无损检测在固定式压力容器定期检验中的应用

张毅斌

（吕梁市特种设备监督检验所，山西 吕梁 033000）

0 引言

当前随着房地产业的不断发展，高层住宅的逐渐流行并推广，电梯的需求也不断攀升。而我国作为全球最大的电梯成产国和使用国，成为了当前全球最大的制造产地。截止2015年底，我国电梯产量以70%的速度在不断增长。大量电梯生产的背后带来的是电梯安全检修和运维的具体压力[1]。电梯运维工作人员如何去保养维护如此大数量永久性设备也是当前行业内面临的主要问题。而通过电梯大样本检验数据来对电梯的寿命、故障、运行状况进行分析和评估，不仅能对电梯今后的运行状态进行前瞻，更能提前判断高危故障点，保障维修的效率和质量。

1 固定式压力容器概述

压力容器是指在工业生产中具有特定的工艺功能并承受一定压力的设备。《特种设备安全监察条例》对压力容器定义为，是指盛装气体或者液体，承载一定压力的密闭设备，其范围规定为最高工作压力大于或者等于0.1MPa（表压），且压力与容积的乘积大于或者等于2.5MPa·L的气体、液化气体和最高工作温度高于或者等于标准沸点的液体的固定式容器和移动式容器；盛装公称工作压力大于或者等于0.2MPa（表压），且压力与容积的乘积大于或者等于1.0MPa·L的气体、液化气体和标准沸点等于或者低于60℃液体的气瓶；氧舱等。压力容器根据使用情况不同分为固定式和移动式两大类进行管理[2-3]。

固定式压力容器还具有安装和使用地点固定，操作条件和人员比较固定的特点。广泛用于石油、化工、动力、食品等行业。压力容器使用条件苛刻，工作环境恶劣，不同的压力容器，载荷不同，工作温度不同，内部介质具有腐蚀性不同的性能，这样就存在潜在的腐蚀、环境开裂、材质恶化、机械损伤的各种损伤失效风险，甚至会有爆炸的危险。压力容器发生事故除本身破坏外，还会引起一连串恶性事故，造成人员伤亡和财产巨大损失。

2016年颁布的《固定式压力容器安全技术监察规程》从设计、制造、使用、检验等做出了明确规定。固定式压力容器投入使用后，应根据设备特点、使用情况、安全等级，按照周期进行定期检验，确保设备在定期检验有效期内安全使用[4]。

2 固定式压力容器定期检验简介

固定式压力容器定期检验一般是在停机状态下进行的检验，以设备随机资料为依据，按照国家相关法规，通过宏观检查、壁厚测定、表面无损检测，必要时进行其他检测以确定设备安全状况。宏观检查主要为发现设备的结构不连续、结构不合理等，是利用人体感官结合一些测量器具、内窥镜、反光镜等简单工具和仪器，对设备结构尺寸、焊接接头、表面损伤、材料状况等进行检查，掌握设备状况，结合随机资料，可以确定测厚、表面无损检测重点，判断是否需要进行埋藏缺陷、硬度、材料、强度、密封性检测等。壁厚测定可以通过保证壁厚来确保容器能够承受生产过程中所需要的荷载，表面无损检测可以发现表明存在的裂纹等缺陷。有经验的检验人员，通过宏观检查，可以发现大部分设备存在的问题，或结合随机资料比较容易判断是否需要进一步增加检验项目和手段，但对表面微裂纹很难通过目视发现，发现埋藏缺陷更是不可能，有些设备由于结构的局限性，宏观检查不可能到位，所以选择无损检测方法、确定无表面损检测比例、如何综合运用无损检测技术是定期检验中很重要的一个环节。

3 无损检测技术特点

无损检测是指在不损坏产品构件为前提，充分运用声、光、磁、电、色等各种物理、化学手段来检测设备构件，进而通过数据比对或分析查看判断被检测产品构件是否存在损伤或存在缺陷进而判断被检查构件的性能指标。此外根据被检测构件的破损和缺陷程度、位置、数量等信息判断构件是否存在潜在的失效形式或查找失效原因，判断构件在定检有效期内是否满足工程使用要求。

无损检测方法有射线、超声、磁粉、渗透、涡流、目视、泄露、声发射、衍射时差法、X射线数字成像、漏磁、脉冲涡流等，随着技术的发展，激光、红外、微波等也用于无损检测。射线、超声、磁粉、渗透四大常规无损检测方法广泛用于压力容器的定期检验，声发射经常用于不能停机的设备的活动缺陷的检测[5]。

3.1 磁粉检测技术

将被检测构件磁化后，构件内部形成强大的磁感应强度，内部磁力线密度大大增加，当构表面或近表面存在缺陷时，内部的磁力线会产生变形，材料缺陷部位表面形成漏磁，吸引磁粉，显示缺陷形状。当前磁粉技术检测精度可以达到在材料表面或近表面呈现出不连续的宽度达到0.1微米的故障图像，这种精度可以使用磁粉检测技术检测到压力容器表面很微小的缺陷，磁粉检测技术分多种类型，压力容器定检中常用磁轭检测法。但磁粉检测只能用于铁磁性材料近表面检测，不能用于不锈钢、有色金属、非金属等材料，构件几何形状影响大，也检测不到较深的埋藏缺陷。

