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壓力容器無損檢測——非金屬壓力容器的無損檢測技術(shù)

文檔作者：李光海沈功田李鶴年文檔來源：中國特種設(shè)備檢測研究中心		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2021年08月17日
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壓力容器檢測專題論壇NDT 無損檢測
　　2005 年第27 卷第12 期
壓力容器無損檢測
———非金屬壓力容器的無損檢測技術(shù)
李光海,沈功田,李鶴年1)
(中國特種設(shè)備檢測研究中心,北京　100013)
摘　要:綜述了非金屬壓力容器在制造和使用過程中可能出現(xiàn)的缺陷和采用的無損檢測方法,
包括目視檢測、聲2超聲檢測和聲發(fā)射檢測等以及它們的特點(diǎn)。
關(guān)鍵詞:非金屬;壓力容器;綜述;目視檢測;超聲波檢測;聲發(fā)射檢測
　　中圖分類號: TG115. 28 　　　文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 　　　文章編號:100026656 (2005) 1220652203
Nondestructive Testing of Pressure Vessels :
Nondestructive Testing Technique for Nonmetallic Pressure Vessels
LI Guang2hai , SHEN Gong2tian , LI He2nian 1)
(China Special Equipment Inspection and Research Center , Beijing 100013 , China)
Abstract : Nonmetallic pressure vessels are extensively used in storage and t ransportation of chemical product s.
The defect s possibly emerge in nonmetallic pressure vessels and the nondest ructive testing methods applied during
fabrication and use are reviewed , including visual testing (VT) , acousto2ult rasonic testing (AU T) and acoustic
emission (AE) . The characteristics of the methods are also discussed.
Keywords :Nonmetal ; Pressure vessel ; Review ; Visual testing ; Ult rasonic testing ; Acoustic emission testing
　　非金屬壓力容器因具有耐強(qiáng)酸強(qiáng)堿腐蝕、重量
輕、強(qiáng)度高、阻燃和耐沖擊等特點(diǎn),越來越廣泛地應(yīng)
用于化工產(chǎn)品的生產(chǎn)、貯存和運(yùn)輸過程。尤其是航
空航天和交通運(yùn)輸中廣泛采用復(fù)合材料制成的非金
屬壓力容器盛裝液化燃料氣體。多層非金屬壓力容
器最內(nèi)層為內(nèi)襯材料,可采用噴涂法、電沉積或纖維
纏繞的方法制作;第二層是承載層,可以是石墨樹脂
等材料構(gòu)成;第三層是保溫絕熱層;最外層是復(fù)合材
料阻燃或抗沖擊層。
2004 年6 月,國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局頒布
的《非金屬壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》[ 1 ] 所限定的
非金屬壓力容器的范圍為最高工作壓力
≥0. 1 MPa (不含液體靜壓) ,且壓力與容積的乘積
≥2. 5 MPa ·L ,其工作介質(zhì)為氣體、液化氣體和最
高工作溫度高于或等于標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)的液體的非金屬壓
力容器,包括石墨壓力容器、纖維增強(qiáng)熱固性樹脂壓
力容器、全塑料壓力容器和移動式非金屬壓力容器
收稿日期:2005211211
1) 河北省鍋爐壓力容器監(jiān)督檢測所,石家莊　050051
等。下面根據(jù)非金屬壓力容器制造和使用的特點(diǎn),
綜述不同階段采用的無損檢測技術(shù)的特點(diǎn)。
1 　制造過程中的無損檢測技術(shù)
1. 1 　原材料的無損檢測
與非金屬壓力容器配套的承壓金屬材料質(zhì)量按
《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行
檢測。
非金屬壓力容器用材料的質(zhì)量及規(guī)格應(yīng)符合相
應(yīng)的國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。材料制造單位應(yīng)按相
