CN101256170B - 层板包扎式容器检验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及承压设备检验方法，尤其是层板包扎式容器的检验方法。是围绕层板包扎式容器的结构特点，对影响结构安全性的缺陷的十个关键环节，分别进行十项检测，并按国家法规标准或用户规程要求消除检出的超标缺陷，对其中有的检测方法不确定时即采用复验的方法，有的检测结果中的缺陷无法消除或无修复价值者即可终止后续检测项目。本发明提出了一整套层板包扎式容器缺陷的检测方法，根据其检测结果并结合缺陷质量分级标准或剩余寿命评判方法，判定容器可否安全使用或可安全使用的剩余寿命，该方法检测可靠、数据准确、费用低。

Description

层板包扎式容器检验方法

一、技术领域

本发明涉及承压设备检验方法，尤其是层板包扎式容器的检验方法。

二、背景技术

层板包扎式容器为高压容器典型结构之一，被广泛应用于化工与石油化工领域。化肥行业中的尿素合成塔是尿素生产企业的核心设备，通常采用层板包扎式结构，它的工作参数高、工况严，所盛装的物料具有强烈的腐蚀性。层板包扎式尿素合成塔是实际使用中最多的一种层板包扎式容器。其典型特征是：尿素合成塔内部与物料直接接触侧为8～10mm厚的尿素级不锈钢衬里，与衬里相邻的是开有分布检漏介质或泄漏物料导流槽的三片式纵向点焊的6mm左右厚的低碳钢盲层，或者开有检漏介质或泄漏物料导流槽的20mm左右厚的低碳钢内筒，外部为10层左右纵向焊缝错开的厚度为6～8mm个别12mm或以上的低合金钢强度层。整个容器通常由7节或者以上按上述方式分段包扎的筒节经深环焊缝焊接而成。近年来也有先将各节衬里和内筒做成一体、然后各层板纵环焊缝均错开的整体包扎结构。为了检验衬里是否被介质腐蚀穿透，筒节上开有检漏管孔，供检漏介质或泄漏物料进出。容器投用前，会因各种原因存在漏检制造缺陷；或者使用过程中由于介质腐蚀、环境腐蚀和运行参数波动等原因产生新生缺陷或造成制造缺陷扩展，从而降低尿素合成塔的介质耐腐性能和承载能力，累计到一定程度便会引发泄漏、爆破等安全事故。目前，对层板包扎式容器尤其是层板包扎式尿素合成塔还没有有效的无损检测方法。因此，为了掌握在用尿素合成塔制造缺陷的发展情况或新生缺陷的形成和扩展情况，评估其安全性和剩余寿命，必须针对不同缺陷，选择不同检测方法，制定检测工艺才能实施有效的检测。

目前常用无损检测技术包括射线检测、超声检测、磁粉检测、渗透检测和涡流检测等。

射线检测是利用射线穿透被检构件有缺陷和无缺陷部位时衰减程度不同，而成像不同检出缺陷的，被检构件过厚会严重影响检测效果。射线检测可以作为层板包扎式容器的一种检测方法，但由于尿素合成塔壁厚通常在100mm以上，多层结构组合焊缝使得检测的灵敏性偏差，更难于用于检查事先缺陷不明情况下层板母材中的应力腐蚀裂纹等。

超声检测则主要利用超声波抵达缺陷界面时的反射、折射或衍射等，加以接收放大，计算有缺陷和无缺陷的超声波传播时间差异检出缺陷的，特别适用于厚壁厚构件的检测。超声检测包括在其原理基础上延伸出来的相控阵、TOFD等方法可用于分段层板包扎式容器深环焊缝的检测，但焊缝与层板交界处的缺陷检测会受到层板界面的影响而降低其检测可靠性。对层板母材而言，超声检测只适应于层板包扎式容器外表面层板和衬里或不带衬里结构的内表面层板母材区的检测，无法检出内部层板的缺陷。