3.2 渗透检测技术

被检构件表面施涂的带色渗透液渗入表面开口缺陷中，去除表面多余渗透液，通过显像技术，在毛细管作用下渗透液被吸回表面，从而可以观察到表面缺陷的形状及分布。渗透检测不受材料限制，不受几何形状影响，但对表面粗糙度要求高，且只能检测到开口缺陷[6]。

3.3 超声波检测技术

利用超声波能量大、能量损失小、呈直线性、界面反射特点，超声波从被检构件检测面射入，遇到缺陷产生回波，根据回波判断缺陷情况。超声波检测用于埋藏缺陷检测，可以检测大厚度构件，可以确定缺陷位置和尺寸，但材料晶粒度、缺陷形状方向对缺陷的检出影响较大，难以判断缺陷形状、性质，且存在盲区，不能检测太薄的构件。

3.4 射线检测

射线穿过被检构件在胶片上成像显示构件内部缺陷形状。比较容易检测出体积型缺陷，能准确确定缺陷在平面的位置，可以通过对比分析[7]，确定缺陷自身高度，但面积型缺陷检出受射线方向影响大，穿透厚度受射线能量限制，不能确定埋藏缺陷的深度位置。

3.5 声发射检测

是一种动态检测，可缩短检验停机时间或用于不停机检验，一次试验过程可探测出整个结构的缺陷状态，适用于检测形状复杂的设备。但只能给出生发射源部位、活性、强度，不能确定缺陷的性质，需要依靠其他检测方法进行复验。

4 无损检测技术在固定式压力容器定期检验中的应用

无损检测技术在压力容器定期检验中使用最频繁，是最重要检验技术之一，是确定在用压力容器安全等级的重要依据。科学、合理地综合运用各项无损检测技术，才能保证定期检验的可靠性，提高检验效率，降低检验成本。

4.1 无损检测方法的选择

压力容器定期检验中，一般根据材料特性、被检构件几何尺寸及形状、操作环境选择适当的无损检测方法。进行表面无损检测时，铁磁性材料选择磁粉无损检测，非铁磁性材料选择渗透检测，小管径不能满足磁粉检测条件时，选择使用渗透检测；埋藏缺陷检测时，根据几何尺寸和操作环境选择无损检测方法，经常优先选用劳动强度小[8-9]，成本低的超声波检测，超声波检测结果需要验证时，用射线进行补充检测。检验人员选择无损检测时，往往忽略了对压力容器制造焊接过程和使用过程的了解，容易导致无损检测方法选用不当。在选择无损检测方法时，查看制造时焊接记录，运行中使用记录，根据实际情况，分析焊缝中可能产生的缺陷，如制造过程中焊接参数、焊接热处理是否不当可能遗留制造缺陷，使用过程中，是否在敏感温度区域停留时间较长，临氢环境设备升压降压、升温降温程序是否严格控制等，根据可能产生缺陷种类、性质确定无损检测方法、提高无损检测技术等级是非常必要的。

4.2 无损检测部位、比例的确定

《固定式压力容器安全技术监察规程》对压力容器定期检验无损检测比例做出了规定。检验人员在实际操作中，一定要认真查阅随机资料，了解制造过程中的薄弱环节，表面无损检测时要特别关注焊接热影响区重叠部位，焊接返修部位，或焊接存在缺欠的部位，通过合理确定无损检测部位和比例[10]，降低检验成本，提高检验效率，避免过度检验。除严格按照《规程》规定进行无损检测外，对存在未超标焊接缺陷的部位，可以适当增加埋藏缺陷检测项目，掌握缺陷在使用过程中的变化情况；对存在环境开裂倾向的设备，一定要增加表面无损检测比例，避免漏检。

4.3 超声测厚

壁厚测定，以均布测厚点与《规程》中规定的重点测厚点相结合，可以多测少记，连续测量，记录关键点，既掌握了整体情况，又抓住了重点，也减少了劳动量。

4.4 无损检测其它应用

大型成套设备，停机时间短，往往检验时间比较紧张，在停机之前选择进行声发射检测，确定缺陷部位，停机后根据声发射检测结果进行缺陷复验，判断缺陷性质；小型设备不能进行内部宏观检测，选择采用超声波无损检测方法，检测内表面缺陷。

5 结论

无损检测技术已经广泛运用于承压设备中各个环节，在压力容器定期检验中，发挥着其它检验技术不可替代的作用。无损检测工作专业性强，无损检测技术也在不断更新，很多压力容器检验人员并没有进行无损检测技术专业培训，需要不断丰富自己的无损检测专业知识，在实施检验过程中，需要加强与无损检测人员的沟通，才能充分发挥无损检测在压力容器定期检验中的技术支撑作用。