无损检测技术在压力容器和压力管道中的应用研究.pdf

2024 年第 2 期140中国高新科技技术应用|TECHNOLOGY APPLICATION无损检测技术在压力容器和压力管道中的应用研究李阳1刘福建2杜斌1任伟斌31.菏泽市特种设备协会，山东 菏泽 274000；2.菏泽市市场监管检测中心，山东 菏泽 274000；3.菏泽市产品检验检测研究院，山东 菏泽 274000摘要：压力容器和压力管道是工业领域中的重要设备，在石化、化工、燃气、电力等行业中广泛应用。文章介绍了无损检测技术在压力容器和压力管道中的应用，重点介绍渗透检测技术、超声波检测技术、红外热波无损检测技术、声发射无损检测技术、射线无损检测技术和磁记忆无损检测技术等多种技术的实际应用，为相关领域的研究者和工程师提供参考。关键词：无损检测技术；压力容器；压力管道文献标识码：A中图分类号：TG115文章编号：2096-4137（2024）02-140-03DOI：10.13535/ki.10-1507/n.2024.02.43Application of nondestructive testing technology in pressure vessel and pressure pipelineLI Yang1,LIU Fujian2,DU Bin1,REN Weibin31.Heze Special Equipment Association,Heze 274000,China;2.Heze City Market Supervision and Testing Center,Heze 274000,China;3.Heze Product Inspection and Testing Institute,Heze 274000,ChinaAbstract:Pressure vessel and pressure pipeline are important equipment in the industrial field,widely used in petrochemical,chemical,gas,electric power and other industries.Therefore,this paper introduces the application of nondestructive testing technology in pressure vessels and pressure pipelines,focusing on the practical application of penetration testing technology,ultrasonic testing technology,infrared thermal wave nondestructive testing technology,acoustic emission nondestructive testing technology,X-ray nondestructive testing technology and magnetic memory nondestructive testing technology,in order to provide reference for researchers and engineers in related fields.Keywords:nondestructive testing technology;pressure vessel;pressure pipeline无损检测技术通过对设备表面和内部进行检测，能够发现隐藏在设备内部的缺陷，而不需要对设备进行拆卸和破坏性检测。这种技术不仅可以提高设备的安全性和可靠性，而且能够减少设备的维护成本和停机时间，具有非常广阔的应用前景。但是，由于这些设备在工作过程中会受到高压和高温等多种环境的影响，因此，容易出现裂纹、腐蚀、疲劳、变形等缺陷，给设备的安全运行带来了巨大风险。为了及时发现这些缺陷避免事故的发生，无损检测技术在压力容器和压力管道中得到了广泛应用。1无损检测技术概述无损检测技术是指不破坏被测体表面和内部，通过对被测体的材料、结构、性能进行检测和评估的一种技术，常见无损检测技术的分类及优缺点如表 1 所示。它主要通过探测信号的变化来发现被测体内部的缺陷和异常，并可以定量和定性地评估被测体的状态。无损检测技术具有不破坏性、快速、准确、全面和非接触性等特点，已经成为现代工业生产和科学研究中不可或缺的一种技术手段。2无损检测技术在压力容器和压力管道检测中的应用2.1渗透检测技术压力管道在运行或停产阶段，通过运用渗透检测技术可对其表面呈现出的开口性缺陷予以相关检测。具体说来，是借助毛细作用，使渗透液能够渗透到压力管道表面开口缺陷的位置，在渗透一段时间后，将压力管道表面残留的渗透液清理干净，而后利用显像剂反渗透的基本原理，将压力管道表面开口位置放大，并在其表面显现出来。