劉杲凱，席伶俐，郭穎，鄭茂林

（巨化集團(tuán)公司壓力容器檢測(cè)站，浙江衢州324004）

壓力容器高溫測(cè)厚試驗(yàn)與應(yīng)用

劉杲凱，席伶俐，郭穎，鄭茂林

（巨化集團(tuán)公司壓力容器檢測(cè)站，浙江衢州324004）

從大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際檢驗(yàn)的對(duì)比結(jié)果中，得出中高溫條件下（50～460℃）容器厚度測(cè)量的注意事項(xiàng)，準(zhǔn)確測(cè)出高溫狀態(tài)下容器的厚度值，及時(shí)了解和實(shí)時(shí)監(jiān)控高溫容器在生產(chǎn)中的運(yùn)行狀況。

超聲波；高溫測(cè)厚；承壓類特種設(shè)備

0 引言

1臺(tái)供熱站高溫集汽包，工作溫度300～400℃，由于生產(chǎn)原因無(wú)法停機(jī)，需要在運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行高溫測(cè)厚。普通超聲波測(cè)厚儀只能在常溫（0～50℃）下進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)溫度＞50℃時(shí)，普通探頭的晶片容易損壞，耦合劑容易蒸發(fā)，而且高溫狀態(tài)下材料的聲速也將隨之變化，材料聲阻抗及材料對(duì)聲能的衰減系數(shù)也將發(fā)生變化，這些因素制約超聲壁厚檢測(cè)方法在高溫條件下的應(yīng)用。

由于壓力容器在使用過(guò)程中，受工藝介質(zhì)以及環(huán)境因素影響，引起壁厚減薄，強(qiáng)度下降，影響設(shè)備的承載能力，對(duì)設(shè)備的安全運(yùn)行構(gòu)成極大的威脅。因此，需要及時(shí)了解在役設(shè)備的剩余壁厚，確保設(shè)備的安全運(yùn)行。

1 高溫測(cè)厚試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)儀器

測(cè)厚儀選用OLYMPUS 45MG高溫測(cè)厚儀，加熱設(shè)備選用CHUSHUI 220 V/3 kW電爐。

1.2 試驗(yàn)試樣

試驗(yàn)選用試塊材料為16MnR，厚度分別為14 mm和28 mm，加工精度±0.01 mm。

1.3 測(cè)厚位置

由于是在實(shí)驗(yàn)室測(cè)量經(jīng)過(guò)機(jī)加工后的工件，因此對(duì)測(cè)厚點(diǎn)的選擇比較簡(jiǎn)單，考慮到工件中心點(diǎn)位置加熱后溫度相對(duì)穩(wěn)定且測(cè)量方便，因此選擇被測(cè)工件中心位置作為測(cè)厚點(diǎn)。

1.4 耦合劑

在溫度＜50℃時(shí)使用普通化學(xué)漿糊做耦合劑，能起到良好的耦合效果，但是隨著溫度的升高，耦合劑中的水分迅速蒸發(fā)，耦合劑被燒焦變成固體物質(zhì)，特別是在＞300℃時(shí)，多種耦合劑（ZGM GW-Ⅱ，SONO600等超聲耦合劑）均不能夠達(dá)到良好的耦合效果。選用“SONOTECH SONO900”型耦合劑，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)得知在工件溫度升高的同時(shí)，耦合劑會(huì)慢慢融化，在溫度＜450℃時(shí)能達(dá)到良好的耦合效果。

1.5 試驗(yàn)過(guò)程

（1）用電爐同時(shí)把14 mm和28 mm試塊加熱到指定溫度。

（2）在試塊上施加高溫耦合劑并進(jìn)行厚度測(cè)量。

（3）分別記錄不同溫度下測(cè)得的數(shù)據(jù)。

2 測(cè)厚試驗(yàn)結(jié)果（表1、表2）與分析

表1 14mm試塊16Mn高溫測(cè)厚試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表2 28mm試塊16Mn高溫測(cè)厚試驗(yàn)數(shù)據(jù)

分析表1、表2試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在不考慮工件的膨脹系數(shù)及測(cè)量誤差等因素影響的前提下，對(duì)高溫測(cè)厚結(jié)果影響最大的因素是被測(cè)工件的溫度，測(cè)量值隨著溫度的升高而增大。因此，必須找出影響因素并建立校正公式，才能準(zhǔn)確測(cè)得容器在高溫狀態(tài)下的實(shí)際厚度。

