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加氫裝置厚壁鋼管多，管道對(duì)接環(huán)焊縫無(wú)損檢測(cè)比例高，焊縫無(wú)損檢測(cè)工作量大，對(duì)接環(huán)焊縫無(wú)損檢測(cè)受現(xiàn)場(chǎng)條件制約，采用射線檢測(cè)往往存在一定難度，特別是隨著裝置大型化，該問(wèn)題顯得更加突出。而射線檢測(cè)、超聲波檢測(cè)、磁粉檢測(cè)和滲透檢測(cè)作為常用的管道無(wú)損檢測(cè)方法，由于受其原理的限制，每種無(wú)損檢測(cè)方法均有其適用范圍和優(yōu)缺點(diǎn)，用單一的無(wú)損檢測(cè)方法難以保證焊縫缺陷檢出效果。在制定無(wú)損檢測(cè)方案時(shí)，應(yīng)根據(jù)不同材質(zhì)管道的特點(diǎn)和焊接過(guò)程中容易產(chǎn)生的缺陷類型，選擇兩種或多種檢測(cè)方法的無(wú)損檢測(cè)組合方案，從而保證無(wú)損檢測(cè)對(duì)缺陷的檢出效果，進(jìn)而保證焊縫質(zhì)量。

石油化工裝置管道的預(yù)制、安裝大多在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行，由于受現(xiàn)場(chǎng)施工條件限制和環(huán)境影響，安裝質(zhì)量特別是焊接質(zhì)量容易受到不良影響。因此選擇合適的無(wú)損檢測(cè)方法，能及時(shí)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)焊接缺陷，進(jìn)而消除焊縫質(zhì)量隱患，是保證管道焊接質(zhì)量的重要措施之一。

加氫裝置由于工況苛刻，厚壁鋼管多，高壓用厚壁鋼管焊縫無(wú)損檢測(cè)比例高，焊縫無(wú)損檢測(cè)工作量大。因此，厚壁鋼管焊縫的無(wú)損檢測(cè)往往是影響加氫裝置管道施工工期和質(zhì)量的主要因素之一，隨著裝置的大型化，該問(wèn)題更加突出。加氫裝置常用的厚壁鋼管材質(zhì)如表1所示。管道公稱直徑一般為DN20至DN600，管道壁厚管表號(hào)范圍大多在SCH100至SCH160。

1常用無(wú)損檢測(cè)方法

無(wú)損檢測(cè)是指在不損害或不影響被檢測(cè)對(duì)象使用性能、內(nèi)部組織的前提下，以物理或化學(xué)方法為手段，借助現(xiàn)代化的技術(shù)和設(shè)備器材，對(duì)試件內(nèi)部及表面的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、狀態(tài)和缺陷的類型、性質(zhì)、數(shù)量、形狀、位置、尺寸、分布及其變化進(jìn)行檢查和測(cè)試的方法。

加氫裝置厚壁鋼管焊縫常用的無(wú)損檢測(cè)方法有：射線檢測(cè)（簡(jiǎn)稱RT）、超聲波檢測(cè)（簡(jiǎn)稱UT）、磁粉檢測(cè)（簡(jiǎn)稱MT）和滲透檢測(cè)（簡(jiǎn)稱PT），這些檢測(cè)方法統(tǒng)稱為四大常規(guī)檢測(cè)方法。其中RT和UT主要用于檢測(cè)試件內(nèi)部缺陷，MT和PT主要用于檢測(cè)試件表面（近表面）缺陷。近年來(lái)，隨著衍射時(shí)差法超聲檢測(cè)（TOFD）、相控陣超聲檢測(cè)（PAUT）等新技術(shù)的不斷發(fā)展，使得焊縫檢測(cè)方法的選擇更加靈活。

2無(wú)損檢測(cè)的原理及特點(diǎn)

2.1射線檢測(cè)

2.1.1射線檢測(cè)原理

射線檢測(cè)的原理是基于射線通過(guò)密度不同的物質(zhì)時(shí)，由于強(qiáng)度衰減不同，在底片上形成黑度差，使得缺陷影像在底片上得以顯現(xiàn)。射線檢測(cè)通常對(duì)體積狀缺陷（氣孔、夾渣）檢出率較高，這是由于氣孔、夾渣的密度與鋼的密度相差較大，在底片上容易形成黑度差而得以顯示。