應(yīng)安全技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定向用戶提供質(zhì)量證明
書,并在材料或材料的包裝上明顯部位作出清晰、牢
固的,至少包括材料制造的標(biāo)準(zhǔn)代號、材料牌號及規(guī)
格、批號、材料生產(chǎn)單位名稱及檢驗(yàn)印鑒的標(biāo)志。材
料質(zhì)量證明書的內(nèi)容必須齊全、清晰,并加蓋材料制
造單位的質(zhì)量檢驗(yàn)章。
原材料的檢測主要是目視檢測和材料產(chǎn)品說明
書和證明文件的復(fù)查,必要時輔以化學(xué)和物理測試,
如樹脂含量、材料性能、不可溶組分的測定,用于換
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李光海等:壓力容器無損檢測———非金屬壓力容器的無損檢測技術(shù)NDT 無損檢測
2005 年第27 卷第12 期　
熱器受壓元件的石墨材料,有時需復(fù)驗(yàn)熱導(dǎo)率、電阻
率、膨脹系數(shù)和滲透性等。射線、超聲、磁粉和滲透
等金屬壓力容器無損檢測技術(shù)通常并不適用。
1. 2 　制造過程中的無損檢測
制造過程中的無損檢測主要是目視檢測(必要
時輔以放大鏡) 。
受壓鋼制殼體的檢驗(yàn)應(yīng)滿足GB 150《鋼制壓力
容器》或GB 151《管殼式換熱器》的相關(guān)要求,還應(yīng)
滿足圖樣上的技術(shù)條件。
石墨制容器的零部件外觀檢查應(yīng)符合圖樣尺寸
要求,其內(nèi)外表面應(yīng)光滑,無氣泡、砂眼、凹坑和裂
紋,不得有突變的尖銳劃痕等缺陷。
玻璃鋼制壓力容器內(nèi)外表面應(yīng)當(dāng)光滑平整,不
應(yīng)有雜質(zhì)、纖維外露、裂紋、明顯劃痕、疵點(diǎn)、白化和
嚴(yán)重色澤不均現(xiàn)象;在任意300 mm ×300 mm 面積
內(nèi),最大直徑為< 3 mm 的氣泡應(yīng)≤2 個;總質(zhì)量不
小于設(shè)計(jì)值的95 %;巴氏硬度值不得≤40 ;外形尺
寸、法蘭平面與接管軸線的垂直度以及法蘭接管的
方位偏差及角度偏差不得大于規(guī)定值。
塑料壓力容器焊縫按H G20640《塑料設(shè)備》的
規(guī)定檢查。罐體內(nèi)外表面應(yīng)無機(jī)械劃痕及撞擊傷
痕,內(nèi)外表面所有焊縫應(yīng)整齊美觀,不應(yīng)有咬邊和未
焊透等缺陷。罐體內(nèi)外表面不得有應(yīng)力腐蝕裂紋以
及老化、氧化、溶脹、軟化和腐蝕等現(xiàn)象。
2 　在役檢驗(yàn)中的無損檢測技術(shù)
為了確保壓力容器運(yùn)行的安全,需對投入運(yùn)行
的壓力容器進(jìn)行定期檢驗(yàn)。我國政府有關(guān)規(guī)程規(guī)
定[1 ] ,壓力容器在用檢驗(yàn)分為不停機(jī)的年度檢查和
停機(jī)全面檢驗(yàn);年度檢查每年至少一次,全面檢驗(yàn)應(yīng)
當(dāng)由經(jīng)過國家質(zhì)檢總局核準(zhǔn)的檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行。石墨
制非金屬壓力容器至少每5 年進(jìn)行一次檢驗(yàn),玻璃
鋼制壓力容器至少每3 年進(jìn)行一次,全塑料制壓力
容器至少每年進(jìn)行一次。非金屬壓力容器由于材料
的原因按JB 4730《承壓設(shè)備無損檢測》的規(guī)定通常
很難實(shí)施,全面檢驗(yàn)主要以目視檢測為主,對于如玻
璃鋼等復(fù)合材料制成的壓力容器,國際上研究較多
的還有聲2超聲和聲發(fā)射檢測技術(shù)。
2. 1 　目視檢測
非金屬壓力容器的目視檢測主要有如下內(nèi)容:
(1) 石墨制壓力容器?、偈砻嬗袩o分
層、碎片和裂紋等。②石墨粘接縫的膠泥是否完好。
(2) 玻璃鋼制壓力容器　①容器角接、搭接及
筒體與封頭的內(nèi)粘接縫膠料是否飽滿,有否脫膠、膠
層起皮及粘接縫裸露,粘接基面法蘭有否角裂、起
皮、分層、破損等質(zhì)量缺陷。②人孔、檢查孔、接管
法蘭及其內(nèi)補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)區(qū)有無破損、起皮、分層和翹邊
等缺陷。③容器本體、內(nèi)支撐架及內(nèi)件聯(lián)結(jié)是否牢
固,聯(lián)結(jié)受力區(qū)有無裂紋和破損等質(zhì)量缺陷。④容
器內(nèi)表面應(yīng)光滑平整,無雜質(zhì)、纖維裸露、裂紋和明
顯劃痕。⑤容器內(nèi)表面有無變色、龜裂、樹脂粉化
和纖維失強(qiáng)等化學(xué)腐蝕缺陷。⑥容器內(nèi)表面有否
破損、裂紋、銀紋等力學(xué)腐蝕缺陷。⑦容器內(nèi)表面
有無溶脹、分層和鼓泡等浸滲腐蝕缺陷。
(3) 全塑料制壓力容器?、?其本體、接口部
位、焊接接頭及內(nèi)壁等老化程度、變形和泄漏等。②
安全附件檢查。③支承或支座的損壞、傾斜、開裂
和緊固螺栓的完好情況。④運(yùn)行的穩(wěn)定情況。
