压力容器不拆保温、不开罐检验方法对比

李明娥，剡 亮

（酒泉市特种设备检验所，甘肃 酒泉 735000）

根据 《固定式压力容器安全技术监察规程》的规定，压力容器定期检验工作包含资料审查、宏观检验、壁厚测定、耐压试验、磁粉、渗透、超声[1]等无损检测方法，需要清空原料、开罐、清洗、置换、去除表面防腐层、检验、重新恢复表面防腐等[2]，检测程序比较复杂，而且一般要求停车、拆除保温保冷层，才能开罐进行检验。经相关数据显示，相当一部分压力容器停车期间产生的腐蚀比正常使用时的腐蚀严重的多，所以开罐检验有可能进一步加剧容器的损伤程度，而且大多数压力容器是集成密闭循环系统的一部分，如果检测时必须停车、破坏密封系统、清空保温介质、拆除保温层，拆除耗时长工作量大，造成检测周期长，且保温层造价高，给企业带来的不小的经济损失[3]。因此，使用单位希望有一种新的检测技术，能够在不需要开罐的情况下安全、高效、快捷、低成本地开展检验检测，并对容器的安全状况进行评估。

目前比较流行的不拆保温、不开罐检测方法主要有热成像技术、脉冲涡流技术和声发射等技术。下面就这几种方法的优缺点做一比较。

1 热成像技术原理

热成像技术是指运用了红外辐射的原理，通过形式各样的接收红外辐射的仪器来吸收所需物体发出的红外辐射，再将该物体表的的温度转化为热图像（工作原理图如图1 所示），图像显示的不同颜色代表被测物体的不同温度[4]。该技术被广泛应用于疫情防控、航空航天器和压力容器的裂纹、焊缝、锈蚀和疲劳等方面检测。常用来检测压力容器中因使用而损坏的内衬、保温层的跑冷跑热、液面异常等，根据异常情况来侧面反映容器有无腐蚀或运行有无异常。它的优点是被动式非接触性的检测与识别，操作方便、不受电磁干扰，可以宏观地反应被测物体的温度场；缺点是图像对比度低，分辨能力差、成本较高等。

图1 热成像原理图

2 脉冲涡流检测技术及应用

脉冲涡流检测技术的主要原理是通过脉冲发射机发射出一个快速变化的电磁场信号（如图2 所示），经过线圈将电磁场诱导产生涡流,经过传感器到接收器，最后由接收器反映涡流脉冲信号的衰变情况，把信号特征的响应时间和参考值进行分析计算，得出金属物件的厚度和保温层的使用情况[5]。

图2 脉冲涡流原理图

脉冲涡流检测技术的优势是可以在设备不停车、不拆包覆层、不打磨且不用进行充分耦合情况下完成检测项目，可显著提高检测效率，降低检测成本，且穿透能力强（能有效检测的壁厚大，能穿透的保温层厚度大），对保温保冷层、使用铝皮、铁皮等保护层的金属构件壁厚的腐蚀或其他壁厚腐蚀减薄缺陷均能检出，并能在设备处于不停车、正常运行状态时进行检测。局限性是检测结果只是投影到传感器上的平均剩余壁厚值，难以检出管壁内小体积缺陷。

以一台加氢反应进料加热器壳程出入口管线为例，在进行年度检验时，对带有保温层的管线用涡流扫查，通过对涡流信号进行分析，发现出口直管有18%的减薄区域，为进一步确定减薄区域的大小，分析产生的原因，验证脉冲涡流检验的结果，拆除表面金属保温层后，发现直管下部保温材料下存在大量积水（如图3 所示），拆除保温层发现管道表面存在腐蚀产物（如图4 所示），用超声波检测方法进行扫查验证，超声波测厚实测标定位置8.4mm，腐蚀减薄位置最小值6.9mm，减薄量约为18%,与涡流扫查异常部位吻合（涡流扫查数据为5.2mm、5.3mm），根据使用工况分析为层下腐蚀，判断为安装不良或覆盖层防护不严密使得覆盖层的间隙处或破损处渗水，进而造成层下腐蚀，建议3 年后再进行脉冲涡流扫查。

