力容器的安全運行就尤為重要[1]。我國《特種設備安全法》、《特種設備安全監察條例》規定，壓力容器投入使用后應按照安全技術規范的要求進行定期檢驗。定期檢驗是指特種設備檢驗機構按照一定的時間周期，在壓力容器停機時，根據安全技術規范的要求對壓力容器安全狀況等級所進行的符合性驗證活動[2]，是保證壓力容器安全運行的重要措施之一。

1 傳統壓力容器定期檢驗流程及方法

我國壓力容器數量龐大，每年檢驗機構的壓力容器定期檢驗任務繁重，檢驗工作仍主要是依靠檢驗人員操作完成。定期檢驗的一般程序包括：資料審查、檢驗方案制定、檢驗前的準備、檢驗實施、缺陷及問題處理、檢驗結果匯總、出具檢驗報告等。檢驗人員需要做紙質現場記錄、繪制設備簡圖、測量數據、標注檢測 位置、記錄數據等，然后將數據及發現問題匯總，根據安全技術規范的規定對壓力容器的安全狀況等級進行綜合評定，現場檢驗完成后需將檢驗記錄手動輸入到電腦后生成檢驗報告，傳統工作模式勞動強度大，智能水平較低；再者，壓力容器由于用途不同，所以其材質、結構、規格和介質也各不相同，在制定檢驗方案時，檢驗人員需根據設備具體情況查閱相關規范和標準，了解該容器的損傷模式和失效模式，再結合使用狀況制定有針對性的檢驗方案，因此檢驗人員需要查閱或記憶的資料內容較多，檢驗方案質量受檢驗人員人為因素影響很大，從而影響檢驗質量和檢驗效率，檢驗質量管理難以把控。

2 壓力容器定期檢驗智能輔助系統及方法

隨著信息智能化高速發展，為了改變傳統的檢驗模式，減輕檢驗人員工作強度，控制過程準確、保證結果正確，更好地實現質量管理，可引入一種智能化的壓力容器定期檢驗輔助系統和方法，使檢驗過程更規范、簡便、高效。該智能系統包括六大模塊：數據庫、輸入模塊、數據采集模塊、圖形模塊、邏輯判斷、輸出模塊，其關聯情況如圖1。

數據庫包含壓力容器定期檢驗所有相關安全技術規范和標準，比如：《固定式壓力容器安全技術監察規程》(TSG 21—2016)、《壓力容器》(GB/T 150—2011)、《承壓設備損傷模式識別》(GB/T 30579—2014)等等。建立規范和標準數據庫，以便于對輸入的信息進行分析，實現智能邏輯判斷；數據庫還包括壓力容器定期檢驗的記錄和報告模版，在規范和標準被調用時，對檢驗的設備信息和檢驗數據進行分析判斷、計算和評級，寫入檢驗記錄和報告；輸入模塊，包括文本輸入方式、語音輸入方式和對圖片進行文字識別等方式，以實現對壓力容器設備信息和檢驗數據的智能輸入；數據采集模塊，是指以藍牙方式連接測量設備，自動采集檢驗項目的檢驗數據；圖形模塊，包括畫圖、自動生成和編輯簡圖功能，根據輸入的設備參數信息生成設備二維簡圖；邏輯判斷，根據所調用的相關規范和標準中的條款規定，對所述輸入模塊的輸入信息進行邏輯判斷、選擇以及相關計算；輸出模塊，包括輸出檢驗設備的信息、檢驗方案、檢驗數據、以及邏輯判斷的結果，按照相應記錄和報告的文本格式進行輸出。

圖1 壓力容器定期檢驗智能輔助系統

應用壓力容器定期檢驗智能輔助系統的常規檢驗方法如下：

步驟一，審查設備資料，選擇文本、語音或拍照識別圖片文字輸入壓力容器的基本信息。

步驟二，根據壓力容器的材質、介質、使用工況等信息調用數據庫中的相應設計、檢驗規范和標準，進行邏輯判斷，初步生成壓力容器定期檢驗方案，檢驗人員確認或修改確認后經審核批準，最終輸出檢驗方案。