磁粉检测是利用铁磁性材料被检构件中表面和近表面缺陷对置于磁场或磁化后的磁力线干扰和漏磁现象，通过显示介质检出缺陷的。磁粉检测仅适用于层板包扎式容器外表面和无衬里的内表面的缺陷检查。渗透检测是利用渗透液的润湿作用和毛细现象而进入表面开口缺陷，随后被吸附和显像检出被检构件中的表面开口缺陷的。渗透检测适用于层板包扎式容器的内外表面缺陷检测。

涡流检测则利用电磁感应原理，通过测定被检工件内感生涡流的变化来无损地评定导电材料构件的某些性能或发现缺陷的，适用于细长构件的检测。涡流检测不适用于层板包扎式容器的缺陷检测。

最近几年，发展了声发射检测、红外热成像检测、磁记忆检测和导波检测等新技术。声发射检测利用被检构件中缺陷或应力集中部位在受到形变或外力作用时，产生塑性变形或裂纹扩展等时迅速释放弹性能量而产生瞬态应力波物理现象，通过接受放大瞬态应力释放声波，再经信号处理而检出缺陷的。声发射检测适用于大型承压设备活性缺陷的检测。该方法只能给出所检活性缺陷的大致定位，只有通过其它方法，如射线检测或超声检测等，才能给出缺陷尺寸和其准确定位。声发射检测适用于层板包扎式容器在不同加压情况下的活性缺陷的整体检测。红外热成像检测是测量通过物体的热量和热流的传递，当物体内部存在裂缝或其它缺陷时，它将改变物体的热传导，使物体表面温度分布出现差异或不均匀变化，利用这些差异或不均匀的变化图像，可直观地查出物体的缺陷位置。由于层板包扎式容器的结构特点，层板界面和热传导因素，目前利用红外热成像检测尚不可行。金属磁记忆检测是记录处于地磁场环境下金属构件受工作载荷作用下在局部应力集中区里产生的自有漏磁场。而正是在应力集中区里腐蚀、疲劳和蠕变过程最剧烈，在这些区域中发生的组织变化最大。利用其特点，磁记忆检测可以用于层板包扎式容器深环焊缝的检测，这种检测将缺陷和结构突变引起的应力集中混在一起展现给我们，因此它只能作为缺陷的初步检查方法。超声导波检测是利用低频扭曲波或纵波在被检构件内多次往复反射并进一步产生复杂的叠加干涉以及几何弥散波形特性检测缺陷的。具体说，当导波传输过程中遇到缺陷时，缺陷在其传播的构件横向截面上有一定的面积，导波会在缺陷处返回一定比例的反射波，因此可由同一探头阵列检出返回信号——反射波来发现和判断缺陷的大小。该方法适用于管道等的检测。

综上所述，传统的或新近发展的无损检测技术不能作为或者不能单独作为层板包扎式容器的检测方法。它们中间有的如射线检测使用和防护成本很高，有的如磁粉、渗透、一般超声、导波等存在固有不足，对层板包扎式容器不能作为检测方法或只能作为表面缺陷的检测方法。传统检测方法经济性差，无法适用于尿素合成塔在用状态检验。

三、发明内容

本发明的目的在于，针对层板包扎式容器尤其是层板包扎式尿素合成塔的结构特点，克服单独使用射线检测时使用和防护成本高、缺陷检出可靠性低，单独使用超声检测无法检出层板母材中缺陷和焊缝与母材交界处缺陷检测可靠性低，单独使用声发射检测缺陷定位精度低及无法给出缺陷性质和尺寸，磁记忆检测无法区分缺陷与结构几何不连续所造成的应力集中等问题，提出一种缺陷检测方法，能够有效检出层板包扎式容器各关键部位可能出现的缺陷，从而实现容器的整体性检验。

