壓力容器不拆保溫、不開罐檢驗方法對比

李明娥，剡 亮

（酒泉市特種設備檢驗所，甘肅 酒泉 735000）

根據 《固定式壓力容器安全技術監察規程》的規定，壓力容器定期檢驗工作包含資料審查、宏觀檢驗、壁厚測定、耐壓試驗、磁粉、滲透、超聲[1]等無損檢測方法，需要清空原料、開罐、清洗、置換、去除表面防腐層、檢驗、重新恢復表面防腐等[2]，檢測程序比較復雜，而且一般要求停車、拆除保溫保冷層，才能開罐進行檢驗。經相關數據顯示，相當一部分壓力容器停車期間產生的腐蝕比正常使用時的腐蝕嚴重的多，所以開罐檢驗有可能進一步加劇容器的損傷程度，而且大多數壓力容器是集成密閉循環系統的一部分，如果檢測時必須停車、破壞密封系統、清空保溫介質、拆除保溫層，拆除耗時長工作量大，造成檢測周期長，且保溫層造價高，給企業帶來的不小的經濟損失[3]。因此，使用單位希望有一種新的檢測技術，能夠在不需要開罐的情況下安全、高效、快捷、低成本地開展檢驗檢測，并對容器的安全狀況進行評估。

目前比較流行的不拆保溫、不開罐檢測方法主要有熱成像技術、脈沖渦流技術和聲發射等技術。下面就這幾種方法的優缺點做一比較。

1 熱成像技術原理

熱成像技術是指運用了紅外輻射的原理，通過形式各樣的接收紅外輻射的儀器來吸收所需物體發出的紅外輻射，再將該物體表的的溫度轉化為熱圖像（工作原理圖如圖1 所示），圖像顯示的不同顏色代表被測物體的不同溫度[4]。該技術被廣泛應用于疫情防控、航空航天器和壓力容器的裂紋、焊縫、銹蝕和疲勞等方面檢測。常用來檢測壓力容器中因使用而損壞的內襯、保溫層的跑冷跑熱、液面異常等，根據異常情況來側面反映容器有無腐蝕或運行有無異常。它的優點是被動式非接觸性的檢測與識別，操作方便、不受電磁干擾，可以宏觀地反應被測物體的溫度場；缺點是圖像對比度低，分辨能力差、成本較高等。

圖1 熱成像原理圖

2 脈沖渦流檢測技術及應用

脈沖渦流檢測技術的主要原理是通過脈沖發射機發射出一個快速變化的電磁場信號（如圖2 所示），經過線圈將電磁場誘導產生渦流,經過傳感器到接收器，最后由接收器反映渦流脈沖信號的衰變情況，把信號特征的響應時間和參考值進行分析計算，得出金屬物件的厚度和保溫層的使用情況[5]。

圖2 脈沖渦流原理圖

脈沖渦流檢測技術的優勢是可以在設備不停車、不拆包覆層、不打磨且不用進行充分耦合情況下完成檢測項目，可顯著提高檢測效率，降低檢測成本，且穿透能力強（能有效檢測的壁厚大，能穿透的保溫層厚度大），對保溫保冷層、使用鋁皮、鐵皮等保護層的金屬構件壁厚的腐蝕或其他壁厚腐蝕減薄缺陷均能檢出，并能在設備處于不停車、正常運行狀態時進行檢測。局限性是檢測結果只是投影到傳感器上的平均剩余壁厚值，難以檢出管壁內小體積缺陷。

以一臺加氫反應進料加熱器殼程出入口管線為例，在進行年度檢驗時，對帶有保溫層的管線用渦流掃查，通過對渦流信號進行分析，發現出口直管有18%的減薄區域，為進一步確定減薄區域的大小，分析產生的原因，驗證脈沖渦流檢驗的結果，拆除表面金屬保溫層后，發現直管下部保溫材料下存在大量積水（如圖3 所示），拆除保溫層發現管道表面存在腐蝕產物（如圖4 所示），用超聲波檢測方法進行掃查驗證，超聲波測厚實測標定位置8.4mm，腐蝕減薄位置最小值6.9mm，減薄量約為18%,與渦流掃查異常部位吻合（渦流掃查數據為5.2mm、5.3mm），根據使用工況分析為層下腐蝕，判斷為安裝不良或覆蓋層防護不嚴密使得覆蓋層的間隙處或破損處滲水，進而造成層下腐蝕，建議3 年后再進行脈沖渦流掃查。