2. 2 　聲2超聲檢測技術(shù)
聲2超聲技術(shù)可應(yīng)用于復(fù)合材料制成的非金屬
壓力容器的裂紋及接頭的結(jié)合質(zhì)量檢測,檢測原理
示于圖1 。在聲2超聲檢測中,用一個寬帶傳感器在
被檢非金屬壓力容器表面發(fā)送一系列可重復(fù)的超聲
脈沖波,將另一傳感器置于容器同一側(cè)離發(fā)射傳感
器的給定距離處,以接收由發(fā)射超聲脈沖所形成的
沿容器壁傳播的應(yīng)力波。對單層非金屬壓力容器所
關(guān)注的是應(yīng)力波能量傳遞效率;對膠粘及多層復(fù)合
材料壓力容器,應(yīng)力波經(jīng)受了容器材料邊界表面多
重反射并與占有顯著比率的膠接層相互作用,因而
會含有結(jié)構(gòu)中微結(jié)構(gòu)與組織性質(zhì)的信息。聲2超聲
測量結(jié)果會受到傳感器布置方式、發(fā)送與接收裝置
的性能與設(shè)置等有關(guān)因素的影響。在聲2超聲檢測
過程中,除傳感器的壓緊力外,取向、位置、發(fā)送2接
收傳感器距離以及耦合劑類型等都是檢測能否成功
的關(guān)鍵。
圖1 　聲2超聲檢測原理示意圖
發(fā)射和接收傳感器可以選擇帶阻尼的寬帶超聲
傳感器和諧振或?qū)拵暟l(fā)射傳感器。諧振式聲發(fā)射
傳感器的檢測靈敏度高,對于具有高衰減系數(shù)的非
金屬壓力容器能夠增加傳感器的間距,從而提高檢
測效率。非金屬壓力容器檢測用聲發(fā)射傳感器諧振
中心頻率可選0. 5～5 MHz ,頻率的選擇主要依據(jù)
容器的材料和幾何尺寸,以保證可靠的檢測靈敏度
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李光海等:壓力容器無損檢測———非金屬壓力容器的無損檢測技術(shù)NDT 無損檢測
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和較高的檢測效率。傳感器的間距主要取決于容器
壁聲波的衰減、傳感器的帶寬和靈敏度、容器的壁厚
和形狀、探頭尺寸及檢測缺陷要求的空間分辨率等
因素。耦合劑的選用與聲發(fā)射檢測類似,通常選用
真空脂或凡士林。傳感器與被檢容器的壓緊力對測
得的聲發(fā)射信號量值的影響是明顯的,所以要求傳
感器背部用彈簧加壓以保持壓緊力的恒定。實(shí)際應(yīng)
用中,采用0. 02MPa 作為壓緊力的標(biāo)準(zhǔn),還可通過
試驗(yàn)確定最佳壓緊力。
2. 3 　聲發(fā)射檢測技術(shù)
20 世紀(jì)70 年代,美國化學(xué)工業(yè)用玻璃鋼壓力
容器和儲罐發(fā)生過許多破壞。這類破壞多與選材、
設(shè)計(jì)、運(yùn)輸及制造方面的失誤有關(guān),而對此又沒有可
行的無損檢測方法。
1978 年,塑料工業(yè)協(xié)會成立了增強(qiáng)塑料聲發(fā)射
檢測委員會,經(jīng)合作攻關(guān),于1982 —1983 年相繼制
定了壓力容器與儲罐和管道的聲發(fā)射檢測方法,后
來又納入ASME 規(guī)范[2 ] 和ASTM 標(biāo)準(zhǔn)[3 ] 。
至1986 年,累計(jì)檢測了7 000 件壓力容器與儲
罐和10 000 件管道。1979 年以來,采取100 %聲發(fā)
射檢測措施后,便消除了破壞事故,獲得了重大社會
經(jīng)濟(jì)效益。
非金屬壓力容器聲發(fā)射檢測通常采用區(qū)域定位
方式,一般使用6～30 個傳感器通道,通道數(shù)取決于
容器尺寸。一般同時采用高頻(約150 kHz) 和低頻
(約30 kHz) 兩種諧振式傳感器。前者布置于高應(yīng)
力區(qū),如接頭、管咀和人孔等部位,后者布置于大范
圍的非關(guān)鍵部位。
非金屬壓力容器聲發(fā)射檢測,除引入恒載保壓
周期外,還增加反復(fù)加載周期,以便在加載過程中評
價費(fèi)利西蒂比。評價判據(jù)隨容器的類型有所不同,
主要包括恒載聲發(fā)射、費(fèi)利西蒂比、振鈴計(jì)數(shù)和大幅
度事件計(jì)數(shù)等。對檢測得到的有意義聲發(fā)射源復(fù)驗(yàn)
一般仍采用目視檢測。
與金屬壓力容器聲發(fā)射檢測不同的是,非金屬
壓力容器要充分考慮聲發(fā)射信號的衰減,尤其是不
同方向聲發(fā)射信號的衰減規(guī)律和聲速的變化。當(dāng)采
用時差定位時要合理設(shè)置聲速和閾值,并通過不同
位置的智能判斷和修正才能得相對精確的聲發(fā)射源
定位。
3 　結(jié)論
無損檢測對保證非金屬壓力容器的質(zhì)量和安全
運(yùn)行起著極其重要的作用。對于其原材料檢測,以
目視、物理和化學(xué)分析為主;對于其制造過程,以目
視檢測及量具測量為主;對于其在用過程的定期檢
驗(yàn),以目視宏觀檢測(包括內(nèi)窺鏡檢測) 為主,還可應(yīng)
用聲2超聲和聲發(fā)射檢測等檢測技術(shù)。
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(上接第627 頁)
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