有相關(guān)人士試驗(yàn)得出[1]，以溫度T，實(shí)際厚度Ho，高溫測(cè)量厚度Ht3個(gè)參數(shù)之間的相關(guān)性擬合出碳鋼及不銹鋼板材的高溫測(cè)厚經(jīng)驗(yàn)公式（1），公式（2）。

式中Hto——碳鋼的常溫計(jì)算厚度值，mm

Hbo——不銹鋼的常溫計(jì)算厚度值，mm

Htt——碳鋼的高溫測(cè)厚值，mm

Hb——不銹鋼的高溫測(cè)厚值，mm

Tt——碳鋼溫度值，℃

Tb——不銹鋼溫度值，℃

公式（1）和（2）是以不改變聲速的方法在高溫下測(cè)量后計(jì)算推導(dǎo)被測(cè)管道的實(shí)際厚度，此方法目前在國(guó)內(nèi)同行中應(yīng)用較多，但現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行大規(guī)模高溫測(cè)厚工作存在可操作性不強(qiáng)、數(shù)據(jù)處理復(fù)雜等問(wèn)題。

另有相關(guān)學(xué)者指出[2]，高溫測(cè)厚過(guò)程中以校正聲速與溫度進(jìn)行線性回歸，得出回歸方程式（3）。

式中v——校正后的聲速，m/s

T——溫度，℃

應(yīng)用公式（3）在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行大規(guī)模高溫測(cè)厚過(guò)程中可操作性強(qiáng)，測(cè)量數(shù)據(jù)直觀。但由于材料不同，超聲波測(cè)厚過(guò)程中選取的聲速也不同，因此該方法測(cè)量數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度不高，會(huì)出現(xiàn)一定的誤差。因此，以溫度與該溫度下測(cè)厚所調(diào)整后的聲速進(jìn)行線性回歸，得出不同材料的溫度——聲速線性方程，能夠在高溫下準(zhǔn)確測(cè)量工件的厚度值。曲線見(jiàn)圖1，回歸方程用公式（4）表示。

高溫測(cè)厚溫度—聲速的線性回歸方程公式（4）僅適用于120～420℃范圍內(nèi)高溫測(cè)厚過(guò)程中的超聲波測(cè)厚儀聲速校正。另外，在使用公式（4）計(jì)算出校正聲速后，須將個(gè)位作為有效數(shù)字進(jìn)行修約。

3 現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)

（1）安全操作規(guī)程?，F(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安全操作注意事項(xiàng)講解，對(duì)勞動(dòng)防護(hù)用品進(jìn)行檢查，確定安全監(jiān)護(hù)人員到位。由于容器的操作溫度＞300℃，如果把保溫全部或者大面積拆除，容器周邊強(qiáng)熱輻射會(huì)使得作業(yè)難度加大，降低測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。因此采取保溫分段拆除的方法進(jìn)行，即拆一段保溫后測(cè)量容器厚度數(shù)據(jù)，保溫回裝后再拆下一段保溫測(cè)量厚度，按順序依次進(jìn)行。

（2）現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量方法?？紤]到對(duì)容器表面現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)測(cè)厚與在實(shí)驗(yàn)室測(cè)量工件時(shí)的不同，為保證測(cè)點(diǎn)都是水平位置，且耦合劑不會(huì)因溫度過(guò)高而從斜面流下，把耦合劑提前涂抹在超聲測(cè)厚儀探頭上，然后直接去測(cè)量容器各個(gè)部位，以便在耦合劑融化流下前測(cè)得厚度的準(zhǔn)確數(shù)值。最后對(duì)測(cè)厚數(shù)值依次做好記錄。

（3）現(xiàn)場(chǎng)側(cè)厚與實(shí)際厚度比對(duì)。對(duì)1臺(tái)集汽包進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)高溫測(cè)厚，并與停工檢修時(shí)的常溫測(cè)厚數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，部分結(jié)果見(jiàn)表3。對(duì)比數(shù)據(jù)顯示，在高溫狀態(tài)下的測(cè)量數(shù)據(jù)比較精準(zhǔn)，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)厚應(yīng)用效果良好。

圖1 溫度——聲速曲線圖

表3 高溫/常溫測(cè)厚現(xiàn)場(chǎng)結(jié)果對(duì)比

［1］任有才.煉油裝置主要設(shè)備及管道定點(diǎn)測(cè)厚研究及數(shù)據(jù)處理［J］.石油化工腐蝕與防護(hù)，2000，17（2）：47.

［2］袁軍國(guó).腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)在鎮(zhèn)海煉化公司的應(yīng)用［J］.石油化工腐蝕與防護(hù)，2000，19（6）：49-53.

〔編輯 李波〕

TQ053.2

B

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.02.44