低溫壓力容器無損檢測技術的有效運用

戚云崗

[摘 ? ?要]低溫壓力容器在生產實踐中得到廣泛應用，其具有一定的危險性特點，只有不斷改善設備運行狀態(tài)，才能避免造成安全事故，保障人們的生命財產安全。在傳統(tǒng)檢測工作當中，破壞性檢測的應用較多，會造成資源浪費的問題，而且檢測效率相對不高。無損檢測技術的應用則解決了上述問題，是生產中的常見檢測手段，可以得到更加可靠的結果。文章將對低溫壓力容器與無損檢測技術加以介紹，分析低溫壓力容器無損檢測技術的應用原則，探索低溫壓力容器無損檢測技術的有效運用措施。

[關鍵詞]低溫壓力容器;無損檢測技術;運用措施

[中圖分類號]TP391.41 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2022）03–0–03

Analysis on the Effective Application of Nondestructive Testing

Technology for Low Temperature Pressure Vessels

Qi Yun-gang

[Abstract]Cryogenic pressure vessels are widely used in production practice， and they have certain dangerous characteristics. Only by continuously improving the operation status of equipment can we avoid safety accidents and ensure the safety of people's lives and properties. In the traditional detection work， there are many applications of destructive detection， which will cause the problem of waste of resources， and the detection efficiency is relatively low. The application of non-destructive testing technology solves the above problems， is a common testing method in production， and can obtain more reliable results. This article will introduce cryogenic pressure vessels and non-destructive testing technology， analyze the application principles of non-destructive testing technology for cryogenic pressure vessels， and explore effective application measures of non-destructive testing technology for cryogenic pressure vessels.

[Keywords]cryogenic pressure vessel; non-destructive testing technology; application measures

壓力容器在使用過程中的風險較大，做好壓力容器質量狀況的檢測，可以消除其中的安全隱患，保障生產及人員安全。結合低溫壓力容器的特點，加強對無損檢測技術要點的嚴格控制，確保技術優(yōu)勢得到充分發(fā)揮，降低外界因素對檢測工作的影響。

1 低溫壓力容器與無損檢測技術

1.1 低溫壓力容器

在運輸和存儲液化氣體的過程中會用到低溫壓力容器，其介質類型較多，包括了液化天然氣、液氮、液氫和液氧等，因此設備的性能狀況會對介質的存儲效果產生直接影響。我國出臺了相關法律法規(guī)和技術標準等，針對低溫壓力容器的生產制造和使用過程實施規(guī)范，能夠為實踐工作提供科學指導，包括了《低溫絕熱壓力容器試驗方法》和《鋼制低溫壓力容器技術規(guī)定》等，需要嚴格遵循相關要求進行制造和使用。低溫壓力容器的設計溫度相對較低，一般在-20 ℃以下，主要包括了深冷型壓力容器和低溫型壓力容器，前者設計溫度更低，一般在-150 ℃以下。常用工業(yè)氣體的液化溫度如表1所示。因此深冷型壓力容器可以存儲和運輸?shù)脱酰蜏匦蛪毫υO備則可以用來存儲和運輸二氧化碳等。低溫壓力容器的保溫性能是決定其整體使用性能的關鍵點，堆積絕熱式保溫方式的應用較為常見，為內部檢驗工作創(chuàng)造了條件。高真空多層絕熱式保溫和真空粉末絕熱式保溫方式在深冷型壓力容器中的應用較多，通過夾套和內膽共同達到保溫的作用，尤其是多孔性微粒絕熱材料的使用，改善了設備的保溫性能，但是也會給無損檢測造成一定的困難。不同介質的低溫壓力容器工作壓力也有所差異，比如存儲液化二氧化碳的低溫壓力容器工作壓力在2 MPa左右，其他的一般在1 MPa以內。

