球罐焊缝无损检测方法的确定及其效果

2021-01-11史云焱

石油化工建设 2021年2期

史云焱

中化二建集团有限公司山西太原 030021

恒逸（文莱）PMB 石油化工项目共有10 台3000m3球罐，球罐规格为Φ18000×48，球罐壁较厚。其中3 台低温丙烯球罐材质为07MnNiMoDR，7 台异丁烷球罐材质为Q370R。球罐焊缝的检测方式主要有射线检测、TOFD 检测、超声检测（UT）、渗透检测（PT）和磁粉检测（MT），前三种检测方式主要针对焊缝内部，后两种方式主要针对焊缝的表面。

依据GB 50094- 2010《球形储罐施工及验收规范》和设计文件的要求，焊缝需做射线检测。但使用射线检测存在以下弊端：一是使用Ir192 放射源采取中心全景曝光法透照，检测周期长，检测效率低，而且检测期间周边相关施工单位无法进行正常工作，严重影响施工进度；二是由于文莱当地气候高温、多雨，胶片长时间贴在球罐表面，无法保障底片在此环境下的质量满足要求；三是经计算，检测时辐射安全防护监督区半径为263m，整个曝光时间内防护工作任务巨大、影响广泛，容易使公众误入造成辐射安全事件；四是在保障检测灵敏度和底片质量的前提下，检测标准NB/ T47013.2- 2015 对使用放射源透照增加了很多条件要求，如一次曝光时间不能超过12h 等，难以满足；五是采用X 射线检测定向单张透照，由于受检测设备射线穿透能力的限制，透照时间大增，在只能夜间作业的情况下，单台球罐需要透照30d，这样的工期是业主无法接受的。

1 球罐检测方案的确定

鉴于项目工期紧，周边施工作业人员多和文莱的特殊气候条件，球罐采用射线检测无论是检测质量还是工程进度均不能满足项目的要求。经过与设计人员和业主方的协商决定，球罐焊缝采用TOFD 替代射线检测。

TOFD 检测无辐射、安全性高、检出率高、误报率低、检测厚度范围大、检测结果清晰直观，在很多项目都有应用。但TOFD 技术也有一定的局限性：一是对近表面缺陷的检测可靠性不够。对于上表面缺陷，因为可能隐藏在直通波下而漏检，即使被检出其测量精度也不高；对于下表面，因为存在轴偏离底面盲区，位于热影响区或熔合线的缺陷信号有可能被底面反射信号淹没而漏检。二是横向缺陷检测比较困难。因此，采用TOFD 技术还需要辅助以下检测：

（1）对内、外表面盲区内近表面缺陷采用100%MT 补充检测；

（2）对上、下表面盲区内部缺陷采用两种探头进行100%UT 补充检测；

（3）采用UT 斜平行扫查进行横向缺陷补充检测；

（4）交叉焊缝部位需将外表面余高打磨至与母材齐平，打磨长度为能使扫查器扫过焊缝时直通波不中断。

确定球罐焊接结束36h 后，在焊缝表面的形状、尺寸及外观检查合格后，外表面采用100%TOFD 非平行扫查+ 外表面采用两种探头进行100%UT+ 内、外表面分别采用100%MT 对球罐焊缝进行检测。

2 球罐焊缝的无损检测方法

2.1 TOFD检测

TOFD 技术采用一发一收两个宽带窄脉冲探头进行检测，探头相对于焊缝中心线对称布置。发射探头产生非聚焦纵波波束以一定角度入射到被检工件中，其中部分波束沿近表面传播被接收探头接收，部分波束经底面反射后被探头接收。接收探头通过接收缺陷尖端的衍射信号和时差来确定缺陷的位置和自身高度。

2.2 超声检测

球罐焊接结束36h 后，进行100%UT 检测。整体热处理后水压试验前，进行不得低于20%的超声检测抽查（包括GB/ T12337- 2014 中8.6.3.2 涵盖的所有焊缝）；水压试验后，再次进行不得低于20%的超声检测抽查。超声抽检的长度不得少于各焊接接头长度的20%。发现不允许缺陷时，应在该焊接接头两端的延伸部位2 倍抽检；若2 倍抽检时如仍有不合格的缺陷，则应进行100%检测。

2.3 表面检测

表面检测采用磁粉检测。焊后36h、热处理、水压后，分别对球罐焊缝内采用荧光磁粉检测，球罐外表面对接焊缝、焊补处、接管角焊缝、支柱、垫板角焊缝采用黑磁粉检测。检测之前需要对检测部位进行打磨处理，打磨的程度以出现金属光泽为标准。此外，还需要保证母材和焊缝之间的过渡较为平滑。

3 TOFD与射线检测方法比选

（1）TOFD 检测结果与射线检测结果都是以二维图像显示，不同的是TOFD 能对缺陷的深度和自身高度进行精确测量；而射线检测的图像是在射线透照方向上的影像重叠，只能显示缺陷的长度和宽度，无法确定缺陷在射线透照方向上的具体位置（即深度）和自身高度，不便于对缺陷的返修和进行其他判断。

（2）TOFD 技术可探测的厚度大，对厚板探伤的效果比较明显，但射线对厚板的穿透能力非常有限。

（3） TOFD 技术检测纵向裂纹的能力非常强，而相比之下，球罐γ 源中心曝光的裂纹检出率则很低。

（4）TOFD 检测操作简单，扫查速度快，检测效率高；而射线检测过程繁琐，耗时长，效率低。

（5） TOFD 技术是利用超声波进行探伤，对检测时的工作环境没有特殊要求。超声波检测是一种环保的检测方式，对使用人员没有任何伤害，所以在工作场合不需要特殊的安全保护措施；而射线检测因其放射的危害性受到国家政策的严格控制，现场只能单工种工作，降低了检测工作效率，阻碍了整个工程进度。

（6）TOFD 检测成本低，重复成本少；而射线检测平时工作中的耗材成本重复发生，综合成本相对较高。

（7）相比γ 源检测，TOFD 检测在设备、人员培训等方面费用投入较大；但在人工费、检测费及后续材料费用方面TOFD 检测投入少。而且在厚壁板检测方面，尤其是在厚度大于45mm 时，TOFD 拥有了更多的优势，能大大节省检测时间，有效缩短工期。在安全环境方面，TOFD 不存在辐射危害，更加符合HSE 的要求，节省了辐射防护费用。

（8）TOFD 技术与射线检测技术检测可靠性比较如图1 所示。

（9）研究和应用结果表明，在检测精度、可靠性、降低成本、提高效率、环境保护等各个方面，TOFD 技术的表现均十分优异。而与X 射线检测相比，TOFD 的检测更为直接，并可避免X 射线易发生误判甚至漏检的一些缺陷。