當(dāng)X射線和γ射線穿過(guò)被檢管道（管件）時(shí)，根據(jù)缺陷部位對(duì)射線的衰減，使底片上接收的射線劑量不同，使得膠片的黑度變化不同所形成黑白圖像，就可判斷出有無(wú)缺陷，以及缺陷的種類、數(shù)量、大小等。

2.1.2射線檢測(cè)的特點(diǎn)

射線檢測(cè)有以下主要特點(diǎn)：

（1）幾乎適用于所有管道材料，對(duì)檢測(cè)物體形狀及表面粗糙度無(wú)嚴(yán)格要求。

（2）可以獲得缺陷的投影圖像，檢測(cè)結(jié)果有直接記錄——底片。

（3）檢測(cè)成本高，對(duì)人體有傷害，必須考慮輻射防護(hù)問(wèn)題。

（4）X射線照相檢測(cè)效率低且往往受現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)空間限制，γ射線照相底片質(zhì)量較低，且對(duì)安全防護(hù)要求高。

2.2超聲波檢測(cè)

2.2.1超聲波檢測(cè)原理

2.2.1.1脈沖反射超聲波

脈沖反射法是利用了超聲波在傳播過(guò)程中的反射原理，通過(guò)超聲波探傷儀探頭將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)械波發(fā)射脈沖超聲波，經(jīng)過(guò)耦合介質(zhì)在被檢工件中傳播，當(dāng)遇到缺陷或其他不同物質(zhì)的界面時(shí)即產(chǎn)生反射，返回的超聲波被探頭接收，并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)在示波器上顯示脈沖回波，根據(jù)回波情況來(lái)判斷缺陷。

2.2.1.2衍射時(shí)差超聲波（TOFD）

衍射時(shí)差法超聲波檢測(cè)技術(shù)是在脈沖超聲檢測(cè)法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新的檢測(cè)技術(shù)。其原理是利用缺陷端點(diǎn)的衍射波信號(hào)傳播時(shí)間差，進(jìn)行發(fā)現(xiàn)缺陷和測(cè)定缺陷尺寸的一種超聲檢測(cè)方法，一般使用縱波斜探頭，采用一發(fā)一收模式。檢測(cè)結(jié)果以電子文檔保存，可打印輸出，它克服了脈沖反射超聲檢測(cè)無(wú)記錄的不足。

2.2.1.3相控陣超聲檢測(cè)（PAUT）

相控陣超聲檢測(cè)是一種通過(guò)對(duì)陣列傳感器的各獨(dú)立陣元按一定的延遲法則進(jìn)行激勵(lì)、接收，合成特定形式的聲場(chǎng)，進(jìn)行超聲波掃描成像檢測(cè)的技術(shù)。

通過(guò)改變壓電晶片陣列組合單元激勵(lì)電脈沖的延時(shí)值，可改變聲束聚焦深度、聲束角度和波型，由此可實(shí)現(xiàn)對(duì)工件中的各種方向性缺陷的有效檢測(cè)和對(duì)缺陷的準(zhǔn)確定位和定量。相控陣檢測(cè)技術(shù)比起A超來(lái)說(shuō)具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，如其扇掃掃查面積大、可達(dá)性好，同時(shí)進(jìn)行B、C掃并有現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)記錄功能，可以模擬缺陷的3D圖像等。同時(shí)也帶有A超的一些弊端，如缺陷的定性和缺陷自身高度的測(cè)量還有一定的難度等。

2.2.2超聲波檢測(cè)的特點(diǎn)

超聲波檢測(cè)有以下主要特點(diǎn)：

（1）應(yīng)用范圍廣，適合檢驗(yàn)厚度較大的工件，不適合檢驗(yàn)較薄的工件。

（2）工件表面不平或粗糙會(huì)影響耦合和掃查。影響檢測(cè)精度和可靠性。

（3）檢測(cè)速度快，儀器體積小，重量輕，方便現(xiàn)場(chǎng)使用，衍射時(shí)差法缺陷檢出靈敏度高且有檢測(cè)記錄保存。

（4）無(wú)法得到缺陷的直觀圖像。定性存在一定困難。

（5）材質(zhì)、晶粒度對(duì)探傷有影響，晶粒粗大的材料，例如鑄鋼、奧氏體不銹鋼焊縫，一般認(rèn)為不宜用超聲波進(jìn)行探傷。

（6）檢測(cè)結(jié)果受檢測(cè)人員影響大。

2.3磁粉檢測(cè)