1.2 無損檢測技術

無損檢測技術在對物體實施檢測時不會產生破壞，能夠確保設備使用性能達到要求，對于表面缺陷和內部缺陷的檢測效果較好，當前多種先進設備儀器和技術手段得到廣泛應用，提高了無損檢測的水平。無損檢測技術類型較多，包括了超聲檢測、射線檢測、磁粉檢測、滲透檢測、渦流檢測等。無損檢測呈現(xiàn)出非破壞性和全面性的特點，不會對工件或者設備的性能造成負面影響，能夠更加全面地評估缺陷問題，防止在檢測工作中存在死角和盲區(qū)，解決了傳統(tǒng)檢測技術的局限性問題。另外，無損檢測具有全程性和可靠性的特點。無論是對于原材料的檢測，還是對于成品及服役設備的檢測，都可以采用無損檢測技術，因此達到全程化檢測要求。隨著技術水平的提升，其檢測精度也會大幅提高。

2 低溫壓力容器無損檢測技術的應用原則

（1）應該確定檢測時間。在開展無損檢測工作前，應該了解設備的使用情況和生產需求，分析設備材料和工藝特點，以便在合適的時間實施檢測，避免對正常生產作業(yè)造成影響，達到最終的檢測目的。

（2）應該做好無損檢測和破壞性檢測的有效結合。在部分情況下，單純采用無損檢測技術無法獲得可靠的檢測結果，因此在必要情況下需要實現(xiàn)兩者的密切融合，以避免檢測結果中呈現(xiàn)較大誤差。

（3）應該做好無損檢測技術的合理選擇。不同技術手段的優(yōu)勢及缺點各有不同，因此在實踐工作當中需要加以針對性選擇，以提高檢測工作效率與質量。射線檢測通常無法應用于鋼板分層缺陷檢測工作中，此時可以采用超聲波檢測技術。

（4）還應該做好不同技術的密切融合。由于各類無損檢測技術的適用情況有所差異，因此在實踐工作當中則需要靈活運用不同的技術手段，在最短的時間內獲得更加精確的檢測結果。

3 低溫壓力容器無損檢測技術的運用措施

3.1 制造過程檢測

3.1.1 原材料檢測

原材料的質量是決定低溫壓力容器性能的關鍵因素，相較于高溫低溫壓力容器和常溫低溫壓力容器而言，由于其運行環(huán)境的溫度較低，因此應該以低溫V形缺口沖擊試驗為依托實施檢測，確保在低溫環(huán)境下仍舊保持良好的工作狀態(tài)。不銹鋼鋼板和低合金鋼等，是低溫壓力容器的主要原材料，通過超聲檢測的方式可以評估材料的缺陷狀況，要明確NB/T47013標準中的相關要求，排查鋼板制造中的部分缺陷問題，比如裂紋、分層等。在無損檢測工作當中對于鋼板的厚度有明確要求，一般不低于20 mm，而且質量等級應該在三級以上。縱波直探頭是超聲檢測技術應用中的關鍵構件，不同厚度的鋼板選擇的晶片面積也有所差異，比如當鋼板厚度在20～250 mm時，需要采用2.5 MHz單晶直探頭，使用方晶片和圓晶片時其面積和直徑分別在200 mm2和14～25 mm;而當鋼板厚度在6～20 mm時，則使用5 MHz雙晶直探頭，晶片的面積則應該在150 mm2以上。

3.1.2 射線和超聲檢測

射線和超聲檢測技術多應用于低溫壓力容器的焊縫檢測當中，針對其各類缺陷實施評估，包括了未焊透缺陷、氣孔缺陷、裂紋缺陷和夾渣缺陷等等，能夠有效發(fā)現(xiàn)內部缺陷問題。而滲透檢測技術和磁粉檢測技術多應用于表面缺陷的無損檢測當中。夾層式結構是深冷型低溫壓力容器的主要殼體形式，對于內部承壓殼體的檢測難度相對較大，相較于常溫壓力容器而言，在焊縫檢測中的要求也相對更高。采用射線和超聲無損檢測技術時，需要確保低溫壓力容器的設計溫度不超過-40 ℃，如果溫度無法滿足要求，其鋼板厚度至少為25 mm。應該明確圖樣的具體要求，在焊接接頭的無損檢測中實施復檢，充分發(fā)揮射線無損檢測技術和超聲無損檢測技術的優(yōu)勢。在實踐工作當中主要是針對凸形封頭的拼接接頭、焊縫交叉位置、補強圈和墊板覆蓋的焊接接頭等實施檢測。采用射線無損檢測技術時，應該確保檢測質量等級在AB級以上，不同物質對于射線吸收系數(shù)存在較大的差異，通過分析射線能量的衰減則能夠評估低溫壓力容器的缺陷問題。X射線探傷機和γ射線探傷機是實踐中的常用設備類型，如果低溫壓力容器的鋼板厚度不超過50 mm，則可以采用前者實施檢測。近年來，X射線實時成像系統(tǒng)的應用越來越多，可以針對低溫壓力容器進行自動化檢測，更加及時地呈現(xiàn)缺陷問題，直觀反映缺陷類型和位置等信息。射線檢測法能夠更加直觀地分析缺陷圖像，滿足寬度和長度的定量分析要求，能夠更加快速地保存檢測結果。

