张文庆(河北华北石油特种设备检验所，河北任丘062552)

无损检测技术在高温压力容器不停车、不开罐检测中的应用

张文庆(河北华北石油特种设备检验所，河北任丘062552)

本文在试验研究和国内外资料调研的基础上，总结了高温在不停车检测技术方法，探讨了其应用范围和检测精度，讨论了高温在线检测技术在压力容器安全运行的重要作用。

高温下压力容器失效形式比较复杂，在设计时也难以进行控制。因此，高温环境作用下，压力容器的失效概率是很高的。长期在高温、高压下操作的设备存在高应变应力部位，这是设备的最薄弱部位，极易萌生裂纹并快速扩展导致设备失效，严重影响整个装置的长周期安全运行，是石油化工、化工行业的重大安全隐患。

1 高温压力容器在线检测技术

1.1 厚度测量

高温容器腐蚀失效占高温容器事故而迫使企业非计划停车的30%以上，因此，高温容器在役腐蚀检测与长期状态监测是防止高温容器腐蚀失效乃至灾难性事故的最为有效的手段。厚度测量是压力容器在线检测的重要手段。石化行业的常减压、焦化装置的容器等常常因冲蚀减薄而造成泄漏，严重的产生起火爆炸，酿成事故[1]。常规测厚仪要求被测件表面温度小于50℃，显然不能满足高温压力容器在线检验需求。

为解决这一问题通常选用高温测厚探头，并且搭配相应温度下的高温耦合剂。由于在不同温度下，材料中超声波的声速、声压发生变化，随着温度的升高，超声波的速度降低[2]，声波幅度衰减显著变大，在高温超声波横波检测前应该有声速的修正过程。声速修正讲超声脉冲垂直入射已知厚度的被测试样中，根据超声脉冲回波或透射波的传播时间来计算声速。

通过发射低频磁场，在材料表面产生涡流信号，在材料表面以下，涡流信号逐渐衰减，衰减程度与材料壁厚的成函数关系，涡流信号在材料另一侧面（背面）信号突然消失。通过涡流信号强度与突然消失的时间，可计算出材料厚度。这个厚度是磁场区域内的平均厚度，即探头区域内的平均厚度。

1.2 焊缝及母材外表面缺陷的检测技术

1.2.1 磁粉检测

磁粉检测可检测材料表面近表面缺陷。利用铁性粉末在磁场中被漏磁场吸附形成的铁痕来显示材料不连续发生的位置、大小、形状和严重程度的铁磁性材料缺陷的无损检测技术。铁磁性材料工件磁化后，由于不连续性的存在，使工件表面和近表面的磁感线发生局部畸变而产生漏磁场，吸附施加在工件表面的磁粉，从而显示其缺陷。使用温度超过300℃高温磁粉已经得到应用[2]，其原料为铁的复合氧化物。一般为空心球形，具有较好的移动性和分散性，磁化工件时，磁粉能不断地跳跃着小漏磁处聚集。ASME标准规定，满足一定要求的干磁粉可以用于315℃以下环境的检测。

1.2.2 渗透检测

渗透检测主要检测表面开口缺陷。资料报道王建喜、陈时宗[5]等人研究的处于高温下的金属。致密性非金属材料及其制件表明探伤的高温型着色探伤渗透液，可完成对表明温度为150～220℃的制件表面的探伤，能检出宽度为0.001mm，宽深比为1/60。

1.2.3 声发射检测技术

声发射可以用于高温环境下的检测和监控[3]，其原理图如图1所示。当材料受到应力作用时，能量首先在材料内部聚集，当能量增大到一定程度时，就会在材料缺陷处产生瞬时弹性波，这种应力波在材料内部传播到材料表面，被耦合贴放的在材料表面的声发射传感器感应到，传感器内部的压电陶瓷将这种弹性波的机械振动转化为电信号，信号经过放大、处理后，可反应材料内部缺陷情况。

图1 声发射检测和监测原理图

3 结语

（1）对压力容器的使用管理来说，高温环境下的检测技术具有重要的意义。该技术可以在运行状态下，对高温运行中的设备进行抽查，及时发现新生缺陷，并判断这些缺陷是否危及设备安全，帮助管理部门确定检修计划；在已经发现缺陷的场合，该技术可以对缺陷进行实时监控，定期监测缺陷的扩展，随时提醒管理部门采取果断措施停车检修或更换设备。

（2）复杂工况的出现以及对经济效益的要求越来越高，部分压力容器无法停车、开罐检验，，在线检验技术可以很好的解决安全性与经济性的矛盾，从而为压力容器使用单位提供订单式服务需求，探索一种可靠的在线检验技术具有较大的应用前景。

（3）设备在高温运行状态下，设备是否存在缺陷，缺陷是否扩展，缺陷尺寸是否在安全容限范围内，缺陷的扩展速率，设备的寿命预测，安全保障技术等等，正是目前压力容器工程技术人员日益关注的问题。随着失效模式的研究日渐成熟，针对不同的失效模式选择必要的检验手段会成为未来检验主要方式，探究在线检验技术在一定范围内取代开罐检验已经成为我国无损检测发展的一个方向。

[1]王晓雷，承压类特种设备无损检测相关知识[M].北京：中国劳动设备保障出版社，2007.

[2]吕干霖等“高温钢声速与声速滞后现象”声学学报，Vol.17,No.6,1992,P.446