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        熱壁加氫反應(yīng)器的無損檢測技術(shù)

        2020-09-24 07:31:04秦建秀
        設(shè)備管理與維修 2020年16期
        關(guān)鍵詞:堆焊試塊母材

        秦建秀

        (江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗研究院無錫分院,江蘇無錫 214071)

        0 引言

        熱壁加氫反應(yīng)器工作于高壓、高溫、臨氫條件下,惡劣的使用條件使得熱壁加氫反應(yīng)器對成型、焊接、熱處理溫度有著較為苛刻的要求,且同時面臨著蠕變脆化、回火脆化、氫腐蝕、氫脆、應(yīng)力腐蝕、介質(zhì)腐蝕等挑戰(zhàn)。為保證熱壁加氫反應(yīng)器的安全穩(wěn)定運行,無損檢測技術(shù)的科學(xué)合理應(yīng)用必須得到重視。

        1 熱壁加氫反應(yīng)器常用無損檢測技術(shù)

        熱壁加氫反應(yīng)器無損檢測采用的技術(shù)較為多樣化,較為代表的有脈沖反射式超聲檢測技術(shù)、超聲TOFD 檢測技術(shù)、磁粉檢測技術(shù)。

        1.1 脈沖反射式超聲檢測技術(shù)

        射線檢測在很多時候會受到條件限制,使得超聲檢測往往被用于熱壁加氫反應(yīng)器。采用窄間隙焊的主焊縫垂直于檢測面處很容易出現(xiàn)缺陷,因此可采用不同K 值探頭和不同K 值的斜探頭進行組合,以此從筒體外壁重復(fù)檢測主焊縫。同時斜探頭掃查母材區(qū)域需采用單晶直探頭開展100%掃查,并嚴(yán)格遵循《承壓設(shè)備無損檢測第3 部分:超聲檢測》(NB/T 47013.3—2015)的相關(guān)要求。對于80~200 mm 厚度間的板焊結(jié)構(gòu)熱壁加氫反應(yīng)器,檢測靈敏度校準(zhǔn)應(yīng)采用試塊CSKⅠA 或CSKⅡA;對于厚度在200 mm 以上的鍛焊結(jié)構(gòu)厚壁加氫反應(yīng)器,檢測靈敏度校準(zhǔn)則應(yīng)采用試塊CSKⅣA[1]。

        1.2 超聲TOFD 檢測技術(shù)

        在檢測垂直于表面的未融合缺陷和裂紋中,超聲TOFD 檢測技術(shù)的靈敏度較高,該技術(shù)的檢測原理如圖1 所示。

        圖1 超聲TOFD 檢測技術(shù)檢測原理

        基于一發(fā)一收的方式,TOFD檢測技術(shù)對缺陷的定量需基于脈沖聲波傳播的時間差確定,信號幅值帶來的影響相對較小。通過向試件內(nèi)發(fā)射超聲脈沖(發(fā)射探頭),經(jīng)試件上表面和底部的超聲脈沖可最終被接收(接收探頭),固有的參考信號由LW 和BW 組成,二者分別代表直通波(沿上表面?zhèn)鞑ィ?、底面回波(由底面反射)。對于存在缺陷的試件,接收探頭將接收到位于LW 和BW 之間的缺陷衍射波(缺陷兩尖端產(chǎn)生),如缺陷存在一定高度,在時間上兩尖端衍射波可順利分辯。深入分析可以發(fā)現(xiàn),兩尖端衍射波可提供判斷缺陷性質(zhì)的根據(jù),且能夠?qū)崿F(xiàn)可靠性較高的未熔合缺陷、埋藏缺陷、面積型缺陷檢測,但在橫向裂紋、表面及近表面缺陷方面無法實現(xiàn)高可靠性檢測,為避免橫向缺陷的漏檢,應(yīng)配合開展橫向掃查(常規(guī)脈沖反射式超聲檢測)。基于TOFD 檢測技術(shù)應(yīng)用生成的B 掃圖像,缺陷的長度和類型可得到大致判斷,熱壁加氫反應(yīng)器無損檢測可基于該技術(shù)較好地滿足需要[2]。

