压力容器无损检测

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....无损检测大作业题目名称：无损检测学生姓名：刘军发院(系)：材料10901专业班级：10901学号（序号）：13.... ....压力容器的无损检测压力容器是现代工业生产中使用最多的高压容器简体结构形式之一。由于其制造条件较低、韧性好、脆性破坏的可能性小和安全性较高等优点，在国内得到大量应用，自1958年以来，一直是我国生产高压容器筒体的一种主要结构形式[这种容器的结构是由内筒及在其外面包扎的多层层板构成，封头一般采用球形封头，且一般无人孔。这种容器常用于存储高压氢气或氮气，一般规格为$800minx37mm(19mm+6mmX3)×9150mm，工作温度为常温。在制造过程中，对其对接焊缝内部缺陷选用射线检测；对焊缝表面缺陷选用磁粉检测，无法进行磁粉检测的焊缝应选用渗透检测。定期检验中以声发射和磁粉检测为主。带内衬的压力容器在这里是指内衬为非金属隔热材料的容器。这类容器由于内部有衬里，其内表面无法检测，内衬的损坏程度对容器的安全运行至关重要，一般是决定容器是否大修的最主要因素。内衬的损坏及脱落，将使容器金属直接曝露在高温下，使强度降低，出现鼓包并迅速氧化，从而导致容器失效破坏。这种容器常用于石油化工行业中的催化剂再生作业，一般规格为≯6700mm／$8900mm×24mm／30rnrn×35150mm，工作温度为120～180℃。这类容器在制造中除对所有对接焊缝应进行射线检测外，部分焊缝应进行超声检测抽查；对于焊缝表面缺陷则选用磁粉检测，无法进行磁粉检测的焊缝应选用渗透检测。这类容器在使用中容易产生内部衬里损坏，必须在线监测，主要采用红外热成像技术检测内衬的完好性。在定期检验时，焊缝外表面选用磁粉检测，角焊缝选用渗透检测；焊缝内表面及内衬挂钉角焊缝的开裂情况可采用超声检测。原材料的无损检测与非金属压力容器配套的承压金属材料质量按《压力容器安全技术监察规程》和相关标准要求进行检测。非金属压力容器用材料的质量及规格应符合相应的国家和行业标准的规定。材料制造单位应按相应安全技术规范和标准的规定向用户提供质量证明书，并在材料或材料的包装上明显部位作出清晰、牢固的，至少包括材料制造的标准代号、材料牌号及规格、批号、材料生产单位名称及检验印鉴的标志。材料质量证明书的内容必须齐全、清晰，并加盖材料制造单位的质量检验章。原材料的检测主要是目视检测和材料产品说明书和证明文件的复查，必要时辅以化学和物理测试，.... ....如树脂含量、材料性能、不可溶组分的测定，用于换热器受压元件的石墨材料，有时需复验热导率、电阻率、膨胀系数和渗透性等。射线、超声、磁粉和渗透等金属压力容器无损检测技术通常并不适用。1．1制造过程中的无损检测技术目视检测非金属压力容器的目视检测主要有如下内容：(1)石墨制压力容器①石墨件表面有无分层、碎片和裂纹等。②石墨粘接缝的胶泥是否完好。(2)玻璃钢制压力容器①容器角接、搭接及简体与封头的内粘接缝胶料是否饱满，有否脱胶、胶层起皮及粘接缝裸露，粘接基面法兰有否角裂、起皮、分层、破损等质量缺陷。②人孔、检查孔、接管法兰及其内补强结构区有无破损、起皮、分层和翘边等缺陷。③容器本体、内支撑架及内件联结是否牢固，联结受力区有无裂纹和破损等质量缺陷。④容器内表面应光滑平整，无杂质、纤维裸露、裂纹和明显划痕。