2.3.1磁粉檢測(cè)原理

鐵磁性材料被磁化后內(nèi)部產(chǎn)生很強(qiáng)磁感應(yīng)強(qiáng)度，磁力線密度增大幾百倍到幾千倍。如果材料中存在不連續(xù)性（包括缺陷造成的不連續(xù)性和結(jié)構(gòu)、形狀、材質(zhì)等原因造成的不連續(xù)性），磁力線便會(huì)發(fā)生畸變，部分磁力線逸出材料表面，從空間穿過(guò)，形成漏磁場(chǎng)。漏磁場(chǎng)的局部磁極能夠吸引鐵磁物質(zhì)，如磁粉，通過(guò)觀察磁粉痕跡達(dá)到檢測(cè)目的。

2.3.2磁粉檢測(cè)的特點(diǎn)

磁粉檢測(cè)有以下主要特點(diǎn)：

（1）缺陷顯示直觀，靈敏度高，可以發(fā)現(xiàn)極細(xì)小的裂紋以及其他缺陷。

（2）檢測(cè)速度快，操作簡(jiǎn)單、成本低。

（3）適宜鐵磁材料探傷，不能用于非鐵磁材料檢驗(yàn)。

（4）只能檢出表面和近表面缺陷，不能用于檢查內(nèi)部缺陷。一般可檢出深度為1~2mm的近表面缺陷，采用強(qiáng)直流磁場(chǎng)可檢出深度達(dá)3~5mm的近表面缺陷。

（5）能用于檢測(cè)與磁場(chǎng)方向夾角較大的缺陷，不適用于檢測(cè)與磁場(chǎng)方向夾角小于20°或平行的缺陷。

2.4滲透檢測(cè)

2.4.1滲透檢測(cè)原理

零件表面被涂含有熒光染料或著色染料的滲透液后，在毛細(xì)管作用下，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間，滲透液滲進(jìn)表面開口的缺陷中；在顯像劑的作用下回滲到工件表面；在一定的光源下（紫外線光或白光），缺陷處的滲透液痕跡被顯示（黃綠色熒光或鮮艷紅色），從而探測(cè)出缺陷的形貌及分布狀態(tài)。

2.4.2滲透檢測(cè)的特點(diǎn)

（1）滲透檢測(cè)可以用于除了表面疏松多孔性材料外任何種類的材料。

（2）效率高，可檢測(cè)形狀復(fù)雜的部件。

（3）不需要大型的設(shè)備，可不用水、電。

（4）只可以檢出表面開口缺陷，對(duì)埋藏缺陷或閉合型的表面缺陷無(wú)法檢出。

（5）檢測(cè)靈敏度比磁粉檢測(cè)低。

3管道安裝無(wú)損檢測(cè)方法的選用

3.1管道的無(wú)損檢測(cè)方法的選擇應(yīng)考慮以下因素

（1）工件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)和材料特性；

（2）制造、焊接工藝和缺陷本身的特點(diǎn)；

（3）各種檢測(cè)方法的特點(diǎn)和檢測(cè)方案的適用性；

（4）可操作性及經(jīng)濟(jì)性；

（5）檢測(cè)時(shí)機(jī)的正確選擇及抽查部位的代表性等等。

3.2管道焊接接頭的無(wú)損檢測(cè)

管道焊接接頭常見的外觀缺陷主要有咬邊、焊瘤、凹陷及焊接變形、未焊滿等，有時(shí)也出現(xiàn)表面氣孔和表面裂紋。單面焊的根部未焊透也位于焊縫表面。內(nèi)部缺陷主要有氣孔、夾渣、裂紋、未焊透、未熔合等。焊縫的咬邊、焊瘤、凹陷及焊接變形、未焊滿等缺陷一般通過(guò)目視外觀檢驗(yàn)即可發(fā)現(xiàn)。表面氣孔和表面裂紋一般借助磁粉檢測(cè)或滲透檢測(cè)來(lái)確定，而內(nèi)部氣孔、夾渣、裂紋、未焊透、未熔合等埋藏缺陷只能通過(guò)射線檢測(cè)或超聲波檢測(cè)來(lái)發(fā)現(xiàn)。

