氨制冷压力管道检验难点及在线检验技术研究

陈 敏，王肖逸，卢俊文，湛立宁，周璐璐

(河北省特种设备监督检验研究院唐山分院，河北唐山 063000)

0 引言

由于氨介质具有良好的热力学性能，制冷行业80%的大型冷库均采用氨制冷系统，但是氨是一种有毒介质，氨制冷压力管道作为特种设备管理，必须进行定期检验。由于绝大部分氨制冷管道长期连续运行，造成停机检验困难，因而使带保冷层的低压侧管道超期不能检验，带来很大事故隐患[1]。应在符合现行规程的前提下，采用先进的检测技术实现在线检验。国内学者对DR射线成像和红外线热成像技术的应用理论研究较多，但结合脉冲涡流测厚技术的实际检验效果报道较少。本文通过比对试验验证DR射线成像技术在氨制冷管道不停机检验中的可靠性，再结合红外线热成像技术、脉冲涡流检测技术组合使用[2]，并通过制冷管道在线检验实际运用及对涉氨压力管道检验难点、制冷工艺特点分析，总结出了一套涉氨压力管道在线检验新技术。

1 氨制冷工艺简介

氨制冷工艺是氨气经压缩后，变成压力为1.3 MPa左右的高温气体，再经中间冷却器冷却后，变为中压常温气体供制冷系统使用。制冷过程中，氨气经节流阀减压后变成-45 ℃左右的液氨，供给制冷间的蒸发器使用。液氨在蒸发器内吸收热量后又变为气态，通过相变达到了制冷目的[3]。按照GB 50072—2021《冷库设计标准》中的定义，氨制冷的高压侧管道是指自制冷压缩机排气口→氨油分离器→中间冷却器→储氨器→节流装置(膨胀阀)的入口段制冷管道；低压侧管道是指自系统节流装置(膨胀阀)出口，经蒸发器到压缩机入口段管道。图1为氨制冷工艺流程[4]。

图1 氨制冷工艺流程

从制冷工艺方面来讲，氨制冷压力管道在热氨融霜操作时，易产生液击现象导致事故发生。因此按相关技术规程规定，施工所用焊接工艺必须保证连接焊口全焊透；热熔霜的管道100%射线探伤；氨制冷系统中采用热氨融霜操作时，应增加配套的安全防护装置，防止超压、液击现象的出现。对在役管道定期检验时，重点检查热氨熔霜装置是否符合设计要求，操作间是否有融霜操作工艺，相关管道上有无泄压装置。

2 氨制冷压力管道的检验难点和重点分析

2.1 氨制冷管道检验难点分析

从沿海地区涉氨冷库的检验中，发现多数小型冷库长期连续运行，停机检验较困难[5]，而对运行状态下的低压侧管道检验是最大难点。且有部分冷库在外观结构、阀门的选用等存在一些问题。对于安装技术资料和安装监检报告齐全的冷库，按照“质检特函[2013]61号”文件规定，采取可行的检验方法后，可以对氨制冷管道在不停机状态下进行检验。检验技术难点是不能用常规无损探伤方法检测带保温层的低压侧管道，当检验现场采用DR数字射线成像技术时，由于现场操作条件较差，检验比较耗时，探伤比例不容易达到10%的抽查要求。在宏观检验没有发现超标缺陷的前提下，且没有外界环境制约管道引起外加应力的存在，经审查安装技术资料，具有100%射线探伤报告及单线图，对安装时存在原生缺陷的部位、运行中有明显振动的部位作为检查重点，经检查无异常现象时，可制订合规的检验方案，减小DR数字射线抽查比例。

对于无安装技术资料及安装监检报告的冷库，应当补齐管道的设计图纸，当各类管件的材质不明时，从技术上较难对其材质进行准确认定。如果用户不能提供有效的材质证明材料，应更换管道部件。当管道图纸为后补时，应重点检查管道的结构及管线布局与实际现场是否相符。

2.2 氨制冷管道检验重点分析

宏观检查的技术重点是法兰密封面的密封状态是否完好；阀门是否为氨专用阀门；氨压缩机的进出口管道有无异常振动；保冷层外表面破损及跑冷的部位；热氨熔霜的抽液管道连接结构是否和设计相符；焊缝布置是否符合SBJ 12—2011《氨制冷系统安装工程施工及验收规范》中管道焊接的要求。

壁厚检测的重点是压缩机进出口，系统注氨入口的第1个弯头和直管段，保冷层出现损坏、剥落、跑冷等现象及穿越建筑物的管道。另外露天布置的中间冷却器外部连接管道也应作为测厚重点。

理化检验和材质确认的重点是各类材质不明的管道组成件。表面缺陷检测的重点是有明显振动现象的管道焊口及其相邻的管件焊口等，需进行表面无损检测。

焊缝埋藏缺陷检测的重点部位是外界环境影响管道自由伸缩，有可能产生应力的管道焊接接头[6]。对于低压侧应重点检测高风险、具备作业空间的管道，安装时不易焊接的固定焊口以及变径、三通、弯头等各类管件相连接的固定焊口[7]。