在全焊透熔化焊對焊縫內部缺陷檢測中可以采用超聲無損檢測技術，要求低溫壓力容器的鋼板厚度在8 mm以上，其中A型脈沖反射式超聲波探傷儀的性能十分可靠，使用了2～5 MHz斜探頭，工作頻率在1～5 MHz。雙面雙側直射波檢測技術適用于鋼材厚度在40 mm以上的低溫壓力容器檢測工作。當?shù)蜏貕毫θ萜髦写嬖谌毕輹r，超聲波的傳播方向就會出現(xiàn)改變，可以根據(jù)其改變特性來評估缺陷問題，具有很強的穿透作用，更加準確地定位缺陷位置，尤其是在面積型缺陷檢測中的效率更高。同時，運用超聲檢測技術可以降低成本投入，提高檢測工作的便捷性，但是檢測結果也容易受到晶粒度和材質等因素干擾。

3.1.3 磁粉和滲透檢測

當?shù)蜏貕毫θ萜鞔嬖谌毕輪栴}時，則會對鐵磁性材料的連續(xù)性產生影響，引發(fā)畸變和漏磁場的情況，通過觀察其磁痕狀況則能夠快速找到缺陷位置及大小等，這就是磁粉檢測技術。在微小缺陷的檢測中可以采用磁粉檢測技術，能夠達到微米級檢測要求，適用于近表面和表面小尺寸缺陷檢測工作。磁粉檢測技術的適用性也加強，在板材、型材、鑄鋼件和半成品、原材料、成品工件等檢測中可以獲得更高的檢測精度，在非磁性材料檢測中不能使用磁粉檢測技術。將含有著色染料的滲透劑涂在低溫壓力容器表面當中，會逐漸滲透到缺陷當中，通過顯像劑來觀察著色染料的分布情況，從而獲得缺陷信息。在非金屬材料和金屬材料的無損檢測中，都可以采用滲透檢測技術，適用于各類磁性材料和非磁性材料的檢測，靈敏度相對較高，而且呈現(xiàn)出直觀性和便捷性的特點。然而，該技術也具有一定的局限性，無法針對表面粗糙的低溫壓力容器實施檢測，缺陷深度參數(shù)無法獲得，因此在定量評價中遇到困難。

3.1.4 TOFD檢測

我國壓力容器朝著越來越大型化的方向發(fā)展，許多大型的壓力容器受運輸條件的限制而很難進行整體運輸，再加上受到現(xiàn)場放射線的影響，會在一定程度上增加某些容器缺陷檢測的困難，進而增加檢測的成本。而TOFD檢測技術彌補了射線檢測中存在的種種不足之處，其探頭具有較寬的覆蓋范圍，能夠對缺陷自身高度進行精確的測定，對各種缺陷的檢測都具有較高的靈敏度，還能夠保存缺陷圖像。采用TOFD檢測技術避免了在檢測過程中額外對容器采取其他的防護措施，極大地減少了傳統(tǒng)檢測設備所花費的人力、財力以及物力等，降低了耗材的巨大開銷，節(jié)省了曝光室的修建費用，同時使工作人員夜間工作的現(xiàn)狀也得到了改變，提高了工作的進程與效率，TOFD檢測技術已經(jīng)成為了現(xiàn)場制造厚壁大型容器無損檢測方法的首選。

