《承压设备无损检测和评价技术现状》
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[摘 要]本文对承压设备无损检测与评价技术发展现状进行了研究,主要介绍了CR-射线检测新技术和超声成像-声学检测新技术,并对未来承压设备无损检测和评价进行了展望.
[关键词]承压设备； 无损检测与评价
中图分类号：TG115.28 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）03-0282-01
1 引言
据2015年统计我国纳入特种设备进行安全监察的锅炉58万台、压力容器340万台和压力管道44万公里,其在石油、化工、电力、冶金、制药、城市公用等行业得到广泛应用.承压设备作为火电站、石油和化工等成套装置、天然气储存和输运系统中的核心装备,其介质具有高温、高压、深冷、易燃、易爆、剧毒等特点,一旦发生泄漏或爆炸事故,后果极其严重,因此确保其安全运行对保障国家经济运行和人民日常生活至关重要.无损检测是指对材料或结构件实施一种不损害或不影响其未来使用性能或用途的检查和测量,其直接作用是：①发现材料或工件表面和内部所存在的缺陷；②测定材料或工件的内部组成或组织、结构、物理性能和状态等；③测量工件的几何特征和尺寸.无损检测的最终目的是评价材料或结构件的特定应用的适用性.无损检测技术是指与每一种无损检测手段有关的专门的工艺规程、方法和仪器设备的总体,通常每项技术涉及到许多方法和工艺规程[1].
2 CR-射线检测新技术
CR技术是随着计算机技术发展出现的新型射线检测技术,通过基于光激励荧光粉的成像板记录x射线影像,形成潜影,而后通过激光扫描激发与潜影能量分布一致的可见光,并进一步转换为电信号,生成可以传输和储存的数字图像.与传统照相法相比可有效缩短检测时间、降低检测成本,并且检测结果更易于分析和传输.20世纪80年代初,日本的富士胶片公司将CR系统正式推向市场,随后应用范围不断扩展H.欧洲在2005年颁布了ENl4784 CR工业检测标准,美国也在2005年颁布了ASTM E2445和ASTM E2446标准为CR技术工业检测应用提供理论规范指导和保证成像质量.目前国际市场上有多个成熟的CR设备及相配套的IP板,如美国GE公司的cR50P便携式CR扫描仪、CR50XP轻型便携式CR扫描仪和德国德尔HD—CR35NDT工业CR扫描仪等.部分仪器扫描激光焦点可以做到50微米以下,空间分辨率可达40Lp/mm以上,成像板最大宽度400 mm左右,成像质量不低于常规胶片；图像处理速度较快,大部分仪器每小时可处理30～50张成像板；便携式仪器质量可做到20埏以内,便于携带和现场应用.当前国际上CR的发展方向是将CR技术应用于承压设备制造过程中的焊接接头检测和铸件检测,在用设备的腐蚀检测和剩余壁厚测量等.我国CR技术仍处在研究阶段,成套设备依赖进口,但近年来研究力度不断加大[2].
经过百余年的发展,射线检测理论研究和仪器研发不断进步,新的检测方法不断出现,应用范围不断拓展.总体而言射线检测自动化和数字化程度、检测精度不断提高,检测需要的辐射剂量不断降低,中子成像、康普顿散射成像技术不断成熟.同时射线检测朝着两个方向发展,一个方向是快速化、便携化、通用化,满足多种条件下快速检测的需求；另一个方向是专业化、大型化、高能化,实现对大型构件的检测或快速在线检测.射线检测技术也和其它检测技术不断相互融合,形成新的综合检测方案,射线检测服務由单一检测向安全评价和预警、剩余寿命评估等发展,并且不断与智能制造等新业态相互融合.
3 超声成像-声学检测新技术
超声成像是利用超声波获得可见图像的方法,是人们获得不透光物体内部声学特性分布最直观的手段,包括扫描成像、透镜成像和全息成像.当前研究和应用的重点主要是扫描成像,包括常规扫描成像、超声显微镜和超声层析成像（UltrsoIlic computer tomography,UCT）等.得益于电子、计算机和信号处理技术的进步,20世纪70年代超声成像技术得以发展成熟,并首先应用于医学领域,随后在工业检测中得到应用.常规扫描成像技术是实现缺陷定性、定量以至无损评价的重要手段,主要指通过超声探头对被测对象按照一定的路径进行扫描,生成除A型显示之外的B型、C型、D型和P型显示等多种被测对象内部结构的图像,目前已发展较为成熟.超声显微镜是利用声波对物体内部的声不连续性进行高分辨率成像的检测方法,利用高频超声波照射样品,形成微观声学参数分布,从而获得被测物体表层和近表层结构的高分辨图像,目前已较为成熟.超声成像设备的工作频率一般为数十到数百MHz,扫描精度达+仁0.5岬,扫描速度可达2 000m州s以上,放大倍数可达625倍.市场上主要供应商有德国KSI公司、德国PVA TePla公司,美国Sonoscan公司等.UCT可以获得声速、声衰减系数、声散射系数及非线性参数等参量的定量图像,接收方式上可分为反射式和投射式,按声波传播处理方式可分为无散射ucT、散射ucT和衍射UCT等.国内自20世纪80年始了超声成像技术的研究,中科院武汉物理研究所在uCT方面、中科院声学所和清华大学在超声显微镜方面做了大量工作并完成设备的研制和应用,近年来国内奥瑞视公司等研制了多种水浸式UCT检测仪器设备,在实际工程中得到大量应用.
随着对声学检测原理认识的不断深入和相关仪器设备的进步,声学检测不断朝着高可靠性、多特征评价、在役检测大数据分析、化等方向发展.仪器设备不断数字化、智能化和图像化,尽可能摆脱人为因素对检测结果的影响；评价方法不再局限于幅度、时间等特征参量,而是综合声速、非线性系数、相位角、背散射信号、多普勒效应等多重因素,进行多特征评价；检测服务由检测向设备全寿命实时监测、大数据分析预警等方向发展；检测仪器和检测服务不断专业化、化,满足用户个性化需求；同时多种检测技术相互融合和竞争,不断产生新的检测方法；计算机模拟技术在检测方法和仪器开发中起到越来越重要的作用.随着物联网、智能制造等新业态的发展,声学检测因其操作便捷、无污染、成本低、自动化程度高等优点,将会获得更大范围的应用.
4 展望
为保障承压设备的运行安全,无损检测与评价技术得到了长足的发展,新技术层出不穷且在不断完善,所能适用的范围随着承压设备中新型材料的应用、失效机理的探明不断扩大.面对人们对承压设备安全和可靠的进一步需求,以及国家对物联网和大数据的战略布局,承压设备无损检测与评价技术未来研究的主要重点领域为新检测机理与理论的研究,先进传感器的研发,先进通用高端无损检测仪器的研发,智能化、自动化、专用化无损检测仪器开发,基于物联网和大数据的无损检测技术行业性应用,无损检测标准的自主化、体系化和国际化.
其重点任务主要表现在以下几个方面.
（1）长距离可视化声学和光学检测技术与仪器.
（2）非接触快速电磁无损检测新技术研究和仪器研制.
（3）重要设备完整性检测与性能表征技术.
（4）重要设备群的监测技术研究.
（5）专用检测监测系统开发.
（6）检测监测标准体系研究及重要标准研制.
参考文献
[1]沈功田,胡斌.大型承压设备不停机电磁无损检测技术及应用[J].中国特种设备安全,2016,32（1）：6-12.
[2]沈功田.金属压力容器和常压储罐声发射检测及安全评价技术与应用.中国特种设备安全,2016,32（7）：1-5.
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