化工壓力容器和管道壁厚的測(cè)定
摘 要:化工壓力容器和管道壁厚測(cè)定的原理、方法、選點(diǎn)及示值的可靠性分析。化工容器和管道受工藝介質(zhì)的腐蝕和沖刷導(dǎo)致其壁厚的減薄和損壞,應(yīng)力集中部位和焊接熱影響區(qū)壁厚的測(cè)定和獲得準(zhǔn)確、可靠的數(shù)據(jù)在容器管道檢測(cè)中具有的重要地位和作用。
關(guān)鍵詞:壓力容器 管道壁厚 測(cè)厚儀
一、測(cè)厚原理和測(cè)厚儀
測(cè)厚儀多為超聲波測(cè)厚儀,其原理是基于超聲波在工件中的傳播和反射,因?yàn)槌暡ㄔ谕痪鶆蚪橘|(zhì)中傳播聲速為一常數(shù),故被測(cè)工件越厚,超聲波在工件中傳播的時(shí)間越長(zhǎng)。而且,當(dāng)超聲波通過不同介質(zhì)的界面時(shí)會(huì)反射。測(cè)厚時(shí),從探頭換能器發(fā)出的脈沖超聲波(老式共振法測(cè)厚時(shí)為連續(xù)超聲波)經(jīng)耦合劑到達(dá)被測(cè)工件。此時(shí),部分超聲波被工件表面反射,另一部分則穿過被測(cè)工件并被工件底面所反射,經(jīng)換能器被儀器接收。測(cè)出工件表面反射形成的界面波及工件底面反射波之間的時(shí)間差,再根據(jù)聲速、時(shí)間、距離(厚度)三者之間的關(guān)系,便可求出被測(cè)工件的厚度,即:
h=ct/2
式中 h—距離(厚度)
c—聲速
t—聲波傳播時(shí)間
測(cè)厚儀分為單晶片探頭和雙晶片探頭,如圖1所示。圖1中A為單晶片探頭探測(cè),B為雙晶片探頭探測(cè)。國內(nèi)早期的測(cè)厚儀多為單晶片探頭,探頭晶片兼具發(fā)射和接受超聲波之功能。雙晶片探頭是一個(gè)晶片T發(fā)射超聲波,另一個(gè)探頭R接收超聲波。中間用隔聲層隔開,并在晶片下加延遲塊。這種探頭的檢測(cè)靈敏度較高,目前國內(nèi)外儀器均采用。
圖1
二、測(cè)量方法和注意事項(xiàng)
1.測(cè)量方法
( 1)一次測(cè)量法。適用于接觸面較大和內(nèi)外表面不平行度較?。ǎ?/4波長(zhǎng)的工件,此時(shí)一個(gè)點(diǎn)只需測(cè)量一次)。
(2)二次測(cè)量法。對(duì)背面有腐蝕坑或內(nèi)外表面不平行度較大及曲率較大的工件,應(yīng)在第一次測(cè)完后再將探頭旋轉(zhuǎn)90°取兩次測(cè)量中的較小值作為測(cè)量值。
(3)線連續(xù)測(cè)量法。在一條固定線上每相距5mm或5mm以下測(cè)量一次,用此間隔連續(xù)進(jìn)行測(cè)量,此法適用于測(cè)量背面有腐蝕溝槽的工件。
(4)圓圈內(nèi)多點(diǎn)測(cè)量法。以一點(diǎn)為中心在某一直徑范圍內(nèi)(一般以直徑20一30mm為宜)測(cè)量,以找出最薄點(diǎn),如圖2所示。
(5)綜合測(cè)量法:用于腐蝕嚴(yán)重或?qū)y(cè)量結(jié)論要求較精確的場(chǎng)合,測(cè)量時(shí)以一點(diǎn)為中心,綜合使用以上方法,以更小間隔移動(dòng)探頭,并將測(cè)量結(jié)果以等高線形式記錄(圖3)。此法可找出壁厚最薄點(diǎn),確定小面積的腐蝕坑穴。