本发明的基本构思是围绕层板包扎式容器的结构特点，对影响结构安全性的缺陷的十个关键环节，分别进行十项检测：(1)容器外表面母材及焊缝表面缺陷和不带衬里的容器内表面母材及焊缝表面缺陷的检测采用金属磁记忆检测，并进行磁粉检测，标出应力梯度明显异常的部位，初步确定埋藏缺陷可疑部位，磁粉检测检出的超标表面缺陷按国家法规标准予以消除；(2)衬里母材或堆焊层及焊缝表面缺陷检测采用渗透检测方法，并消除或修复被检出的超标缺陷，无修复价值者终止后续检测项目，缺陷消除修复后，进行渗漏检测，以确定衬里的致密性；(3)衬里母材内部及其背侧缺陷检测采用超声法检测，按国家法规标准或用户规程要求消除检出的超标缺陷，无法消除或无修复价值者终止后续检测项目；(4)衬里以及封头、平盖和容器端部堆焊层厚度采用超声法和磁性法检测，衬里以及封头、平盖和容器端部堆焊层的理化指标和金相组织分析采用现场光谱法和现场金相法分析，按国家法规标准修复或更换厚度或材质状况严重不符合要求的衬里或堆焊层，对无法或无价值修复或更换衬里及堆焊层者，终止后续检测项目；(5)接管缺陷检测视材料是否为铁磁性材料而采用磁粉检测或渗透检测，大的接管配合做超声检测，并按国家法规标准消除检出的超标缺陷；(6)采用液压试验方法激活容器整体缺陷尤其是埋藏缺陷，同步进行声发射检测，以检测容器内部层板母材、纵环焊缝中的活性埋藏缺陷；液压试验压力大于等于1.25～2倍容器设计压力乘以容器材料温度修正系数，最大试验压力下容器内的应力应不超过试验温度下容器材料屈服点或屈服强度的0.9倍，试验过程中应采用声发射监控活性缺陷信号强度，当信号持续快速增加时，应中止试验，并以此试验压力作为容器剩余寿命评估的试验压力依据；(7)为提高声发射检测对分段层板包扎式容器深环焊缝活性缺陷检测的可靠度，或者辅以加压过程中和加压后的磁记忆检测；(8)对于分段层板包扎式容器深环焊缝中声发射检测检出并判定影响容器安全的活性缺陷或磁记忆检出并经经验排除焊缝几何不连续类缺陷所造成应力集中的严重应力集中信号，采用相控阵或者TOFD检测方法复检，依然不能确定缺陷尺寸和性质的，则采用射线检测方法复检；(9)对于容器层板或整体层板包扎式容器中声发射检测检出并判定影响容器安全的活性缺陷，采用射线检测方法复检；(10)声发射检测按国家标准GB/T18182《金属压力容器声发射检测》确定无D级及以上缺陷，或者磁记忆检测磁场强度梯度不大于20A/m缺陷，或者经射线或相控阵或TOFD方法检测，确定出缺陷类型和尺寸，经返修或者缺陷安全评定或者剩余寿命分析，在下一检验周期内能保证安全使用的，对带衬里结构应重复(2)所述步骤。

本发明的特点在于：(1)对于首先采用声发射检测初步定位层板包扎式容器内部层板的活性埋藏缺陷，检测时的压力试验压力范围提高至1.25～2倍容器设计压力乘以容器材料温度修正系数，以提高对容器中埋藏活性缺陷的检出率，当声发射信号持续快速增加时，应及时中止压力试验和声发射检测试验，转而进入后续试验或终止全部试验；(2)对分段层板包扎式容器深环焊缝埋藏缺陷的检测，提出在声发射检测的基础上附加磁记忆检测，以提高缺陷检出的可靠性；(3)对于分段层板包扎式容器的深环焊缝处用声发射检测检出的D级及以上严重活性缺陷或磁记忆检测磁场强度梯度大于等于20A/m的严重应力集中信号，采用相控阵或者TOFD检测方法复验确定缺陷类型和尺寸，仍然不能确定的，采用射线检测复验，以确定缺陷类型和尺寸；(4)对于容器层板或整体层板包扎式容器声发射检测出D级及以上严重活性缺陷，采用射线检测复验，以确定缺陷类型和尺寸。