        1.3 磁粉檢測技術(shù)

        熱壁加氫反應(yīng)器的主焊縫、管道對接焊縫外壁、接管焊縫均可采用磁粉檢測技術(shù)進行無損檢測,具體可選用磁軛法及旋轉(zhuǎn)磁場復(fù)合磁化法作為磁化方法。在磁軛法的應(yīng)用中,磁化需圍繞相互垂直的兩個方向進行,表面或近表面的不同取向缺陷可由此明確,缺陷檢出的可靠性和效率均可大幅提升,該技術(shù)的應(yīng)用需嚴(yán)格遵循相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

        2 無損檢測技術(shù)在熱壁加氫反應(yīng)器中的應(yīng)用

        2.1 主焊縫內(nèi)壁堆焊層

        對于熱壁加氫反應(yīng)器主焊縫內(nèi)壁堆焊層,無損檢測需圍繞氫制剝離缺陷、內(nèi)部缺陷、層下缺陷、表面缺陷分別開展。

        (1)堆焊層氫制剝離缺陷。氫制剝離缺陷的無損檢測應(yīng)采用超聲檢測技術(shù),以此檢測母材界面與堆焊層形成的碳化物析出脆化區(qū),未結(jié)合缺陷可由此較好地得到檢測。在使用熱壁加氫反應(yīng)器的過程中,鋼中存在大量擴散的氫,高濃度氫的聚集會導(dǎo)致堆焊層的界面與母材處出現(xiàn)氫脆,結(jié)合面剝離的情況很容易隨之出現(xiàn)。氫制剝離缺陷主要出現(xiàn)在母材金屬和堆焊層的熔合面,熱壁加氫反應(yīng)器的承載能力受到的影響較小,但隨著缺陷的不斷擴大,腐蝕防護性能將受到直接影響,直接侵入母材的介質(zhì)將最終導(dǎo)致熱壁加氫反應(yīng)器失效。在基于超聲檢測技術(shù)的氫制剝離缺陷檢測中,需采用雙晶直探頭以檢測堆焊層與基材的未結(jié)合缺陷(堆焊層側(cè)),試塊選擇T1、T2 型(NB/T 47013.3—2015)10 mm 平底孔。堆焊層與基材未結(jié)合缺陷(基材側(cè))檢測采用單直探頭,試塊選擇T3 型10 mm 平底孔[3]。

        (2)堆焊層內(nèi)部缺陷。堆焊層內(nèi)部缺陷同樣需采用超聲檢測技術(shù)進行檢測。熱壁加氫反應(yīng)器多采用雙層堆焊層,這就使得未結(jié)合、夾雜等缺陷很容易存在于兩層中,擴展延伸的缺陷將帶來極為負(fù)面的影響。在堆焊層內(nèi)部缺陷(堆焊層側(cè))的檢測中,應(yīng)采用雙晶直探頭,試塊選擇T1 型上右側(cè)的4 個3 mm 平底孔,以此完成距離—波幅曲線的繪制。堆焊層內(nèi)部缺陷(堆焊層側(cè))采用縱波雙晶斜探頭進行檢測,試塊選擇T2 型上右側(cè)4 個1.5 mm 橫孔,以此完成距離—波幅曲線繪制。堆焊層內(nèi)部缺陷(基材側(cè))檢測采用單直探頭,調(diào)節(jié)采用試塊為T3 型3 mm 平底孔。堆焊層內(nèi)部缺陷(堆焊層側(cè))采用縱波斜探頭進行檢測,調(diào)節(jié)選擇T3 型1.5 mm 橫孔。