安全附件也应作为检验的重点，尤其是热氨融霜工艺抽液管道上是否有泄压装置，其他安全附件材质是否符合氨制冷规范的专业技术要求。

3 氨制冷管道的在线检验技术

3.1 DR数字射线成像技术

3.1.1 埋藏缺陷检测效果

从焊工培训的焊接试件中选取一批带有未焊透缺陷的管件，先用普通X射线拍片检查，对检出的缺陷定位、定量后，分别在裸管、覆盖保温层、覆盖保温层满液(模拟)3种状态下，用DR射线数字成像技术检查，将检查结果和X射线拍片结果进行比对[8]。然后，再从焊工培训的焊接试件中选取另一批带有焊接缺陷的管件，先用DR数字射线成像技术分别在裸管、覆盖保温层、覆盖保温层满液(模拟)状态下检查，再用普通X射线拍片检查复验[9]。图2为Φ76管件未焊透DR数字射线成像图(规格为Φ76×4 mm)，图3为Φ76管件未焊透X射线成像图 ，图4为Φ76管件未焊透实物割管图像。

图2 Φ76管件未焊透DR数字射线成像图

图3 Φ76管件未焊透X射线成像图

图4 Φ76管件未焊透实物割管图像

通过图2和图3检测方法成像图的对比可以看出，采用DR数字射线成像技术和普通X射线拍片技术检测的结果一致，再和图4比对，进一步证明了其可靠性。

3.1.2 表面缺陷检测效果

为进一步验证DR射线成像技术对表面缺陷检测的灵敏度，对表面带有机械损伤的试件进行了对比检查，图5为Φ89管件机械损伤DR数字射线成像图(规格为Φ89×4.5 mm)，图6为Φ89管件机械损伤的实物图像，通过图5和图6的对比可以看出，DR射线成像技术可以准确检测出试件表面缺陷。

图5 Φ89管件机械损伤DR数字射线成像图

图6 Φ89管件机械损伤的实物图像

3.2 红外线热成像技术

红外线成像仪接收物体发出的红外线热能信号，转换为电信号后形成热图像[10]。氨制冷管道在线检验中可以采用红外线热成像仪作为辅助检测方法，目的是检测出管道的跑冷部位，因为跑冷部位极易产生金属腐蚀，应当作为管道测厚及腐蚀检查的重点。

3.3 脉冲涡流检测技术

用脉冲涡流检测仪可以对带有保冷层的管道进行壁厚扫查检测，其原理是检测涡流脉冲信号在管道金属中的衰减变化，通过特定方法计算出金属管道的实际厚度。在现场检查中，可以选取某点作为标定点进行扫查检测，发现减薄信号的部位再进行定点测厚，检测的精准度应在5%范围以内。

3.4 在线检验技术的应用

3.4.1 应用实例

通过DR数字射线成像技术和普通X射线拍片比对试验，积累了一定的数据和检测经验后，开始用于实际检验中。对某乳液制品厂的冷库进行了在线检验，该冷库投产8 a，管道规格为Φ219×8、Φ159×7、Φ108×4.5、Φ89×4 mm，材质为20号钢，设计压力2.0 MPa、设计温度150 ℃。采用Ti400红外线成像仪，对低温侧压力管道进行了扫描成像检查，在Φ89×4 mm管道的弯头部位发现了轻微跑冷现象，采用42MF4型DR射线数字成像检测仪，检查管道金属表面未见表面缺陷。对管道焊口进行了埋藏缺陷检查，发现了一处未焊透超标缺陷，图7所示为Φ108管道未焊透DR数字射线成像(规格为Φ108×4.5 mm)。为此又进行了射线拍片复验，图8所示为Φ108管道未焊透X射线底片，从图7和图8中可以看出，2种方法检测出的缺陷完全一致。

图7 Φ108管道未焊透DR数字射线成像

图8 Φ108管道未焊透X射线底片

采用DPEC-17脉冲涡流检测仪，对低压侧带保冷层的管道进行了壁厚扫查检测，氨制冷管道脉冲涡流扫查数据如表1所示。为了验证脉冲涡流检测仪的准确性，在0.5 a后的停车检修中进行了超声波复测，经验证可知，2种检测结果的相对误差在5%以内。

表1 氨制冷管道脉冲涡流扫查数据表

3.4.2 应用效果

从以上应用实例可以看出，将红外线热成像技术、DR射线数字成像技术、脉冲涡流检测技术综合运用到氨制冷压力管道的检验中，可以在企业不停产、不拆除保冷层的状态下进行在线检验。首先采用红外线热成像仪，对在线运行的管道进行红外成像扫描，从而分析判断出管道的跑冷部位，此部位作为腐蚀检查及壁厚测定的重点部位。其次采用DR射线数字成像技术，对氨制冷的低压侧管道进行焊缝埋藏缺陷检查。最后采用脉冲涡流技术进行壁厚扫查，重点检查管道壁有无腐蚀减薄现象。

4 结论

(1)从涉氨冷库检验实践中可以总结出：宏观检查、壁厚检测、理化检验和材质确认、焊缝埋藏缺陷检测、安全附件检验是氨制冷压力管道检验的重点项目；难点是运行状态下低压侧管道的在线检验。

(2)通过对带有缺陷的管道试件检测，并与X射线拍片方法进行比对试验的结果表明：采用DR数字射线成像技术可以检测出满液状态下带保温层管件的埋藏缺陷和表面缺陷。

(3)应用实例表明，采用红外线热成像技术可以检测出管道的跑冷部位；采用DR数字射线成像技术可以检测出焊口的埋藏缺陷；采用脉冲涡流检测技术对带保冷层的低压侧管道壁厚扫查的相对误差在5%以内。