⑤容器内表面有无变色、龟裂、树脂粉化和纤维失强等化学腐蚀缺陷。⑥容器内表面有否破损、裂纹、银纹等力学腐蚀缺陷。⑦容器内表面有无溶胀、分层和鼓泡等浸渗腐蚀缺陷。(3)全塑料制压力容器①其本体、接口部位、焊接接头及内壁等老化程度、变形和泄漏等。②安全附件检查。③支承或支座的损坏、倾斜、开裂和紧固螺栓的完好情况。④运行的稳定情况。1．1．1制造工艺及容易产生的缺陷多层包扎容器一般是由多个筒节组对焊接而成的筒体，每个筒节由内筒及在其外面层层包扎的多层层板构成，封头一般采用单层球形封头。首先进行的是筒节的内筒焊接，完成后进行第一层层板的包扎和焊接，再进行第二层层板的包扎和焊接，直至所有层板包扎焊接完毕，即完成了一个筒节的制造。所有筒节制造完成后进行组对焊接，最后与封头组对焊接[2]。制造过程中容易出现的缺陷有夹渣、气孔、未焊透、未熔合及裂纹等焊接缺陷。这类容器的材质通常为16MnR，对焊缝内部缺陷一般采用射线或者声检测，对焊缝表面缺陷采用磁粉或渗透检测。1_1．2制造过程中的射线和超声检测.... ....GB15O一1998《钢制压力容器》规定，多层包扎压力容器的内筒钢板应进行100超声检测，检测方法和质量标准按JB4730---1994((压力容器无损检测》要求进行，钢板质量等级应不低于Ⅱ级。超声检测时，若板厚≤20mm，应选用晶片面积150nllTl2的5MHz纵波双晶直探头和阶梯标准试块；若板厚为20~250lain，应选用14~25lain或晶片面积42oolain的2．5MHz纵波单晶直探头和5lain平底孔标准试块。GB150标准规定，多层包扎压力容器内筒的A类焊接接头进行100射线检测；另外，由于多层包扎压力容器属于第三类压力容器，根据《压力容器安全技术监察规程》规定，第三类压力容器的对接接头必须进行100射线检测，因此多层包扎压力容器对接环焊缝应进行100射线检测；检测按JB4730标准要求进行，射线照相质量等级应不低于AB级，焊缝缺陷等级不低于Ⅱ级为合格。射线检测时首先考虑的是透照方式的选择，对于纵焊缝选择单壁透照，对于环焊缝选择中心透照，最后一道筒体与封头的对接焊缝采用环缝外透照方式。其次是射线能量与曝光量的选择，射线能量应在X射线能穿透的情况下选择较低能量，且曝光量应15mA·min(焦距700mm)。然后是焦距的选择，确定焦距时最小焦距10d·b(单位为mm，d为有效焦点尺寸，b为射线源侧工件表面至胶片的距离)。再次是散射线的控制，尤其是环缝外透和纵缝透照时，必须做好背散射的防护和检查。最后是暗室处理，严格控制好显、定影液的温度、浓度和处理时间，确保底片黑度与灰雾度达到要求。1．1．3制造过程中的表面检测GB150标准规定，若层板材料标准抗拉强度下限值Orb>540MPa，层板的C类焊接接头应进行100表面检测；检测方法和质量标准按JB4730—1994要求进行，缺陷等级I级为合格。另外，《压力容器安全技术监察规程》规定，对有无损检测要求的角接接头，应进行100.... ....表面检测。磁粉检测主要是检测焊缝的表面缺陷。检测前，首先应检查所配制的磁悬液浓度是否合适，如磁悬液浓度太高，易产生伪磁痕，磁悬液浓度太低，灵敏度会降低；其次要检查磁轭的提升力是否达到标准要求。现场检测时，必须采用标准试片对检测系统的综合灵敏度进行检查，只有综合灵敏度符合标准要求时才能作业。