        (3)堆焊層層下缺陷。在采用超聲檢測技術(shù)開展的堆焊層層下缺陷檢測中,需認(rèn)識到該缺陷源于熱壁加氫反應(yīng)器早期單層堆焊制造環(huán)節(jié),如硬的滲碳層存在于CR-MO 鋼母材與堆焊層交界面處,堆焊層層下裂紋便會隨之產(chǎn)生,向母材延展的裂紋同時與結(jié)合面垂直。在熱壁加氫反應(yīng)器使用過程中,不斷增加的母材脆性可能導(dǎo)致層下再熱裂紋擴展,因此避開開展針對性的無損檢測。堆焊層層下缺陷(堆焊層側(cè))檢測應(yīng)采用雙晶直探頭,調(diào)節(jié)采用試塊為T1 型下3 mm 平底孔。堆焊層層下缺陷(堆焊層側(cè))檢測應(yīng)采用縱波雙晶斜探頭,調(diào)節(jié)采用試塊為T2 型下1.5 mm 橫孔。

        (4)堆焊層表面缺陷。對于存在奧氏體不銹鋼堆焊層的熱壁加氫反應(yīng)器內(nèi)壁堆焊,為實現(xiàn)表面缺陷檢測,需重點關(guān)注熱壁加氫反應(yīng)器的鐵素體含量偏低或偏高部位、筒體與下封頭連接的手工堆焊過渡帶部位、內(nèi)部支撐凸臺等部位,并在輕微打磨(鋼絲刷)與清洗后開展?jié)B透檢測,可采用超聲檢測技術(shù)用于較深的裂紋確定,以此完成安全性評價。

        2.2 其他部位

        (1)法蘭密封槽堆焊層。對于熱壁加氫反應(yīng)器法蘭密封槽堆焊層,表面裂紋很容易產(chǎn)生于接管和接管蓋、人孔和人孔蓋的法蘭密封槽表面,密封槽底的表面裂紋相對較多,向密封面延伸的表面裂紋則存在徑向或環(huán)向、樹枝狀等多種形態(tài)。結(jié)合實際檢驗可以了解到,如密封膠的Cl-含量過高,受螺栓預(yù)緊力作用影響,氯化物應(yīng)力腐蝕開裂便會出現(xiàn)于堆焊層,制造質(zhì)量不良、尺寸不合的密封槽結(jié)構(gòu)也可能引發(fā)裂紋。法蘭密封槽堆焊層應(yīng)采用滲透檢測和宏觀檢查進行無損檢測,以此更好地保障熱壁加氫反應(yīng)器性能。

        (2)筒體與外部構(gòu)件焊接處。對于筒體與外部構(gòu)件焊接處的保溫支撐板、吊耳、裙座、接管、測溫凸臺等,在與筒體的連接部位很容易出現(xiàn)埋藏缺陷或表面缺陷,為實現(xiàn)這類缺陷的無損檢測,一般采用宏觀檢查、滲透檢測、磁粉檢測、脈沖反射式超聲檢測等方式,具體檢測對象應(yīng)為可能產(chǎn)生缺陷的部位,圖2 為某熱壁加氫反應(yīng)器裙座表面裂紋磁粉檢測結(jié)果。

        3 結(jié)論

        熱壁加氫反應(yīng)器的無損檢測技術(shù)的選用需關(guān)注多方面因素影響。在此基礎(chǔ)上,脈沖反射式超聲檢測技術(shù)、超聲TOFD 檢測技術(shù)、磁粉檢測技術(shù)、主焊縫內(nèi)壁堆焊層無損檢測等,提供了可行性較高的無損檢測技術(shù)應(yīng)用路徑。為更好地保證熱壁加氫反應(yīng)器的安全及性能,無損檢測方法的合理選擇、相控陣檢測等新型技術(shù)的積極應(yīng)用同樣需要得到重視。

        圖2 某熱壁加氫反應(yīng)器裙座表面裂紋磁粉檢測結(jié)果

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