TOFD檢測技術在壓力容器行業(yè)的應用存在著技術上面的優(yōu)勢，但同時也具有一些不可忽略的缺點，自身存在著一定的局限性，例如難以解釋缺陷性質、夸大了一些危險性不大的缺陷、可能會漏檢一些橫向裂紋等。具體來說主要表現(xiàn)為：一些檢測范圍可能會存在一定的盲區(qū)，利用TOFD檢測技術檢測后的掃描圖像顯示，有時會難以很好地定性一些容器出現(xiàn)的缺陷;部分容器檢測后的掃描圖像較為復雜難易讀懂，必須是擁有極為豐富的工作經(jīng)驗的人員才能讀懂;實際的檢測過程中，可能會由于橫向缺陷檢測的困難性而存在一些人為誤差。

3.2 使用過程檢測

3.2.1 目視檢測

目視檢測的方式是評估低溫壓力容器缺陷問題的重要方法，主要是借助于檢測人員的相關經(jīng)驗和專業(yè)技能開展檢測。分析低溫壓力容器的基本信息是否達到相關要求，包括了銘牌、使用證號碼和漆色等。泄漏缺陷、裂紋缺陷、損傷缺陷和變形缺陷等會出現(xiàn)在接口、本體和焊接接頭等位置，目視檢測的方式也能實現(xiàn)快速排查。針對低溫壓力容器的表面進行檢查，觀察是否存在結露、結霜和腐蝕等問題。保溫層的性能也會影響低溫壓力容器的使用效果，應該對其跑冷缺陷、破損缺陷和脫落缺陷等實施檢測。在容器運行中可能出現(xiàn)異常聲響和振動的情況，通過目視檢測可以快速找到缺陷位置。針對支座實施檢測，防止在運行期間出現(xiàn)開裂和下沉的情況，防止螺栓松動。針對溫度和壓力實施檢查，避免超過低溫壓力容器的閾值而引發(fā)安全事故，做好罐體的接地處理。

3.2.2 聲發(fā)射檢測

通過聲發(fā)射信號也可以對低溫壓力容器實施在線無損檢測，能夠更加準確地評估其完整性，分析設備性能狀況。低溫壓力容器的多種缺陷問題都會引發(fā)聲發(fā)射現(xiàn)象，包括了應力腐蝕、范性形變、焊接裂紋和裂紋擴展等，借助于該技術可以動態(tài)化了解缺陷的變化情況并實施控制。為了提高聲發(fā)射檢測的整體水平，需要借助于專門的聲發(fā)射檢測儀器，包括了多通道檢測和單通道檢測兩種類型，前者在運行檢測中的應用較多，不會對低溫壓力容器的使用產生較大影響，后者主要應用于材料無損檢測當中。針對低溫壓力容器中的裂紋擴展缺陷，運用聲發(fā)射技術可以達到0.01 mm的檢測精度要求，分析設備的危險等級，以便及時維修或者更換，防止對人員安全形成威脅。該技術具有實時化和動態(tài)化的特點，可更加快速地判斷缺陷類型，確保整個檢測過程的安全性，以計算機分析軟件為依托，可以更加快速地評估低溫壓力容器的安全性能。加工質量和低溫壓力容器的表面狀態(tài)不會對檢測結果造成干擾，整體性特征顯著，降低了檢測工作的繁瑣性。此外，缺陷位置和方向等要素也不會對無損檢測結果產生影響，具有很強的靈活性及適用性。

4 結語

采用無損檢測技術，可以實現(xiàn)低溫壓力容器的高效化檢測，及時發(fā)現(xiàn)其中的缺陷問題并采取防控措施，以避免造成嚴重的事故問題。在開展無損檢測工作時，應該明確具體的檢測時間和檢測方式，做好不同檢測技術的密切協(xié)同。主要是針對低溫壓力容器的制造過程和使用過程加以檢測，前者包括了原材料檢測、射線和超聲檢測、磁粉和滲透檢測、激光檢測等，后者包括了目視檢測和聲發(fā)射檢測等，只有獲得可靠的檢測結果，才能對容器的性能狀況實施科學評估，滿足生產使用需求。

參考文獻

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