使用交叉磁轭时，要注意四个磁极端面与检测面之间尽量贴合，最大间隙≯1-5lain，连续拖动检测时，检测速度应尽量均匀，一般≯4m／min。另外，被检焊缝及两侧磁轭所接触到的表面应打磨到露出金属光泽，不得有油脂、铁锈、氧化皮或其它粘附磁粉的物质。渗透检测主要是用于磁粉检测无法进行的部位或非铁磁性材料的焊接接头表面缺陷，如小直径接管的角焊缝等位置或奥氏体不锈钢焊接接头等。渗透检测一般采用溶剂去除型渗透剂。渗透探伤时，首先应注意环境温度，如温度不在1O～5O℃，必须采用非标准温度检测方法。其次被检表面不得有影响检测结果的铁锈、氧化皮、焊接飞溅及各种防护层。然后是要有足够的渗透时间，一般10min。再次是去除时一要防止过清洗，二要在擦拭多余渗透剂时只能保持一个方向。最后是显像剂喷涂一定要均匀且薄，观察显像要在显像剂施加后的7～60rnjn进行。1．2定期检验中的无损检测技术1．2．1容器使用中的特点和容易产生的缺陷这类容器在使用中主要用来存储氢气和氮气，这些介质的进出将造成压力的波动，形成载荷的疲劳作用。由于介质无腐蚀作用，因此使用中容易出现的缺陷主要是裂纹。为确保压力容器的安全行，根据《压力容器安全技术监察规程》，在用压力容器在6a(年)内应停车定期检验。在用定期检验以宏观检验和壁厚测定为主，还包括磁粉、渗透、射线、超声和声发射等无损检测手段。对于多层包扎容器，尤其是没有人孔时，因为无法从内表面进行检测，且除最外层的层板外，其余各层的纵焊缝均被包扎，常规的无损检测方法无法对其进行全面检验，声发射是非常合适的一种检测手段。1．2．2声发射检测声发射检测是在容器受载过程中进行动态整体检测的一种技术。采用声发射检测时，由于层板间会产生一定的摩擦信号，故应进行至少两次升压和多次保压的加载方法l1]。首先，根据被检对象的尺寸规格及受力分布情况，确定声发射探头布置阵列。由其结构特点可知环焊缝是受力最薄弱的部位，因而也是检测的重点，探头应沿环焊缝布置。探头之间的间距可通过衰减试验和现场背景噪声来确定，衰减试验时信号激励部位最好选在开有手孔的封头一端的内表面，这样能确定内部声发射信号的实际传播距离。其次，设定声发射检测参数和探头灵敏度，参数大小应根材质的声发射特性和现场噪声来设定。探头灵敏度标定是检测的一个重要环节，一般采用0．5mm的HB铅心折断作为声发射信号，所有探头的灵敏度分贝值差应<3.... ....dB。然后，进行加载试验和声发射信号采集，加载时应按两次升压多次保压的方法进行，考虑到容器的Kaiser效应，第二次升压的最高压力应略低于第一次升压的最高压力。在每次的加载和保压时段，必须及时采集声发射信号，并标清楚所使用的参数文件名、数据文件名、压力大小和现场情况。最后，进行检验结果分析。与单层金属压力容器相比，多层包扎压力容器在第一次升压过程中声发射信号要丰富得多，而且信号的幅度和能量都较大，这主要是由于容器多层层板在加载过程中互相之间的摩擦所引起的；对于出现的声发射定位源，应根据其在升压和保压阶段出现的情况和幅值大小进行分级。对危险的声发射定位源，应采用他无损检测方法进行复验。声发射检测标准采用GB／T18182—2o00《金属压力容器声发射检测及结果评价方法。1．2．3声一超声检测技术声一超声技术可应用于复合材料制成的非金属压力容器的裂纹及接头的结合质量检测，检测原理示于图1。