圖2 圖3
2. 注意事項(xiàng)
老式儀器,如CH一J一1型,不但線路落后、結(jié)構(gòu)笨重,而且由于采用單晶片探頭,靈敏度低且不穩(wěn)定,測(cè)厚時(shí)必須打磨出一平整光滑的測(cè)點(diǎn),使用時(shí)由于靜區(qū)開得太大出現(xiàn)雙倍讀數(shù),再加上儀器的線性不好,常使某一區(qū)段的測(cè)值偏高或偏低。近年來出品的數(shù)碼管高精度袖珍式儀器,由于采用了先進(jìn)的工藝技術(shù)、元器件和雙晶片分割式探頭,具有檢測(cè)靈敏度高、范圍廣、誤差小、便于攜帶和調(diào)試等優(yōu)點(diǎn)。用這種儀器測(cè)厚時(shí),需注意以下幾點(diǎn):
(1)雙晶片中,發(fā)射晶片的功率較大,使用時(shí)發(fā)射插座和接收插座的插位不應(yīng)插錯(cuò),否則靈敏度稍有降低。
(2)袖珍式數(shù)字測(cè)厚儀,由于檢測(cè)靈敏度高,在工件表面有油漆、氧化皮或銹鐵時(shí),均可直接測(cè)厚(不平時(shí)稍加打磨),但此時(shí)測(cè)出的工件厚度包括了氧化層和涂層厚度,故應(yīng)在示值中扣除。
(3)新式儀器在測(cè)曲率較大的工件或小直徑管子時(shí)必須使用探頭座,并使用黏度較大的耦合劑,使其接觸良好。
(4)測(cè)量管壁厚度時(shí),探頭中間的隔聲層應(yīng)與被測(cè)管子的軸線平行,以增大探頭晶片與工件的接觸面,過去采取隔聲層與管子軸線垂直的測(cè)量方法是不合理的。
(5)在測(cè)表面有嚴(yán)重麻點(diǎn)和凹坑的工件時(shí),應(yīng)選用聲阻抗大、黏度高的甘油、凡士林或?qū)S贸曬詈蟿?nbsp;
(6)測(cè)厚中出現(xiàn)示值跳躍不定時(shí),不要輕意確定測(cè)厚結(jié)果,此時(shí)可輕微移動(dòng)探頭,并用手指將探頭壓緊在測(cè)點(diǎn)上,待示值穩(wěn)定不動(dòng)時(shí)方可取值。
(7)測(cè)厚時(shí)示值輕微閃爍跳動(dòng),一般應(yīng)以較小測(cè)值為準(zhǔn)。
3.示值的可靠性及其分析
用測(cè)厚儀測(cè)出的示值有時(shí)與實(shí)際情況或預(yù)想的結(jié)果不符,可能有以下原因:
(1)儀器誤差和精度。一般儀器誤差為±0.1% --0.5%,再加上±0.1mm的精度誤差另外,老式儀器的線路和元件受環(huán)境溫度的影響頗大,故測(cè)量時(shí)應(yīng)反復(fù)調(diào)整或校正。
(2)由于測(cè)量方法不當(dāng)造成測(cè)量誤差。如用雙晶片探頭測(cè)定曲率較大的管子時(shí),如果隔聲層垂直于管子軸線將使示值偏大。
(3)壁厚公差。管子制造時(shí)必然存在誤差,如小于等于外徑57mm的熱軋無縫鋼管,其公差為±15%,實(shí)測(cè)時(shí)雖然示值高出公稱值也是可能的。
(4)氧化層或涂漆太厚。由于測(cè)值中包含了漆層及氧化鐵厚度,所以示值偏大。
(5)材料代用或圖紙資料有誤。此種情況在工藝管道測(cè)量中較常出現(xiàn),尤其是以厚代薄較為常見。由于檢測(cè)示值與原資料所標(biāo)厚度不符,引起對(duì)腐蝕減薄情況的錯(cuò)誤判斷。
