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1、试验研究 在役热壁加氢反应器堆焊层 剥离的超声波检测 王青梅 强天鹏3 周迪生 魏子刚 (杨子石化公司设备处压力容器检测站,南京 210048) 摘 要 通过对加氢反应器内壁放置试块的解剖试验,我们做了堆焊层剥离边界测定试验,并 对检测面的选择,探伤标准的应用作了分析,提出合理的检测工艺方法。 主题词 加氢反应器 堆焊层 剥离 超声检验 ULTRASONIC DETECTI ON OF THE STRIPPINGOF THE OVERLAY INGW ELDED LAYER IN HEAT-WALL HYDROGENATI ON REACTI ON CHAM BER Wang Qingmei
2、Qiang Tianpeng ZhouD isheng Wei Zigang (Yangzi Petrochem ical Co. , L td. ) Abstract The stripping boundary of the overlaying welded layer was tested by dissection of hydrogenation reaction chamber.The reasonable inspection technology was put forward including the choosing of the surface inspected a
3、nd application of standard. Keywords Hydrogenation reaction chamber Overlaying welded layer Stripping U ltrasonic testing 热壁加氢反应器是石油化工系统中最重要的, 在高温、 高压和临氢介质下工作的三类容器。 为了提 高其内壁对氢及硫化氢的高温腐 蚀 能 力,在 2 1 4 Cr1M o基体上堆焊了奥氏体不锈钢堆焊层。 由于反应器在长期运行过程中开、 停车的升温 与降温,使氢在熔合区集聚,再加上热应力及熔合面 上淬硬组织的影响,产生基体与堆焊层熔合面上撕 裂,这就是所谓的堆焊
4、层剥离。 小面积的剥离并不会 影响容器安全运行,严重的大面积剥离会引起鼓泡, 甚至产生层下裂纹,其后果是十分严重的,所以在热 壁加氢反应器的在役检测中堆焊层剥离是重要的检 验项目之一。 1 检测面的选择 检测面既可以选择在外壁,也可以选择在内壁, 如图1和图2所示。 1. 1 外壁检测 检测面清理后容器外壁在役检测工作条件及探 3江苏省锅炉压力容器检测研究中心 图1 外壁检测示意图 图2 内壁检测示意图 头与塔壁耦合都优于内壁检测,而且在确定检验部 位及对原有缺陷复核时定位容易。 1. 2 内壁检测 703 第22卷第7期 2 0 0 0年7月 无损检测 NDT Vol . 22 No. 7
5、July 2 0 0 0 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 标准搜搜网 提供各类标准行业资料免费下载 由于采用双晶探头,因此缺陷定位误差较小,但 必须在几年一次的大修中才能进行。 综合以上因素来看,在役检测时绝大多数单位 均采用外壁作为检测面,检测时的波形见图3。 (a)外壁检测无缺陷波形 (b)内壁检测无缺陷波形 (c)外壁检测有缺陷波形 (d)内壁检测有缺陷波形 图3 内外壁检测时的波形图 2 检测原理 如果堆焊层与基体结合良好,声阻抗 Z基= 4. 53106gcm - 2 s
6、- 1 Z堆= 4. 55106gcm - 2 s- 1 探头从外壁探测时,堆焊层界面声压反射率为 = Z堆-Z基 Z堆+Z基 = 4. 55 -4. 53 4. 55 + 4. 53 = 0. 002 2 堆焊层与筒体界面回波B 和堆焊层与空气界 面回波B的分贝差值为 = 20lg H H = 20lg 1 - 2= 20lg 0. 002 2 1 -0. 002 22 53dB 式中 H B 波的幅度 HB波的幅度 例如容器壁厚(包括堆焊层)为230mm ,那么大 平底与同深度处平底孔缺陷的反射声压比为 pB pf = p0 SA 2x p0 SASf 2x2 = x 2Sf 20lg p
7、B pf = 20lg x 2Sf 式中 超声波波长 x声程 SA声源的面积 Sf平底孔的面积 如果将Sf定为 10mm平底孔当量的剥离缺陷均应记 录。此规定从在役检测角度来讲还是比较合理的。 4 模拟试块及容器中试块的检测结果 我们对一块规则圆形反射体模拟试块及在我公 司芳烃厂DC2102加氢反应器中运行了约60 000h, 经对十多次正常及非正常开停车后的试块做了一些 测试,以获得对剥离缺陷检测的较佳检测工艺条件。 试验条件为,探头: 2. 5 M Hz20D, 5N 14,14mm 双晶直探头;仪器: U SL 32和U SN 52;测长方法: 6dB法、 缺陷波与底波等高法和缺陷波消失