本发明针对层板包扎式容器的结构特点，提出了一整套层板包扎式容器缺陷的检测方法，根据其检测结果并结合缺陷质量分级标准或剩余寿命评判方法，判定容器可否安全使用或可安全使用的剩余寿命，该方法检测可靠、数据准确、费用低。

四、附图说明

图1为层板包扎式容器两筒节连接结构及声发射传感器安放部位示意图；

图2为层板包扎式容器封头与筒节连接结构及声发射传感器安放部位示意图；

图3为层板包扎式容器声发射传感器布置展开示意图。

附图标记：

1、内衬层  2、盲层  3、强度层  4、深环焊缝  5、声发射传感器  6、下封头  7、堆焊层  8、上封头  9、上端法兰。

五、具体实施方式

现以层板包扎式尿素合成塔(以下简称“尿塔”)为例，阐述本发明具体实施过程。该尿塔筒体由内衬层1、盲层2、强度层3、下封头6、上封头8和上端法兰9构成，筒节与筒节之间以及筒节与封头之间通过深环焊缝4连接在一起。首先，按照国家有关安全技术规范要求做好检验前准备，拆除保温等非本体附属设施，尿塔内部达到进罐作业条件。然后，按以下步骤完成对尿塔的检验。

(1)外层板母材及焊缝表面缺陷检验。对首次进行检验的尿塔外表面母材和焊缝进行表面磁粉检测，并按国家法规标准要求消除磁粉检测检出的表面缺陷。与此同时，进行金属磁记忆检测，标出应力梯度明显异常的部位，初步确定埋藏缺陷可疑部位。

(2)内衬层母材及焊缝表面缺陷检验。对内衬层母材及焊缝表面进行渗透检测，并按国家法规标准消除所检出的表面缺陷。

(3)衬里母材及其背侧缺陷检验。采用超声回波法扫查或者先采用高频超声导波法初查异常部位后再用超声回波法检测异常部位有无背侧腐蚀或裂纹，并按国家法规标准或企业规程消除检出的缺陷。

(4)衬里、堆焊层厚度测量及理化指标分析。对衬里、堆焊层采用超声回波法和磁性基体上非磁性覆盖层厚度测量磁性法进行厚度测量，对比上次检验数据计算腐蚀速率；对衬里表面状态可疑部位进行铁素体含量测量和金相检测；综合判定内衬层的耐腐蚀性，并判定是否继续后续检测。

(5)接管缺陷检验。对尿塔接管焊缝采用渗透检测，接管自身进行涡流测厚与检测，能够确定接管的耐腐蚀性及是否存在局部严重腐蚀和裂纹等缺陷。

(6)整体强度试验与活性埋藏缺陷检验。消除1至5项检验发现的缺陷后，对尿塔进行1.25倍设计压力或者最高操作压力乘以材料温度修正系数的水压试验，以检验尿塔的整体强度；水压试验的同时进行声发射检测，检测时在尿塔深环焊缝及封头部位按图1和图2中所示位置安放声发射传感器5，按照时差定位法布置声发射传感器，见图3所示的布置展开示意图，进行两次升降压操作，第二次升压不超过第一次升压的压力值上限，声发射源的判定按国家标准GB/T18182进行。声发射检测结束后，在塔体标定活性声发射源的位置，作为进一步检测的依据。

(7)加压过程中和加压后采用金属磁记忆检测仪检测深环焊缝等部位的应力分布状况，并与声发射事件定位结果对照，提高声发射事件的定位精度。

(8)深环焊缝埋藏缺陷检验。采用超声波相控阵对声发射及磁记忆检测标出的活性声发射源或强应力集中源进行埋藏缺陷检测，以确定缺陷的性质及几何尺寸。深环焊缝处的活性声发射源或强应力集中源未被检出时，增加缺陷怀疑部位的γ射线检测。

