高温环境下管道压力容器超声波检测技术

高温环境下管道压力容器超声波检测技术
发布时间：2021-07-06T02:20:47.000Z 来源：《中国科技人才》2021年第10期作者：刘鑫[导读] 该技术在众多领域中都有所应用，尤其在压力管道、压力容器的安装及检测中最为多见。

主要是查看其是否存在缺陷和其他问题，以及缺陷与问题的严重性，未来的扩展趋势，预计使用期限等等。

江苏省特种设备安全监督检验研究院江苏省南京市 210000
摘要：当前，管道压力容器被广泛应用在石油化工、发电生产等各个领域中。

由于这些设备长期处于高温高压运行环境下，影响运行因素较多，难免会产生各种各样的缺陷。

为及时有效找到运行中产生的缺陷，判断缺陷是否影响安全运行，会采用各种无损检测技术，超声波检测就是其中应用最为广泛的一种技术。

超声波检测通常是在常温下进行，实际上经常会有管道压力容器无法冷却至室温，为此需要探讨在高温环境下，采用高温探头和高温耦合剂，调整检测参数来完成检测任务。

关键词：高温环境；管道压力容器；超声波检测技术
引言
超声波检测技术在管道压力容器的制造、安装和检验等方面都得到了极为广泛的应用。

在一些比较特殊的环境中，必须知晓设备在高温下的实际运行状况，例如是否有缺陷存在、缺陷的实际扩展趋势、设备的使用寿命等等，都需要用到该技术。

但受到条件影响，对于一些工作环境温度在℃的管道压力容器，超声波检测在这些高温条件下，一般进行超声波测厚检查，高温环境下超声波侧厚已经取得了一定发展成果，但超声波检测焊接缺陷还没有得到广泛应用，因此有必要对其具体的检测技术进行探究。

一、超声波检测技术概述
超声波检测是基于材料和其缺陷的声学性能差异对于超声波传播波形的穿透及反射状况引起的能量变更，从而实现对内部状况的检测（图1）[1]。

超声波检测有着灵敏度高、检测速度较快，成本较低，且不会给人体带来损害等优点。

实际应用时，检测人员必须具备较多的实践操作经验，才能识别缺陷类型，并且超声波检测本身具有一定应用局限性，粗晶材料和焊缝中的缺陷较难检测，缺陷位置、取向和形状对检测结果有一定的影响。

图1 超声波检测
该技术在众多领域中都有所应用，尤其在压力管道、压力容器的安装及检测中最为多见。

主要是查看其是否存在缺陷和其他问题，以及缺陷与问题的严重性，未来的扩展趋势，预计使用期限等等。

在其研究领域，很多人员都曾对高温条件下该技术的应用进行了探索，比如最开始的研究材料主要为热钢板等，后来才开始出现来高温探头、电磁波探头等，并对高温条件下的超声波声速进行了探究。

有些人员还将其应用在高温焊缝缺陷的检测中，研究出了专门的耦合剂。

二、高温下超声波检测存在的问题
通常温度不同，超声波的声速和声压都会有所变化。

当温度不断升高，超声波传播速度就会降低。

一般检测压力容器和压力管道的焊缝时，基本都应用横波，所以温度不同，其检测灵敏度也会有所不同，主要的影响因素包含耦合剂、检测用探头、被检件材质等。

如果检测温度超过℃，还需要应用耐热性的耦合剂。

另外，温度还会给超声波衰减带来影响，导致其具体的衰减系数难以确定[2]。

在高温环境下，只能运用直接接触的方式实施检测，因此设备表面的光洁程度、基本形状和耦合剂都可能会给其表面声压带来相应的影响。

设备表面光洁程度和基本形状都不会发生太大变化，因此高温环境下最大的影响因素就是耦合剂。

另外，在开展检测时，超声波的指向性和近场区都可能会给最后的测量精确性带来影响，但这两项因素都会在温度的变化之下产生变化，所以检测时还必须明确其具体的变化规律。

三、高温下管道压力容器的超声波检测方法（一）要求
在实际进行超声波技术时，检测设备的具体操作与常温下检测基本一致，但受高温条件限制仍然要做满足这几项要求：1）设备方面。

依照实际温度选用适合的耐高温的探头，同时准备一条探头线依照温度情况选用适合的高温耦合剂，以此减少给试样表面带来的损伤和影响。

2）灵敏度方面。

受高温条件的影响，其检测设备必须保持较高的灵敏度，所以这就需以实际温度为核心尽可能提升其补偿量，对全面权衡温度给超声波衰减带来的影响，以此采取耦合或者衰减等补偿措施[3]。

对于探头而言，在高温影响下，其扫查只能完全前后和转角，所以这就必须明确这一点，并及时加以解决，以此最大程度上降低或者直接避免影响最后的检测结果。

（二）准备
实际检测前必须完全熟悉被检测工件的实际情况，例如具体材料构成、规格、焊接方式、表面实际状况、热处理的基本形态、检测情况与标准以及合格程度等等。

同时还需选择相适应的仪器与探头，具体可以根据标准规定或者现场状况确定探头、仪器设备、试样、扫描比例、检测方式、检测灵敏性等[4]。

在仪器开始使用之前还应及时测定提水平线性以及垂直线性，并根据实际情况进行校准。

探头校准时应该重点针对折射角、灵敏度余量、分辨力校准等。

在调整设备时，其基线刻度可完全根据比例进行。

在灵敏度调整时则在对比试块或者其他效果一致的试块之上开展。

受高温条件的影响，即便是耐高温的探头也会产生不同程度的灵敏度或者分辨力下降的问题，所以还必须完全依照说明书对探头的使用时间加以限制。

（三）实际操作
在检测母材时，需要先将管壁厚度测量出来，一般至少隔度测量一部分，便于检验时可以有所参考（图2）。

在检测焊接接头时，其灵敏情况必须大于基准线，且实际采用的扫查速度必须完全控制在每秒，同时相邻两回探头的移动距离应确保有以上的重叠。

图2 超声波检测
在完成所有操作之后应依照缺陷的实际性质、幅度、长度等进行评级。

同时对仪器实施复核校验，最后出具报告。

需要特别关注的是，倘若焊接接头为过标缺陷，其返修位置和会受影响的区域，应该依照原本的检验条件实施再次检测。

四、结束语
总的来说，使用超声波检测技术对管道压力容器的运行情况进行检查，能够及时发现其中存在的问题和缺陷，进而帮助相关部门制定完善的检修计划。

同时还可以让相关部门及时对其进行缺陷扩展情况进行监控，随时提醒检修或者更换。

但该检测技术在高温环境下使用，可能最终效果会有一定影响，所以该领域中的科研工作者还需对其技术进行创新和改进，同时掌握温度给这一技术应用过程中各项参数带来的影响，确保温度如何变化都能够使管道压力容器实现高精准度的检测，实现有效运行。

参考文献：
[1]朱洪伟.压力容器超声检测技术的原理和应用[J].工程技术：全文版，2016（8）：00269-00269.
[2]缪斌，陈荣华.超声波检测技术在压力容器检测中的应用[J].中国设备工程，2020（1）：143-144.
[3]董艳冲.超声波检测技术在压力容器检测中的应用[J].电声技术，2019，v.43；No.407（01）：54-57.
[4]陈晓曦.压力容器检验中无损检测方法的综合应用研究[J].中国设备工程，2020，No.457（21）：165-166.。