压力容器高温测厚试验与应用

2017-04-13刘杲凯席伶俐郭颖郑茂林

设备管理与维修 2017年2期

关键词：声速容器工件

刘杲凯，席伶俐，郭颖，郑茂林

（巨化集团公司压力容器检测站，浙江衢州324004）

压力容器高温测厚试验与应用

刘杲凯，席伶俐，郭颖，郑茂林

（巨化集团公司压力容器检测站，浙江衢州324004）

从大量实验数据的统计与现场实际检验的对比结果中，得出中高温条件下（50～460℃）容器厚度测量的注意事项，准确测出高温状态下容器的厚度值，及时了解和实时监控高温容器在生产中的运行状况。

超声波；高温测厚；承压类特种设备

0 引言

1台供热站高温集汽包，工作温度300～400℃，由于生产原因无法停机，需要在运行状态进行高温测厚。普通超声波测厚仪只能在常温（0～50℃）下进行检测，当温度＞50℃时，普通探头的晶片容易损坏，耦合剂容易蒸发，而且高温状态下材料的声速也将随之变化，材料声阻抗及材料对声能的衰减系数也将发生变化，这些因素制约超声壁厚检测方法在高温条件下的应用。

由于压力容器在使用过程中，受工艺介质以及环境因素影响，引起壁厚减薄，强度下降，影响设备的承载能力，对设备的安全运行构成极大的威胁。因此，需要及时了解在役设备的剩余壁厚，确保设备的安全运行。

1 高温测厚试验

1.1 试验仪器

测厚仪选用OLYMPUS 45MG高温测厚仪，加热设备选用CHUSHUI 220 V/3 kW电炉。

1.2 试验试样

试验选用试块材料为16MnR，厚度分别为14 mm和28 mm，加工精度±0.01 mm。

1.3 测厚位置

由于是在实验室测量经过机加工后的工件，因此对测厚点的选择比较简单，考虑到工件中心点位置加热后温度相对稳定且测量方便，因此选择被测工件中心位置作为测厚点。

1.4 耦合剂

在温度＜50℃时使用普通化学浆糊做耦合剂，能起到良好的耦合效果，但是随着温度的升高，耦合剂中的水分迅速蒸发，耦合剂被烧焦变成固体物质，特别是在＞300℃时，多种耦合剂（ZGM GW-Ⅱ，SONO600等超声耦合剂）均不能够达到良好的耦合效果。选用“SONOTECH SONO900”型耦合剂，经过试验得知在工件温度升高的同时，耦合剂会慢慢融化，在温度＜450℃时能达到良好的耦合效果。

1.5 试验过程

（1）用电炉同时把14 mm和28 mm试块加热到指定温度。

（2）在试块上施加高温耦合剂并进行厚度测量。

（3）分别记录不同温度下测得的数据。

2 测厚试验结果（表1、表2）与分析

表1 14mm试块16Mn高温测厚试验数据

表2 28mm试块16Mn高温测厚试验数据

分析表1、表2试验结果发现，在不考虑工件的膨胀系数及测量误差等因素影响的前提下，对高温测厚结果影响最大的因素是被测工件的温度，测量值随着温度的升高而增大。因此，必须找出影响因素并建立校正公式，才能准确测得容器在高温状态下的实际厚度。

有相关人士试验得出[1]，以温度T，实际厚度Ho，高温测量厚度Ht3个参数之间的相关性拟合出碳钢及不锈钢板材的高温测厚经验公式（1），公式（2）。

式中Hto——碳钢的常温计算厚度值，mm

Hbo——不锈钢的常温计算厚度值，mm

Htt——碳钢的高温测厚值，mm

Hb——不锈钢的高温测厚值，mm

Tt——碳钢温度值，℃

Tb——不锈钢温度值，℃

公式（1）和（2）是以不改变声速的方法在高温下测量后计算推导被测管道的实际厚度，此方法目前在国内同行中应用较多，但现场进行大规模高温测厚工作存在可操作性不强、数据处理复杂等问题。

另有相关学者指出[2]，高温测厚过程中以校正声速与温度进行线性回归，得出回归方程式（3）。

式中v——校正后的声速，m/s

T——温度，℃

应用公式（3）在现场进行大规模高温测厚过程中可操作性强，测量数据直观。但由于材料不同，超声波测厚过程中选取的声速也不同，因此该方法测量数据精准度不高，会出现一定的误差。因此，以温度与该温度下测厚所调整后的声速进行线性回归，得出不同材料的温度——声速线性方程，能够在高温下准确测量工件的厚度值。曲线见图1，回归方程用公式（4）表示。

高温测厚温度—声速的线性回归方程公式（4）仅适用于120～420℃范围内高温测厚过程中的超声波测厚仪声速校正。另外，在使用公式（4）计算出校正声速后，须将个位作为有效数字进行修约。

3 现场检验

（1）安全操作规程。现场进行安全操作注意事项讲解，对劳动防护用品进行检查，确定安全监护人员到位。由于容器的操作温度＞300℃，如果把保温全部或者大面积拆除，容器周边强热辐射会使得作业难度加大，降低测量数据的准确性。因此采取保温分段拆除的方法进行，即拆一段保温后测量容器厚度数据，保温回装后再拆下一段保温测量厚度，按顺序依次进行。

（2）现场测量方法。考虑到对容器表面现场检验测厚与在实验室测量工件时的不同，为保证测点都是水平位置，且耦合剂不会因温度过高而从斜面流下，把耦合剂提前涂抹在超声测厚仪探头上，然后直接去测量容器各个部位，以便在耦合剂融化流下前测得厚度的准确数值。最后对测厚数值依次做好记录。

（3）现场侧厚与实际厚度比对。对1台集汽包进行现场高温测厚，并与停工检修时的常温测厚数据进行比对，部分结果见表3。对比数据显示，在高温状态下的测量数据比较精准，现场测厚应用效果良好。