射線檢測(cè)由于有底片作為記錄，對(duì)缺陷形狀反映直觀，容易被接受，所以，管道焊縫的檢測(cè)一般多采用射線檢測(cè)。但對(duì)于厚壁鋼管，如果采用射線檢測(cè)，由于曝光時(shí)間長(zhǎng)、效率低。所以GB50517—2010《石油化工金屬管道施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》規(guī)定“厚度大于30mm的焊縫可采用超聲檢測(cè)”。但由于超聲檢測(cè)受檢測(cè)人員影響因素大，缺陷記錄不直觀，缺陷定性困難，因此GB50517—2010又規(guī)定“設(shè)計(jì)文件規(guī)定射線檢測(cè)的焊接接頭改用超聲波檢測(cè)時(shí)應(yīng)征得設(shè)計(jì)單位和建設(shè)單位同意”。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際檢驗(yàn)情況，對(duì)于厚度大于25mm的奧氏體不銹鋼管道，由于壁厚大，當(dāng)采用雙壁單影透照時(shí)，X射線衰減嚴(yán)重而不能穿透。采用超聲波檢測(cè)，由于晶粒粗大，雜波較多，檢測(cè)靈敏度較低。而目前相關(guān)石油化工管道施工驗(yàn)收規(guī)范對(duì)該問(wèn)題并未給出可行的解決方案。

近年來(lái)，TOFD（即衍射波時(shí)差法）已正式頒布實(shí)施，開始應(yīng)用于厚壁承壓設(shè)備的焊縫檢測(cè)，相對(duì)傳統(tǒng)的超聲波檢測(cè)，TOFD檢測(cè)對(duì)缺陷定量準(zhǔn)確，對(duì)缺陷性質(zhì)有一定判斷力，有檢測(cè)記錄。但TOFD仍未克服超聲波檢測(cè)的一些缺點(diǎn)：比如對(duì)檢測(cè)圖像的識(shí)別、缺陷性質(zhì)的判斷準(zhǔn)確性受人為影響較大，檢測(cè)設(shè)備投資較大等。而對(duì)于管道而言，由于管道口徑相對(duì)較小，曲率大，壁薄，所以僅在大口徑厚壁鋼管上逐步使用。另外相控陣超聲檢測(cè)技術(shù)，近期也逐漸應(yīng)用于管道無(wú)損檢測(cè)。

4無(wú)損檢測(cè)的難點(diǎn)及解決辦法

根據(jù)目前施工規(guī)范的要求，加氫裝置厚壁鋼管對(duì)接焊縫一般采用RT檢測(cè)，對(duì)碳鋼和合金鋼管道角焊縫采用MT，對(duì)奧氏體材料管道角焊縫采用PT檢測(cè)。但對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)安裝的對(duì)接環(huán)焊縫，當(dāng)采用RT檢測(cè)時(shí)，多采用雙壁單影透照，當(dāng)管道壁厚大于25mm時(shí)，由于受X射線機(jī)的能力限制，只能γ射線檢測(cè)。但是由于γ射線檢測(cè)對(duì)安全防護(hù)距離要求較遠(yuǎn)，在裝置現(xiàn)場(chǎng)往往難以達(dá)到要求，特別是對(duì)于周邊有其他運(yùn)行裝置或施工的情況下，更是無(wú)法滿足安全防護(hù)要求。由于射線檢測(cè)需要防護(hù)的原因，檢測(cè)期間現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法開展其他作業(yè)，在工期控制上也帶來(lái)嚴(yán)峻的考驗(yàn)。因此，無(wú)損檢測(cè)往往成為加氫裝置厚壁鋼管施工的難點(diǎn)。

根據(jù)項(xiàng)目的具體實(shí)施情況，對(duì)于加氫裝置厚壁鋼管的環(huán)焊縫，目前常用的檢測(cè)方法有如下幾種方案：

（1）對(duì)碳鋼、合金鋼管道對(duì)接環(huán)焊縫焊接厚度達(dá)到大約25mm時(shí)，停止焊接，進(jìn)行RT檢測(cè)，RT檢測(cè)合格后，繼續(xù)完成焊接，然后進(jìn)行UT檢測(cè)+TOFD檢測(cè)+MT檢測(cè)。

