压力容器检验中常用无损检测技术的应用

王成睿

(广州特种承压设备检测研究院，广州 510663)

0 引言

近年来，各行各业所使用的压力容器数量越来越多，应用范围日趋广泛，其中应用到化工业和石油行业的数量最多。据统计，截至2018年底，全国压力容器数量达到394.6万台，而石油化工行业压力容器数量占总量的一半以上。压力容器在使用过程中一般都承装有易燃、易爆、腐蚀、有毒等物质，而且还具有较高的温度和压力，加上其使用环境比较恶劣，一旦出现意外很难控制，发生爆炸的概率非常高，严重威胁人们生命和财产安全。日常使用过程中，压力容器经常发生泄漏，造成周边环境污染和中毒事故。所以对其进行检测十分必要。据相关报告显示，2018年，全国有472个综合性特种设备检验机构和531个无损检测机构。至2018年年底，这些特种设备检验机构在特种设备制造过程监督检验中，发现并督促整改了2.38万个质量安全类问题；在安装、改造、修理过程监督检验中，发现并督促整改了41.94万个质量安全类问题；在定期检验中，发现并督促整改了承压类设备15.83万个质量安全类问题。全年未发生重特大事故，而且事故发生数量、死亡或受伤人数与往年相比均有不同程度地下降。由此可见，对压力容器进行检测具有非常重要的实际意义[1]。

1 压力容器无损检测的应用

目前，压力容器常用的无损检测有磁粉检测、渗透检测、超声检测、射线检测、超声衍射时差法检测以及超声相控阵检测等技术方法[2]。

1.1 磁粉检测(MT)

磁粉检测技术主要依靠由铁磁性材料组成的压力容器部件中存在缺陷部位通过磁场泄漏原理导致该部分的磁场线出现变形，根据磁粉的可吸附性作用来准确显现出压力容器表面及近表面的缺陷。磁粉检测技术的优势在于可以非常直观地查看缺陷部分的位置、大小及形状等，检测周期非常短，成本比较低。缺点是只能检测铁磁性材料，无法检测出材料内部的缺陷，对于被检测材料的表面光滑度有一定的要求，检测完成后的退磁工序比较复杂。

根据相关的特种设备缺陷统计报告[3]，承压设备在制造过程中至少有70%的缺陷是表面缺陷，而在设备使用过程中有90%的缺陷是表面缺陷或由表面缺陷引起的其他缺陷，因此磁粉检测技术具有很广阔的应用范围。

1.2 渗透检测(PT)

渗透检测技术是指渗透剂在毛细管现象的作用下，在设备缺陷部位的表面形成一种非多孔物质并留下痕迹的检测方法。目前，渗透检测技术主要用于有色金属、塑料、陶瓷等材料所组成的压力容器的表面开口缺陷中，这种检测方法非常简便易操作，显示出来的缺陷问题比较直观，检测成本也比较低。缺点是只能检测材料表面的缺陷，对于近表面和内部缺陷则完全没有办法。另外，渗透剂如果处理不当还容易污染设备和周边环境。渗透检测技术的应用范围和磁粉检测技术差不多，而且可以用于非铁磁性材料。

1.3 超声检测(UT)

超声检测技术是目前在压力容器无损检测中应用非常广泛的一种方法，其基本原理是利用超声波在材料中的传播能量衰减以及反射、折射等现象来有效检测压力容器的内部缺陷。超声检测具有很大的局限性，对于设备近表面缺陷不是很敏感，对于检测出来的缺陷判定需要经验丰富的专业技术人员来进行，而且检测出来的结果很难进行定量分析，这些都限制了超声检测的应用范围。

1.4 射线检测(RT)

射线检测技术在压力容器无损检测中的应用时间非常长，相对来说更为成熟，目前主要用于压力容器焊接部位的检测。按照放射源的不同，主要分为X射线检测和γ射线检测。X射线检测主要用在厚度比较薄、体积比较小的压力容器中，检测厚度一般在80 mm以内。而γ射线检测主要应用于厚壁压力容器、球形压力容器或集中焊缝数量比较多且难以架设X射线检测机器的部位，等等[4]。根据不同的放射源，其检测厚度可达到200 mm。射线检测技术最大的优势在于可以准确可靠且无影响性地直观显示出压力容器内部缺陷的性质，而且胶片不容易损坏，可以长期保存以备复查使用。射线检测技术对于压力容器焊缝内部的夹渣、气孔等问题判定非常准确。缺点是因拍摄的问题可能会出现漏检的现象。另外，检测成本比较高，放射源所释放的射线对人体会产生一定的害处，在检测过程中需要采取特殊的防护措施。

1.5 超声衍射时差法检测(TOFD)

超声衍射时差法检测技术是近年来才兴起的一项无损检测方法，主要是基于惠更斯原理吸收压力容器内部结构的衍射能量来定量分析所存在的缺陷。该检测技术克服了普通超声检测技术(UT)存在的缺点，检出率非常高，检测速度也比较快。缺陷类型的判定较为直观，尤其对于缺陷垂直方向的定位和分析非常精准。但超声衍射时差法检测技术也存在一定缺陷，对于近表面的检测存在盲区，定性分析也存在一些困难，直观显示的缺陷图像也需要经验丰富的专业技术人员来进行判断。目前，主要将超声衍射时差法配合其他的检测方法应用到压力容器的无损检测技术中。

1.6 超声相控阵检测(PAUT)

超声相控阵检测技术是近年大力发展的新检测方法，与其他检测技术相比，有很大的优越性。其具有探伤深度大、效率高、分辨率高、信噪比高等特征，主要应用在航天、核工业等重要科技领域，在压力容器方面的应用范围还不是很广泛。不过，随着科学技术的创新发展以及实际需要，不少研究人员也加大了对于超声相控阵检测技术在不同行业中的应用，很多实验研究发现，将超声相控阵检测方法与超声衍射时差法(TOFD)进行技术上的融合，能够再次提高检测的精准度。

各类无损检测方法比较结果详见表1。

表1 压力容器常用无损检测方法比较

2 结语

应在压力容器的各个环节进行严格地检测，以保证其性能良好。检测人员要结合实际检测环境及压力容器中可能存在的缺陷，选择合适的检测方法。要能够测定出压力容器中存在的不足，保证压力容器的正常安全使用，要确保较高的性价比，避免资源浪费。要不断研究开发新型无损检测技术，进一步提高检测精准度，强化压力容器的安全使用。