在声一超声检测中，用一个宽带传感器在被检非金属压力容器表面发送一系列可重复的超声脉冲波，将另一传感器置于容器同一侧离发射传感器的给定距离处，以接收由发射超声脉冲所形成的沿容器壁传播的应力波。对单层非金属压力容器所关注的是应力波能量传递效率；对胶粘及多层复合材料压力容器，应力波经受了容器材料边界表面多重反射并与占有显著比率的胶接层相互作用，因而会含有结构中微结构与组织性质的信息。声一超声测量结果会受到传感器布置方式、发送与接收装置的性能与设置等有关因素的影响。在声一超声检测过程中，除传感器的压紧力外，取向、位置、发送一接收传感器距离以及耦合剂类型等都是检测能否成功的关键。1．2．4表面检测对于多层包扎容器焊缝表面的缺陷，可采用磁粉检测或渗透检测。表面检测的部位为所有焊接接头的外表面以及工卡具拆除的焊迹表面。根据检测经验，该类容器易出现表面裂纹的部位主要有球形封头与筒体组焊的焊缝表面及鞍座垫板与筒体的角焊缝表面。对于铁磁性材质的多层包扎容器，采用磁粉检测，这是因为磁粉检测的灵敏度要高于渗透检测。对于无法实施磁粉检测的角焊缝或非铁磁性材料的焊缝采用渗透检测。由于一般的多层包扎容器都是高压容器，其螺栓表面也应进行磁粉检测，这时可采用线圈法检测。此时需要进行磁化电流的计算，也可在有效磁化区内使用标准试片进行灵敏度的验证。.... ....1．2.5超声和射线检测多层包扎容器一般都是高压容器，其螺栓必须进行超声检测，主要检测螺纹根部是否有裂纹。一般在螺栓端部采用纵波小K值斜探头进行纵波斜射检测。如螺栓存在无螺纹的部位，还应采用K1．5～2．5，频率为2．5MHz的横波斜探头进行轴向检测。超声检测螺栓时，必须加工相应的对比试块。另外，多层包扎容器的环焊缝必要时可采用超声检测，这时必须将环焊缝的余高磨平，且超声检测主要是检测焊缝中垂直于焊缝的横向缺陷及平行于焊缝表面的面状缺陷，但无法对热影响区进行检测。此外，如果容器两端均有开孔，可采用7射线对环焊缝进行拍片检查。此时应注意如下几点，首先是7射线源的选择，对壁厚≤40ITLrn的容器应选用Se源，对壁厚为40~100mm的容器应选用Ir源；其次是在现场尽量将7源放置于环焊缝的圆心位置，对于卧式结构必须采用一定刚度的绳子沿容器中心线绷紧固定；最后是必须采用高类别的射线胶片、合适的曝光量和散射线屏蔽措施。.... ....发射和接收传感器可以选择带阻尼的宽带超声传感器和谐振或宽带声发射传感器。谐振式声发射传感器的检测灵敏度高，对于具有高衰减系数的非金属压力容器能够增加传感器的间距，从而提高检测效率。非金属压力容器检测用声发射传感器谐振中心频率可选0．5～5MHz，频率的选择主要依据容器的材料和几何尺寸，以保证可靠的检测灵敏度和较高的检测效率。传感器的间距主要取决于容器壁声波的衰减、传感器的带宽和灵敏度、容器的壁厚和形状、探头尺寸及检测缺陷要求的空间分辨率等因素。耦合剂的选用与声发射检测类似，通常选用真空脂或凡士林。传感器与被检容器的压紧力对测得的声发射信号量值的影响是明显的，所以要求传感器背部用弹簧加压以保持压紧力的恒定。实际应用中，采用0．02MPa作为压紧力的标准，还可通过试验确定最佳压紧力。2带内衬容器的无损检测技术2．1制造过程中的无损检测技术带内衬容器的制造分成两个阶段，首先是容器本体的制造，这与一般的单层薄壁容器的制造工艺一样。在制造过程中容易出现的缺陷有夹渣、气孔、未焊透、未熔合及裂纹等。其次是内衬的铺挂，先在容器内壁焊上挂钉，再铺设内衬。