步驟三，根據檢驗方案開展現場檢驗，將各檢驗項目的檢測數據通過輸入模塊或數據采集模塊實時輸入，寫入檢驗記錄。

步驟四，對各檢測結果進行整理分析，基于數據庫支持，對發現的缺陷定位、定性、定量，評級并提出問題處理意見，檢驗人員通過經驗積累評判缺陷描述是否準確，確認后生成相應的檢驗記錄和報告。

步驟五，檢驗記錄和檢驗報告經系統流轉進行審核和批準，最后智能打印輸出檢驗方案、檢驗記錄和報告及其他文本資料(如檢驗意見通知書和檢驗收費單等等)。

壓力容器定期檢驗智能輔助系統檢驗流程如圖2 所示，以100m3液化石油氣貯罐定期檢驗為例，檢驗過程說明如下。

圖2 壓力容器定期檢驗智能輔助系統檢驗流程圖

檢驗人員首先審查設備資料，選擇文本輸入方式或拍照自動識別圖片文字信息，將設備信息(如使用單位名稱、設計單位名稱等)進行自動匹配輸入系統，選擇檢驗相應的規范和標準(如選擇設備的設計標準《壓力容器》(GB/T 150—2011)，檢驗依據《固定式壓力容器安全技術監察規程》(TSG 21—2016)等)，如該設備材料為Q345R(低合金鋼材質)，介質為液化石油氣(含濕H2S)，基于數據庫中的規范和標準，智能輔助系統根據檢驗輸入信息進行判斷，得出該設備的損傷模式為濕H2S 破壞[3]，檢驗項目應有表面缺陷檢測、埋藏缺陷檢測和硬度檢測[2]等。進一步如標準規定鐵磁性材料表面缺陷檢測應優先選用磁粉檢測[4]，檢驗人員需再次根據系統提示，選擇具體檢驗方法，智能輔助系統將詳細的檢驗方案按照一定的格式(內容包括設備基本信息、損傷模式、失效模式以及檢驗項目等)輸出，檢驗人員查看方案進行確認或修改確認。

開展現場檢驗時，智能輔助系統根據確定的檢驗方案中的檢驗項目進行，檢驗人員將各檢驗項目的數據輸入，如宏觀檢驗中測量焊縫的錯邊量，將測量結果輸入即可做出評級判斷，包括發現缺陷應采取的處理措施或應增加的檢驗項目。并生成相關的記錄和報告。

其中在進行壁厚測定的項目時，智能輔助系統會根據設備的參數信息，如容器筒體長10m、直徑3.6m、橢圓封頭等信息生成壓力容器簡圖并可編輯，標注縱縫和環縫的相對位置，測厚點、硬度測點的相對位置及無損檢測的位置和可能發現缺陷的相對位置。進行測厚時，系統和測厚儀相連接，測厚儀測量容器壁厚的數據直接輸入智能輔助系統，并可以智能判斷是否合格，是否需要強度校核。如果需要強度校核，智能輔助系統調用設備的設計標準中相應的校核計算公式，自動完成強度校核的計算并得出結果。

最終，智能輔助系統對各檢驗項目按照《固容規》的規定進行評級，以其中項目等級最低者為綜合評定等級，得出檢驗結論，輸出檢驗方案、記錄和報告和特種設備檢驗意見通知書和檢驗收費單等檢驗資料。

3 結語

傳統壓力容器定期檢驗工作模式工作強度大，智能化水平低，且極大考驗檢驗人員的經驗積累，檢驗質量受人為因素影響較大。隨著工業的快速發展，壓力容器高參數、復雜化、數量多，定期檢驗作為壓力容器安全管理的重要環節，重要性也越來越突出。筆者認為在人工智能高速發展的今天，引入壓力容器定期檢驗智能輔助系統為提高壓力容器定期檢驗工作質量、控制過程準確、保證結果正確，減輕檢驗人員機械勞動強度方面有重要意義。