（2）對(duì)碳鋼、合金鋼管道對(duì)接環(huán)焊縫焊接厚度達(dá)到大約25mm時(shí)，停止焊接，進(jìn)行RT檢測(cè)，RT檢測(cè)合格后，繼續(xù)完成焊接，然后進(jìn)行UT檢測(cè)+MT檢測(cè)。

（3）對(duì)奧氏體不銹鋼管道對(duì)接環(huán)焊縫焊接厚度達(dá)到大約25mm時(shí)，停止焊接，進(jìn)行RT檢測(cè)，RT檢測(cè)合格后，繼續(xù)完成焊接，然后進(jìn)行UT檢測(cè)+PT檢測(cè)。

（4）對(duì)奧氏體不銹鋼管道對(duì)接環(huán)焊縫焊接厚度達(dá)到大約25mm時(shí)，停止焊接，進(jìn)行RT檢測(cè)，RT檢測(cè)合格后，繼續(xù)焊接，逐層進(jìn)行PT檢測(cè)，然后進(jìn)行UT檢測(cè)。

（5）對(duì)碳鋼、合金鋼管道對(duì)接環(huán)焊縫焊接完成后進(jìn)行UT檢測(cè)+TOFD檢測(cè)+MT檢測(cè)，并抽取一定比例進(jìn)行RT檢測(cè)。

（6）對(duì)奧氏體不銹鋼管道對(duì)接環(huán)焊縫焊接完成后進(jìn)行UT檢測(cè)+PT檢測(cè)，并抽取一定比例進(jìn)行RT檢測(cè)。

上述每種檢測(cè)方案都有其特點(diǎn)，由于UT檢測(cè)對(duì)裂紋等面積型缺陷較敏感，對(duì)于碳鋼、合金鋼管道而言，宜選用上述方案（5）。特別是對(duì)于合金鋼管道，當(dāng)選用方案（1）或方案（2）時(shí)，如果中間停止焊接還需要進(jìn)行后熱處理，否則容易產(chǎn)生裂紋缺陷。而對(duì)于奧氏體不銹鋼管道，由于焊縫晶粒粗大，晶界反射雜波強(qiáng)，對(duì)其厚壁鋼管UT檢測(cè)效果并不理想，因此宜選用方案（4）或方案（3）。

當(dāng)然，要保證焊接質(zhì)量，最根本的措施還是從焊接工藝、焊接材料、焊接過(guò)程控制、焊后熱處理、焊接設(shè)備、焊接人員等方面進(jìn)行綜合控制，然后選用適當(dāng)?shù)臒o(wú)損檢測(cè)方案，從而獲得良好的焊接接頭質(zhì)量。根據(jù)目前的施工情況，建議加大管道的預(yù)制深度，減少現(xiàn)場(chǎng)的安裝工作量，為焊接及無(wú)損檢測(cè)提供良好的施工環(huán)境。

另外，隨著無(wú)損檢測(cè)設(shè)備和技術(shù)的進(jìn)步以及檢測(cè)工藝的成熟，應(yīng)及時(shí)修訂相關(guān)的管道施工驗(yàn)收規(guī)范，使無(wú)損檢測(cè)新技術(shù)能及時(shí)應(yīng)用于管道檢測(cè)，并符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求。

5結(jié)論

由于每種無(wú)損檢測(cè)方法都有其優(yōu)點(diǎn)和局限性，因此在選用無(wú)損檢測(cè)方法時(shí)，應(yīng)根據(jù)材料特性、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可能出現(xiàn)的缺陷類型等因素綜合考慮，選用合適的無(wú)損檢測(cè)方法，有時(shí)還需要采用2種或多種無(wú)損檢測(cè)方法對(duì)管道進(jìn)行綜合檢測(cè)，以準(zhǔn)確判斷缺陷。另外，通過(guò)加大管道的預(yù)制深度，減少現(xiàn)場(chǎng)的安裝工作量，為管道焊接及無(wú)損檢測(cè)提供良好的施工環(huán)境，是提高管道施工質(zhì)量的措施之一。