制造过程中该类容器的A类和B类焊接接头主要是根据GB150标准进行局部射线或超声检测，检测长度不得少于各条焊接接头长度的20，且250mm。焊缝交叉部位、封头的焊接接头、被补强圈等覆盖的焊接接头以及以开孔中心为圆心，1．5倍开孔直径为半径的圆中所包容的焊接接头应进行100射线或超声检测，其检测长度可计人局部检测长度内。2．2在线监测中的无损检测技术2．2．1容器使用过程中容易出现的缺陷常用的带内衬容器主要用作石油炼制行业中的催化剂再生器，一般规格为声6700mm／声8900mm×24mm／30mmX35150mm。运行期间容易出现的缺陷主要是内衬的损伤，如内衬开裂、减薄及脱落等。容器本体焊缝容易出现应力腐蚀开裂和挂钉角焊缝应力腐蚀裂纹。2．2．2容器使用过程中的红外热成像检测技术容器运行时主要检测的是内衬的完好性，目前红外热成像是一种非常有效的检测手段。红外热成像是根据任何温度>O.... ....K的物体将产生红外辐射的原理进行检测的一种技术，物体发射的红外线被红外热像仪接收并转换为电信号经计算机处理，最后显示出被测物体任何一点的温度，最终的显示结果为一幅物体温度场分布的图形。由于内衬的损坏，高温直接传递到容器器壁上，器壁温度将明显上升，造成外壁表面温度场的不同分布，故可根据外表面温度场的分布情况来判断内部衬里工作状态。检测前应根据容器的现场地理位置，从不同方向及不同距离对容器进行全面测试，每个方向最好用测距仪和经纬仪测出被测部位的定位指示十字标中心的空间坐标。测试部位的空间坐标定位是红外定量诊断分析的一个重要基础。检测前热像仪应用黑体炉进行标定，现场检测时对于难检测部位、可疑部位和精度要求较高部位还应使用红外点温仪及接触式点温仪对测试结果进行互相校正，测试结果的温度值误差应≯士10"C且<±159，6；对于要求全面测试的容器，其检测覆盖率应>9O[引。红外诊断分析首先是容器表面温度场总体分析，在所采集的热像图中选取一些具有代表性的点进行诊断，找出表面温度最高点的位置及温度值大小，同时其它超温区也应进行标识。表面大部分温度在工作温度以下则说明大部分衬里工作正常。其次是衬里损伤诊断，在温度场总体分析的结果中选出局部超温的部位，确定其中心位置高度、方位、最高温度值及损伤面积。最后是根据损伤部位面积、温度分布走向和温度分布梯度等特征来判断损伤类型，损伤类型一般有脱落、裂纹、鼓包、减薄损伤和其他损伤。另外，红外检测的趋势分析也是非常有意义的。由于红外检测采用的是计算机检测分析，其所有检测数据均采用计算机处理并可建立检测数据库。因此，在多次定期检测和诊断分析的基础上，可建立反映同一台设备在不同时期、同一区域的温度场变化趋势走向与时间顺序相关联的曲线图，预测内衬的损伤程度趋势，确定容器的安全状态。2．2．3容器使用过程中焊缝检测存在的问题在带内衬容器运行期间对其本体焊缝及内表面内衬挂钉角焊缝开裂情况的检测目前还很困难，但国内已开始开展高温超声检测技术研究，有望解决部分问题。2．3定期检验时的无损检测技术根据《压力容器安全技术监察规程》和《在用压力容器检验规程》，在用压力容器3～6a应停车定期检验。对于带内衬容器，定期检验时以宏观检验和壁厚测定为主，由于内衬的覆盖，该类容器的内表面无法检测，因此必须采用超声局部抽查法检测焊缝内表面开裂情况。此外，对焊缝外表面采用表面检测。2．3．1定期检验时的超声检测.... ....