8、法; 试 图5 模拟试块 块:模拟试块(图 5) 厚度T= 160mm ,检测结果见表 1;容器中带来的试块(图 6) 检测结果见表2。 表1 模拟试块检测结果mm 探头 种类 检 测 面 方法 模拟试块缺陷尺寸 1005030 x2x 方向 y2y 方向 x2x 方向 y2y 方向 x2x 方向 y2y 方向 5N 14 20D 5N 14 20D 5N 14 20D 基 体 侧 6dB法 959735362221 6dB法 969241392524 等高法10210147452827 等高法9910152502927 消失法10110052493133 消失法1009850513029 1
9、4 双晶 堆焊 层侧 消失法9810148503029 注:x2x 和y2y 方向是圆中相互垂直的两个方向。 图6 容器中试块 表2 容器中试块的检测结果mm 探头检测面方法F1F2 5N 14 20D 5N 14 20D 5N 14 20D 基 体 侧 6dB法 3020 6dB法 3120 等高法3729 等高法3827 消失法4133 消失法4132 14双晶堆焊层侧消失法4229 从检测结果来看,等高法及消失法检测缺陷的 结果较正确,所以我们认为外壁检测两种测长方法 都能使用,内壁检测采用消失法,不过要注意等高法 是以探头中心作为缺陷边界,而消失法是以探头边 缘作为缺陷边界。这次试验中
10、两块试块堆焊层都经 过打磨,所以测试数据都比较准确,而现场检测两带 极的沟槽对检测结果影响是比较大的,故我们推荐 采用外壁检测。我们对容器中的试块剥离作了大量 (下转第336页) 903 王青梅等:在役热壁加氢反应器堆焊层剥离的超声波检测 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 标准搜搜网 提供各类标准行业资料免费下载 (a)外壁轴向裂缝(b)内壁轴向裂缝 图8 轴向裂缝检测 (a)外壁周向裂缝(b)内壁周向裂缝 图9 周向裂缝检测 轴线垂直,检测时将探头轴线与管子轴线偏转一个 角度,这样
11、超声信号以一定角度入射管壁内表面,折 射后也与裂缝方向垂直(或接近垂直)。同样也可采 用直接反射法(图 9a )和二次反射法(图 9b )对外壁 和内壁裂缝进行检测。 探头绕管子轴线转动,并沿轴 线方向移动,从而实现对管壁的扫描式检查。 检查结 果经处理后可由计算机显示,并按标准格式打印。 参考文献 1 新日本非破坏检查株式会社.火力发电设备非破坏检 查新技术介绍资料.北九州,日本, 1996. 2 中国机械工程学会无损检测学会.无损检测概论.北京: 机械工业出版社, 1993. 3 张俊哲等.无损检测技术及其应用.北京:科学出版社, 1993. 收稿日期: 1998209218 (上接第30
12、9页) 的检测,并进行了解剖,结果表明误差基本上能控制 在510mm范围内。 我们在两个剥离间隙较小,检测时又想分别标 出边界的情况下,在模拟试块和容器试块上作了一 些尝试。 在基体侧探测,探头从剥离中心先向外移动 时,缺陷波明显下降,底波出现并明显上升,继续向 外移动,缺陷波没消失却又上升,这样以底波最高 时,探头中心点左右各5mm定为两剥离边界的间 隙距离。 在堆焊层侧检测,探头从剥离中心向外移动 时,缺陷波逐渐下降,在波形尚未消失时(高度约为 10%20% ),缺陷波又逐渐升高。此时以缺陷波最 低时,探头中心点左右各5mm作为两剥离边界的 间隙距离。 经与实际解剖结果相比较,剥离边界间隙
13、在8 15mm时,可以区分。 5 小结 目前国内热壁加氢反应器越来越多,制订一个 氢剥离的在役检验行业标准是非常必要的。 (1)合理选择有代表性的部位检测,如温度、 压 力波动较大区域(如冷氢段 ), 内壁制造时返修较多 部位,停车降温时,温度下降较快、 厚度较小的封头 处等作为检测重点,视检测结果决定是否扩检。 (2)外壁检验时最好在筒体上调节灵敏度,否 则会造成很大误差,此误差主要是由标准试块与容 器筒体晶粒度差异而造成。笔者在检验工作中还发 现,即使同一容器两个筒节之间也有差异,这也是造 成内、 外壁检测结果不一致的主要原因之一。 (3)为了使检测结果有一个可比性,应使用同 一型号探头、
14、 同一测长方法和同一灵敏度调节方法 进行再检测。 收稿日期: 1999212202 (上接第333页) (a)检验参数规定 射线源的能量与透射方 向、 成象几何、 扫描、 图象处理与显示参数。 (b)辅助措施 射线束的准直与滤波、 工件的 遮蔽及其它控制散射线措施。 (c)质量控制 采用象质计(E747, E1025)显 示图象质量,象质计的选择、 数目和放置等应符合标 准的规定。 (d)标记 图象应有定位标志和识别标志。 (4)系统性能鉴定与监测 系统的性能在检验前应进行鉴定,在检验过程 中应定期核查。 上述规定与要求可保证焊件和铸件射线实时成 象检验结果的可靠性和稳定性。 图726给出的是射线实时成象检验系统在低电 压下的丝型象质计灵敏度(W PS)一例,X射线机的 焦点尺寸为0. 3mm ,使用的是178mm (7in )图象增 强器,透照布置的放大倍数为3。 收稿日期: 2000201228 633 胡 超:小管道的内部超声检测 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 标准搜搜网 提供各类标准行业资料免费下载