(6)材料內(nèi)部缺陷對(duì)測(cè)值的影響材料內(nèi)部的缺陷如分層、夾雜、裂紋及含氫介質(zhì)容器的氫腐蝕對(duì)測(cè)厚數(shù)值的影響很大。當(dāng)探頭軸線垂直或接近垂直缺陷的反射面時(shí),儀器可能顯示的是材料表面缺陷的厚度值,如圖4所示。如果缺陷反射面傾斜角度較大或和探頭軸線平行,則晶片可能接收不到回波而無讀數(shù)或數(shù)字跳躍不穩(wěn),此時(shí)應(yīng)多次移動(dòng)探頭,以獲得穩(wěn)定、準(zhǔn)確的測(cè)值。
對(duì)含氫介質(zhì)壓力容器(如氨合成塔等),由于氫和鋼中的滲碳體還原生成甲烷而導(dǎo)致晶界的腐蝕,產(chǎn)生大量微裂紋和脫碳,使超聲波的衰減、反射、聲速、頻率均受到明顯影響,致使聲波的傳播路線改變、聲程加大,測(cè)厚示值增加。
圖4
4.測(cè)厚部位的選擇
測(cè)厚的目的是要查清被測(cè)物的壁厚狀況,但由于腐蝕、沖刷、磨損的不均勻性,故應(yīng)選準(zhǔn)關(guān)鍵、薄弱部位,對(duì)確定所檢物的安全狀況是至關(guān)重要的。
(1)氣、液體沖刷部位氣、液相流動(dòng)沖刷到的部位,如塔、器正對(duì)流體進(jìn)口的器壁、管道的彎頭拐角部位等。例如壓縮機(jī)二段分離器(圖5),正對(duì)進(jìn)氣管的器壁已被氣體沖刷掉一半壁厚,測(cè)厚時(shí)如不注意到此局部位置,就不能找出最薄弱點(diǎn)。
圖5
直徑700mm繞帶式氨洗塔,大修時(shí)全面檢驗(yàn),發(fā)現(xiàn)塔內(nèi)壁升氣帽周圍腐蝕沖刷嚴(yán)重。內(nèi)筒已由原壁厚25mm,減到4.67mm(其他部位24mm)。又如壓縮系統(tǒng)五段管線直徑108mm,壁厚llmm,測(cè)厚時(shí)彎頭處僅有7mm(圖6)。
(2)易腐蝕部位。容器的氣液相界面、沉淀物聚集的死角等部位較其他部位易腐蝕,如廠內(nèi)1號(hào)飽和熱水塔,大修測(cè)厚時(shí)發(fā)現(xiàn),上塔氣液相界面附近壁厚明顯減薄(圖7),兩塔組焊處由于聚集了沉淀物,也明顯減薄。
圖6 圖7
(3)應(yīng)力集中部位和焊接熱影響區(qū)。金屬材料在應(yīng)力作用下腐蝕會(huì)加劇,即產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕。有的容器焊完后未進(jìn)行焊后熱處哩或熱處理工藝不當(dāng),使用時(shí)在腐蝕性介質(zhì)作用下(如氨水、硫化氫等),就會(huì)加劇腐蝕。容器組焊后,在熔合區(qū)和熱影響區(qū)不僅引起金相組織和機(jī)械性能的變化,還會(huì)產(chǎn)生較大的焊接殘余應(yīng)力,加速了腐蝕。如碳化塔的筒體環(huán)焊縫兩側(cè)熱影響區(qū)均發(fā)現(xiàn)明顯的腐蝕減?。▓D8),有的容器焊縫附近未見壁厚減薄,但出現(xiàn)了穿孔或裂紋,如廠內(nèi)的1號(hào)、2號(hào)綜合塔回收段,塔壁雙焊縫附近曾發(fā)生較大面積的穿孔、裂紋和滲漏,此種情況應(yīng)引起注意。
圖8
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