圖3

圖4

3 聲發射技術原理及應用

聲發射技術是一種全新的、動態的無損檢測方法，通過帶壓容器內部結構產生的壓力波情況，定量判斷缺陷類型和存在位置，工作原理圖如圖5 所示。已在汽車、鐵路、航天航空、石油化工、電力等諸多領域廣泛應用，與常規檢測技術相比，具有以下特征：一是能加強對動態缺陷的檢測靈敏度，在缺陷萌生階段或者不斷擴展過程中均可發現；二是聲發射波主要通過缺陷自身來傳遞，因此可以獲得更多有關缺陷信息，提高檢測靈敏度與精準性。

圖5 聲發射工作原理圖

優點：聲發射技術是一種新型的動態性檢測技術，主要通過物體自身所受內力或外力產生變形或斷裂所產生的應變能等參數來評判缺陷類型、危害程度、結構連續性、剩余壽命等[6]。該技術可在外加應力情況下，探測內部缺陷的活動規律，如果缺陷相對穩定，則不會發出聲發射信號，如果缺陷不穩定則會發出聲發射信號到接收器，然后由人工進行信號分析判斷。聲發射技術可提供瞬時或連續信號，這些信號可隨時間、溫度、載荷等外部變化而產生，可應用于監視過程并預測早期損壞和即將發生的損壞的可能性；另外，該技術對被檢工件的距離要求不高，適用于劇毒，高溫，核輻射，易燃易爆等難以進入的環境，完成檢測過程。缺點：聲發射特性對材料敏感，容易受到機電噪聲的干擾。正確解釋數據需要更豐富的數據庫和現場測試經驗；聲發射測試通常需要適當的加載程序，在大多數情況下，可以使用現成的裝載條件，但需要進行特殊準備。由于聲發射的不可逆性，實驗過程中的聲發射信號無法通過多次加載而反復獲得。因此，每個檢測過程的信號采集是非常寶貴的，不應因人為疏忽而丟失寶貴的數據。

以聲發射檢驗一臺10 000m3儲罐為例，設備信息為：2005 年建造某廠建造投用，直徑為31.2m，高度為12m，液位為10.85m，儲罐結構為立式，介質為原油，采用12 個傳感器進行檢測，1—6 號為在離罐基礎0.75m 高度的儲罐外壁面，7—12 號為護衛傳感器，安裝高度為1.95m，數據采集時間為18.5h，按照JB/T 10764—2007 標準的規定，采用區域定位分析及方法分析綜合對儲罐底板進行數據分析，區域分析標準見表1。

表1 基于區域定位分析的聲發射圓的分級[7]

通過對采集的數據進行分析，排除機械振動、電磁干擾、周期信號等因素，選取白天采集的3 小時進行數據分析，處理后得到的撞擊數為4765 個，事件數為488 個，單個通道每小時出現的撞擊數為采集的撞擊數為1456 個，結合儲罐運行的檢修情況，該儲罐底板腐蝕狀況評價為Ⅱ級。為驗證檢驗結果，進行開罐檢驗，發現儲罐底部幅板靠近中央的幅板防腐層出現局部鼓包破損現象，周圍幅板有深度不等的腐蝕坑，最大深度為2mm,最大減薄量30%，與聲發射檢驗結果相吻合，建議三年后再進行聲發射檢測。

4 結束語

熱成像技術作為一種新型的檢測技術，對壓力容器的內襯、保溫層的跑冷跑熱、檢測液面的異常等方面有著重大的指導意義。脈沖渦流和聲發射對容器不拆保溫、不開罐檢驗，有著無可取代的優勢和暫時無法克服的技術難。為提高壓力容器檢測效率，降低企業經濟損失，應根據設備特征選擇合適的壓力容器不拆保溫、不開罐檢測技術，分別檢測壓力容器壁厚變化、腐蝕及活動性缺陷等情況，從而評估其安全可靠性能，提高檢測效率。