图3

图4

3 声发射技术原理及应用

声发射技术是一种全新的、动态的无损检测方法，通过带压容器内部结构产生的压力波情况，定量判断缺陷类型和存在位置，工作原理图如图5 所示。已在汽车、铁路、航天航空、石油化工、电力等诸多领域广泛应用，与常规检测技术相比，具有以下特征：一是能加强对动态缺陷的检测灵敏度，在缺陷萌生阶段或者不断扩展过程中均可发现；二是声发射波主要通过缺陷自身来传递，因此可以获得更多有关缺陷信息，提高检测灵敏度与精准性。

图5 声发射工作原理图

优点：声发射技术是一种新型的动态性检测技术，主要通过物体自身所受内力或外力产生变形或断裂所产生的应变能等参数来评判缺陷类型、危害程度、结构连续性、剩余寿命等[6]。该技术可在外加应力情况下，探测内部缺陷的活动规律，如果缺陷相对稳定，则不会发出声发射信号，如果缺陷不稳定则会发出声发射信号到接收器，然后由人工进行信号分析判断。声发射技术可提供瞬时或连续信号，这些信号可随时间、温度、载荷等外部变化而产生，可应用于监视过程并预测早期损坏和即将发生的损坏的可能性；另外，该技术对被检工件的距离要求不高，适用于剧毒，高温，核辐射，易燃易爆等难以进入的环境，完成检测过程。缺点：声发射特性对材料敏感，容易受到机电噪声的干扰。正确解释数据需要更丰富的数据库和现场测试经验；声发射测试通常需要适当的加载程序，在大多数情况下，可以使用现成的装载条件，但需要进行特殊准备。由于声发射的不可逆性，实验过程中的声发射信号无法通过多次加载而反复获得。因此，每个检测过程的信号采集是非常宝贵的，不应因人为疏忽而丢失宝贵的数据。

以声发射检验一台10 000m3储罐为例，设备信息为：2005 年建造某厂建造投用，直径为31.2m，高度为12m，液位为10.85m，储罐结构为立式，介质为原油，采用12 个传感器进行检测，1—6 号为在离罐基础0.75m 高度的储罐外壁面，7—12 号为护卫传感器，安装高度为1.95m，数据采集时间为18.5h，按照JB/T 10764—2007 标准的规定，采用区域定位分析及方法分析综合对储罐底板进行数据分析，区域分析标准见表1。

表1 基于区域定位分析的声发射圆的分级[7]

通过对采集的数据进行分析，排除机械振动、电磁干扰、周期信号等因素，选取白天采集的3 小时进行数据分析，处理后得到的撞击数为4765 个，事件数为488 个，单个通道每小时出现的撞击数为采集的撞击数为1456 个，结合储罐运行的检修情况，该储罐底板腐蚀状况评价为Ⅱ级。为验证检验结果，进行开罐检验，发现储罐底部幅板靠近中央的幅板防腐层出现局部鼓包破损现象，周围幅板有深度不等的腐蚀坑，最大深度为2mm,最大减薄量30%，与声发射检验结果相吻合，建议三年后再进行声发射检测。

4 结束语

热成像技术作为一种新型的检测技术，对压力容器的内衬、保温层的跑冷跑热、检测液面的异常等方面有着重大的指导意义。脉冲涡流和声发射对容器不拆保温、不开罐检验，有着无可取代的优势和暂时无法克服的技术难。为提高压力容器检测效率，降低企业经济损失，应根据设备特征选择合适的压力容器不拆保温、不开罐检测技术，分别检测压力容器壁厚变化、腐蚀及活动性缺陷等情况，从而评估其安全可靠性能，提高检测效率。