通过运用渗透检测技术，能够实现对压力管道和压力容器的表面展开相应检测工作。通常情况下，针对非多孔性材料表面开口缺陷检测，可利用渗透检测技术，其检测效果较为良好。本文以不同缺陷选取方式，应用不同渗透液与显像剂进行对比分析，如表2 所示。2.2超声波检测技术超声波检测技术是一种广泛应用于无损检测领域的技术。它利用超声波的传播特性，对被测体进行检测和评估。在压力容器和压力管道的检测中，超声波检测技术可以用于检测材料的厚度、裂纹、腐蚀等缺陷。超声波检测技术的原表1常见无损检测技术的分类及优缺点技术用途优点缺点渗透技术金属与非金属材料适用于所有材料无法判定缺陷深度超声波技术检测锻件的裂纹、分层、夹杂，焊缝中的裂纹、气孔、夹渣、未焊透等对平面型缺陷十分敏感，易于携带，穿透力强难以探测细小裂纹和微细气孔声发射检测构件的动态裂纹、裂纹萌生、裂纹生长率实时连续监控探测，可以遥控，装置较轻便延性材料产生低幅值声发射，噪声不能进入探测系统射线测焊缝未焊透、气孔、夹渣，铸件的缩孔、气孔、疏松、热裂，确定缺陷的位置、大小及种类功率可调，照相质量高，可永久记录较难发现焊缝裂纹和未熔合缺陷；不适合锻件和型材磁记忆检测铁磁性材料和工件表面或近表面的裂纹、折叠、夹层、夹渣等，确定缺陷的位置、大小和形状简单、操作方便，速度快，灵敏度高只限铁磁材料；探伤前需清洁工件2024 年第 2 期141中国高新科技TECHNOLOGY APPLICATION|技术应用理是利用超声波在不同材料中的传播速度和反射特性来探测被测体的内部结构和缺陷。在检测过程中，超声波发射器会向被测体内部发送高频的超声波信号，这些信号会在被测体内部的不同材料和结构之间反射和散射，被测体表面的接收器会接收到这些反射和散射的信号，并将信号传递给计算机进行处理和分析。超声波检测技术的优点是可以对被测体进行精确定位和评估，能够检测到微小的缺陷，具有很高的检测精度和准确性。同时，它还具有快速、高效、全面和非接触性等特点。但超声波检测技术的缺点是需要对被测体进行完整性的扫描，因此，在对大型和复杂的结构进行检测时，可能需要较长时间和更高的成本。现阶段在进行锅炉内壁裂纹的检测中，大面积使用了超声波探头（见表 3），从而实现了对于锅炉内部结构、形态裂纹的有效检测。将探头深入锅炉外圆直径为 20mm 的位置，使用超声波探头通过直接接触，对其进行周向检测。超声波检测人员需要结合实际反射情况，对压力管道及压力容器内部是否出现缺陷进行判定。因此，超声波检测方式现阶段广泛应用于压力管道及压力容器的焊接检测当中。强力穿透性、灵敏性及自动化程度已经成为超声波检测技术强大独特的优势。表35L64超声波探头相关参数参数参数值探头晶片数目65中心频率5MHz探头类型线性2.3红外热波无损检测技术在压力管道及压力容器内部缺陷检测中，红外热波无损检测技术可以借助红外热波反射生成的图像与被测物体表面辐射，转换成为肉眼可见的光，通过相关图像显示情况，判定压力容器与压力管道是否出现质量缺陷问题。借助红外热波照射生成的压力管道及压力容器内外部结构图像，能够即刻获取被测物体的相应信息，判定其是否出现缺陷问题。该技术根据质量缺陷情况、被测物体结构、材料，制定不同的热源标准，再通过计算机对其进行完整周期的管控。借助红外热波，能够进行检测数据收集及处理工作。红外热波无损检测可以分为被动与主动两种检测模式。其中，主动检测是针对低温管道开展的相关检测。检测前，务必要对管道予以加热，若设备本身已经出现质量缺陷问题，加热后其导热参数便会出现一系列变化，通过红外热波便能判定其缺陷位置、缺陷类型及缺陷程度。被动检测主要借助压力管道及压力容器自身温度进行的一系列检测，通过确定管道、容器材质及当下导热参数，而后利用红外热波进行检测，存在质量缺陷的部位其导热参数相对较高，以此能够准确判定质量缺陷部位及缺陷类型。但是，红外热波无损检测技术对于周边温度的要求较高，且极易受温度影响，因此，在温差较大的环境中，红外热波无损检测技术并不适用。例如，通过试验，对不同缺陷的温差值识别予以检测，并将其与实际值进行对比，检测红外热波无损检测技术的精准性，见表 4。表4缺陷参数识别与实际值对比序号表面温差（）实际值（mm）识别值（mm）误差率（%）1101.801.10.975973.77297.621.41.52111.87358.331.01.98711.912.4声发射无损检测技术在压力容器和压力管道的检测中，声发射无损检测技术可用于检测材料的损伤程度、裂纹的扩展和结构稳定性等。声发射无损检测技术的原理是利用被测体内部产生的微小位移和应力变化引起的声波信号，通过接收器捕捉并测量这些声波信号的幅值、频率和波形等特征，以识别被测体内部的损伤或缺陷。声发射无损检测技术的优点是可以对被测体进行在线、实时的监测和评估，可以及时发现和诊断损伤产生的原因和程度，有效维护和管理压力容器和管道安全。2.5射线无损检测技术射线无损检测技术是一种广泛应用于工业和科学领域的检测技术，它可以对材料的内部结构和缺陷进行高精度的检测和评估。在压力容器和压力管道的检测中，射线无损检测技术可用于检测材料的厚度、腐蚀、裂纹和焊接等缺陷。