(9)层板或性缺陷的复检。对于层板中声发射检测检出并判定影响容器安全的活性缺陷，采用射线检测方法复检。

(10)对声发射检测仅有D级以下缺陷的尿塔，或者D级以上缺陷经超声相控阵方法或者γ射线检测确认并经修理或缺陷安全评定和剩余寿命分析后可安全使用的尿塔，重新进行衬里母材及焊缝表面缺陷检验。

本发明已成功应用于120台次层板包扎式尿素合成塔检验，能够有效检出各种缺陷。

Claims (1)

1.层板包扎式容器检验方法，其特征为对影响结构安全性的缺陷的十个关键环节，分别进行十项检测：(1)容器外表面母材及焊缝表面缺陷和不带衬里的容器内表面母材及焊缝表面缺陷的检测采用金属磁记忆检测，并进行磁粉检测，标出应力梯度明显异常的部位，初步确定埋藏缺陷可疑部位，磁粉检测检出的超标表面缺陷按国家法规标准予以消除；(2)衬里母材或堆焊层及焊缝表面缺陷检测采用渗透检测方法，并消除或修复被检出的超标缺陷，无修复价值者终止后续检测项目，缺陷消除修复后，进行渗透检测，以确定衬里的致密性；(3)衬里母材内部及其背侧缺陷检测采用超声法检测，按国家法规标准或用户规程要求消除检出的超标缺陷，无法消除或无修复价值者终止后续检测项目；(4)衬里以及封头、平盖和容器端部堆焊层厚度采用超声法和磁性法检测，衬里以及封头、平盖和容器端部堆焊层的理化指标和金相组织分析采用现场光谱法和现场金相法分析，按国家法规标准修复或更换厚度或材质状况严重不符合要求的衬里或堆焊层，对无法或无价值修复或更换衬里及堆焊层者，终止后续检测项目；(5)接管缺陷检测视材料是否为铁磁性材料而采用磁粉检测或渗透检测，大的接管配合做超声检测，并按国家法规标准消除检出的超标缺陷；(6)采用液压试验方法激活容器整体中的埋藏缺陷，同步进行声发射检测，以检测容器内部层板母材、纵环焊缝中的活性埋藏缺陷；液压试验压力为1.25～2倍容器设计压力乘以容器材料温度修正系数，最大试验压力下容器内的应力应不超过试验温度下容器材料屈服点或屈服强度的0.9倍，试验过程中应采用声发射监控活性缺陷信号强度，当信号持续快速增加时，应中止试验，并以此试验压力作为容器剩余寿命评估的试验压力依据；(7)为提高声发射检测对分段层板包扎式容器深环焊缝活性缺陷检测的可靠度，辅以加压过程中和加压后的磁记忆检测；(8)对于分段层板包扎式容器深环焊缝中声发射检测检出并判定影响容器安全的活性缺陷或磁记忆检出并经经验排除焊缝几何不连续类缺陷所造成应力集中的严重应力集中信号，采用相控阵或者TOFD检测方法复检，依然不能确定缺陷尺寸和性质的，则采用射线检测方法复检；(9)对于容器层板或整体层板包扎式容器中声发射检测检出并判定影响容器安全的活性缺陷，采用射线检测方法复检；(10)声发射检测按国家标准GB/T18182《金属压力容器声发射检测及结果评价方法》确定无D级及以上缺陷，或者磁记忆检测磁场强度梯度不大于20A/m缺陷，或者经射线或相控阵或TOFD方法检测，确定出缺陷类型和尺寸，经返修或者缺陷安全评定或者剩余寿命分析，在下一检验周期内能保证安全使用的，对带衬里结构应重复(2)所述步骤。

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