在停车期间，由于内表面有内衬，对本体焊缝及内表面内衬挂钉角焊缝开裂情况，可在外部进行超声检测。超声检测前要将被检部位表面的防护层打磨平整，确保探头耦合良好。仪器扫描调整时，最好采用1：1深度定标，另外探头的晶片尺寸不要太大(约13mmX13mm)，K值为1．5～2．5，前沿尽量短，最好在10mm左右。检测过程中最好采用一次波探测缺陷，如用二次波探测到缺陷，则必须从另外一侧进行仔细的复核，尤其是水平和深度位置。检测后要注意缺陷分布位置的准确记录。2．3．2定期检验时的表面检测对于容器焊缝外表面的缺陷，由于该类容器材质一般为铁磁性，故应采用磁粉检测，因为磁粉检测的灵敏度要高于渗透检测，对于小接管或支撑的角焊缝等不适于用磁粉检测的部位采用渗透检测。表面检测的部位为所有焊接接头的外表面和工卡具拆除的焊迹表面。由经验知，该容器易出现表面应力腐蚀裂纹的部位主要是容器本体对接焊缝、热影响区和挂钉焊缝热影响区，尤以内表面最为严重。因此，如条件许可，可适当拆除少部分内衬，用磁粉检.... ....材颠簸时传感器阵列中的各个绕组将同时增大或缩小与管材间的距离，传感器阵列与管材接触面成一定的形状，将能保证颠簸时各绕组磁阻有基本相同的变化，所以由颠簸在各绕组产生的电动势将基本相同，且没有时差。若将两个相间的绕组同名端连接在一起，其输出电动势将是两个绕组电动势的叠加。由缺陷引起的电动势由于时差原因，将分时输出两个相位不同的脉冲信号。若是颠簸产生的电动势，因没有时差且两个电动势大小基本相同但相位相反，所以将使输出接近为零。阵列绕组形成的两组输出，分别接入两个前置放大器，将获得的信号放大。放大后的信号送入由运算放大器组成的减法器。若两组信号相位相同，输出将是它们的差值。对于颠簸产生的电动势，利用两个绕组反相叠加后虽然已接近零，但由于各种原因使其不可能真正为零。这两组输出信号放大后，经减法器再次反相叠加，会使由颠簸产生的输出电动势更小。对于缺陷引起的电动势由于时差原因将会被放大后输出。减法器输出端输出的缺陷信号是一组相位不同具有一定幅值的四个连续脉冲，而由颠簸产生的干扰信号将是没有相位变化且幅值较小的脉冲信号。将减法器输出的信号送入一能实现电平偏移的放大器，进一步滤除颠簸产生的干扰信号并将缺陷信号放大。信号在各单体单元处理后，被送入单元信号合成器测抽查部分内部焊缝表面和内衬挂钉角焊缝。3小结多层包扎容器在制造过程中以内筒钢板的超声检测、内筒对接纵焊缝和筒节组对环焊缝的射线检测为主；对于在用定期检验，以声发射检测和表面检测为主。带内衬的压力容器在制造过程中以对接焊缝的射线检测为主，检测部位主要是焊缝交叉部位及封头拼缝部位；在使用过程中以红外检测为主，主要检测内衬里的损伤情况；在定期检验中以超声检作进一步处理后合成与缺陷成一定比例关系的输出信号。再经4～20mA电压电流变换器变换，形成标准电流形式的输出信号。2．3实验结果及比较阵列式漏磁检测传感器经在样机上试验运行获得了较理想的效果，与传统漏磁检测传感器检测结果相比较，颠簸产生的干扰得到了足够的抑制，可有效地区分缺陷信号和颠簸产生的干扰信号。阵列式漏磁检测传感器测量颠簸产生的干扰信号的脉冲幅值仅为传统漏磁检测传感器的10。图4是安装在同一台漏磁探伤装置上使用普通漏磁检测传感器（图4a)和阵列式漏磁检测传感器(图4b)测量同一根标准管获得的波形图，由图可见颠簸产生的干扰得到了有效的抑制。.... ........