射线无损检测技术的原理是利用射线在材料中的透射和吸收特性来探测被测体的内部结构和缺陷。常用的射线包括 X 射线和射线。在检测过程中，射线源会向被测体内部发射射线，被测体内部不同材料和结构的吸收能力不同，因此，会在被测体内部产生不同的衰减和散射现象。接收器会接收到这些表2针对不同选择方式缺陷渗透液与显像剂的选择对象条件渗透液显像剂以缺陷标准选择浅缺陷、宽而浅的缺陷后乳化型荧光液水基湿式、非水基湿式。缺陷长度几毫米 以上，可使用干式深度10m以下细微缺陷深度30m及以下水洗型渗透液溶剂去除型渗透液水基湿式、非水基湿式干式（只用于荧光）以试样为标准选择连续探伤小批量零件水洗型荧光液湿式、干式间歇不定期探伤少量零件乳剂去除型渗透液非水基础湿式探伤大型部件 2024 年第 2 期142中国高新科技技术应用|TECHNOLOGY APPLICATION衰减和散射的射线信号，并将信号传递给计算机进行处理和分析。射线无损检测技术的优点是可以对被测体进行非接触式的检测和评估，能够检测到微小的缺陷，具有高精度、快速、全面和准确等特点。同时，射线无损检测技术还可通过调整射线的能量和强度来适应不同材料和结构的检测需求。射线无损检测技术的缺点是需要对射线的辐射和安全问题进行特别的注意和管理。射线具有一定的辐射危害，因此，在使用射线无损检测技术时需要严格遵守相关的安全规范和操作规程。此外，射线无损检测技术还需要特殊的设备和专业技术人员，需要投入较高的经济成本和人力成本。2.6磁记忆无损检测技术磁记忆无损检测技术是一种基于磁学原理的无损检测技术，可用于检测压力容器和压力管道中的内部缺陷和应力集中区域。磁记忆无损检测技术的原理是利用磁性材料的自发磁化性质和磁场变化的特征来检测材料内部的缺陷和应力。在磁记忆无损检测技术中，磁性传感器被固定在被测物表面，将磁场导入被测物内部。如果被测物存在缺陷或应力集中区域，这些区域将对磁场的分布和强度产生影响。磁传感器可以检测到这些磁场变化，并将信号传递给计算机进行处理和分析。根据信号的强度、分布和变化，可以判断被测物内部的缺陷和应力情况。磁记忆无损检测技术具有高效、准确、可靠、无损、非接触和在线检测等特点。与其他无损检测技术相比，它能够检测到更小的缺陷和更广泛的应力集中区域，且不受材料厚度和形状的限制。此外，它还可以在压力容器和压力管道运行期间进行在线检测，避免了停机维修和安全隐患。然而，磁记忆无损检测技术也存在一些限制和不足。它只适用于磁性材料的检测，无法应用于非磁性材料。由于信号的处理和分析需要较高的计算机处理能力和专业技术人员的支持，因此需要投入较高的人力、物力和技术成本。由于该技术还处于发展阶段，对于实际应用中的复杂环境和工程问题还需进一步研究和验证。3结语综上所述，工业技术的不断发展，无损检测技术在压力容器和压力管道的安全管理和维护中扮演着越来越重要的角色。超声波、射线、磁记忆等无损检测技术各具特色，在不同场合下都有其独特的应用。虽然磁记忆无损检测技术还存在一些限制和不足，但随着技术的不断进步和应用的推广，相信它在未来能够得到更广泛的应用和发展。作者简介：李阳（1992-），男，山东菏泽人，菏泽市特种设备协会高级工程师，研究方向：特种设备制造、检验。参考文献1 陈灿春，洪若云，刘鹏程，等.渗透检测在压力容器、管道无损检测中的应用 J.化工生产与技术，2022，28（4）：41-42，10.2 郝斌.在用压力容器、压力管道焊缝射线检测技术的优化 J.焊接技术，2016，45（8）：90-92.3 李伟，邵鑫宇，张伯莹，等.交流电磁场和电磁超声复合无损检测技术研究 J.机械工程学报，2022，58（16）：153-159.（责任编辑：肖央然）表2三维激光监测与全站仪监测变形量对比监测点变形值（cm）误差（cm）三维激光监测全站仪监测BX-123194BX-228324BX-337352BX-432293平均误差3.33结语本文介绍了三维激光扫描技术的基本原理、工作流程和数据处理方法，并将其应用于四川省阿坝州一处岩质滑坡的监测中，通过与传统的全站仪监测方法进行对比，验证了三维激光扫描技术监测滑坡变形的精度和可行性。三维激光扫描技术具有快速、全面、高效、灵活等优点，能够获取滑坡体表面的整体变化信息，为滑坡灾害风险评估和防治提供了新的技术手段。作者简介：陈宇（1987-），男，四川合江人，四川省地质矿产勘查开发局区域地质调查队高级工程师，研究方向：水文地质、工程地质与环境地质。参考文献1 徐进军，王海城，罗喻真，等.基于三维激光扫描的滑坡变形监测与数据处理 J.岩土力学，2010，31（7）：2188-2191，2196.2 刘锦程.三维激光扫描技术在滑坡监测中的应用研究 D.西安：长安大学，2012.3 许光辉，郝伟涛.三维激光扫描技术在地质测绘中的应用研究 J.价值工程，2023，42（17）：94-96.4 董秀军.三维空间影像技术在地质工程中的综合应用研究 D.成都：成都理工大学，2015.（责任编辑：肖央然）（上接第139页）