陳 敏，王肖逸，盧俊文，湛立寧，周璐璐

(河北省特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)研究院唐山分院，河北唐山 063000)

0 引言

由于氨介質(zhì)具有良好的熱力學(xué)性能，制冷行業(yè)80%的大型冷庫(kù)均采用氨制冷系統(tǒng)，但是氨是一種有毒介質(zhì)，氨制冷壓力管道作為特種設(shè)備管理，必須進(jìn)行定期檢驗(yàn)。由于絕大部分氨制冷管道長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行，造成停機(jī)檢驗(yàn)困難，因而使帶保冷層的低壓側(cè)管道超期不能檢驗(yàn)，帶來很大事故隱患[1]。應(yīng)在符合現(xiàn)行規(guī)程的前提下，采用先進(jìn)的檢測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)在線檢驗(yàn)。國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)DR射線成像和紅外線熱成像技術(shù)的應(yīng)用理論研究較多，但結(jié)合脈沖渦流測(cè)厚技術(shù)的實(shí)際檢驗(yàn)效果報(bào)道較少。本文通過比對(duì)試驗(yàn)驗(yàn)證DR射線成像技術(shù)在氨制冷管道不停機(jī)檢驗(yàn)中的可靠性，再結(jié)合紅外線熱成像技術(shù)、脈沖渦流檢測(cè)技術(shù)組合使用[2]，并通過制冷管道在線檢驗(yàn)實(shí)際運(yùn)用及對(duì)涉氨壓力管道檢驗(yàn)難點(diǎn)、制冷工藝特點(diǎn)分析，總結(jié)出了一套涉氨壓力管道在線檢驗(yàn)新技術(shù)。

1 氨制冷工藝簡(jiǎn)介

氨制冷工藝是氨氣經(jīng)壓縮后，變成壓力為1.3 MPa左右的高溫氣體，再經(jīng)中間冷卻器冷卻后，變?yōu)橹袎撼貧怏w供制冷系統(tǒng)使用。制冷過程中，氨氣經(jīng)節(jié)流閥減壓后變成-45 ℃左右的液氨，供給制冷間的蒸發(fā)器使用。液氨在蒸發(fā)器內(nèi)吸收熱量后又變?yōu)闅鈶B(tài)，通過相變達(dá)到了制冷目的[3]。按照GB 50072—2021《冷庫(kù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中的定義，氨制冷的高壓側(cè)管道是指自制冷壓縮機(jī)排氣口→氨油分離器→中間冷卻器→儲(chǔ)氨器→節(jié)流裝置(膨脹閥)的入口段制冷管道；低壓側(cè)管道是指自系統(tǒng)節(jié)流裝置(膨脹閥)出口，經(jīng)蒸發(fā)器到壓縮機(jī)入口段管道。圖1為氨制冷工藝流程[4]。

圖1 氨制冷工藝流程

從制冷工藝方面來講，氨制冷壓力管道在熱氨融霜操作時(shí)，易產(chǎn)生液擊現(xiàn)象導(dǎo)致事故發(fā)生。因此按相關(guān)技術(shù)規(guī)程規(guī)定，施工所用焊接工藝必須保證連接焊口全焊透；熱熔霜的管道100%射線探傷；氨制冷系統(tǒng)中采用熱氨融霜操作時(shí)，應(yīng)增加配套的安全防護(hù)裝置，防止超壓、液擊現(xiàn)象的出現(xiàn)。對(duì)在役管道定期檢驗(yàn)時(shí)，重點(diǎn)檢查熱氨熔霜裝置是否符合設(shè)計(jì)要求，操作間是否有融霜操作工藝，相關(guān)管道上有無泄壓裝置。

2 氨制冷壓力管道的檢驗(yàn)難點(diǎn)和重點(diǎn)分析

2.1 氨制冷管道檢驗(yàn)難點(diǎn)分析

從沿海地區(qū)涉氨冷庫(kù)的檢驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)多數(shù)小型冷庫(kù)長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行，停機(jī)檢驗(yàn)較困難[5]，而對(duì)運(yùn)行狀態(tài)下的低壓側(cè)管道檢驗(yàn)是最大難點(diǎn)。且有部分冷庫(kù)在外觀結(jié)構(gòu)、閥門的選用等存在一些問題。對(duì)于安裝技術(shù)資料和安裝監(jiān)檢報(bào)告齊全的冷庫(kù)，按照“質(zhì)檢特函[2013]61號(hào)”文件規(guī)定，采取可行的檢驗(yàn)方法后，可以對(duì)氨制冷管道在不停機(jī)狀態(tài)下進(jìn)行檢驗(yàn)。檢驗(yàn)技術(shù)難點(diǎn)是不能用常規(guī)無損探傷方法檢測(cè)帶保溫層的低壓側(cè)管道，當(dāng)檢驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)采用DR數(shù)字射線成像技術(shù)時(shí)，由于現(xiàn)場(chǎng)操作條件較差，檢驗(yàn)比較耗時(shí)，探傷比例不容易達(dá)到10%的抽查要求。在宏觀檢驗(yàn)沒有發(fā)現(xiàn)超標(biāo)缺陷的前提下，且沒有外界環(huán)境制約管道引起外加應(yīng)力的存在，經(jīng)審查安裝技術(shù)資料，具有100%射線探傷報(bào)告及單線圖，對(duì)安裝時(shí)存在原生缺陷的部位、運(yùn)行中有明顯振動(dòng)的部位作為檢查重點(diǎn)，經(jīng)檢查無異常現(xiàn)象時(shí)，可制訂合規(guī)的檢驗(yàn)方案，減小DR數(shù)字射線抽查比例。

對(duì)于無安裝技術(shù)資料及安裝監(jiān)檢報(bào)告的冷庫(kù)，應(yīng)當(dāng)補(bǔ)齊管道的設(shè)計(jì)圖紙，當(dāng)各類管件的材質(zhì)不明時(shí)，從技術(shù)上較難對(duì)其材質(zhì)進(jìn)行準(zhǔn)確認(rèn)定。如果用戶不能提供有效的材質(zhì)證明材料，應(yīng)更換管道部件。當(dāng)管道圖紙為后補(bǔ)時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)檢查管道的結(jié)構(gòu)及管線布局與實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)是否相符。

2.2 氨制冷管道檢驗(yàn)重點(diǎn)分析

宏觀檢查的技術(shù)重點(diǎn)是法蘭密封面的密封狀態(tài)是否完好；閥門是否為氨專用閥門；氨壓縮機(jī)的進(jìn)出口管道有無異常振動(dòng)；保冷層外表面破損及跑冷的部位；熱氨熔霜的抽液管道連接結(jié)構(gòu)是否和設(shè)計(jì)相符；焊縫布置是否符合SBJ 12—2011《氨制冷系統(tǒng)安裝工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》中管道焊接的要求。

壁厚檢測(cè)的重點(diǎn)是壓縮機(jī)進(jìn)出口，系統(tǒng)注氨入口的第1個(gè)彎頭和直管段，保冷層出現(xiàn)損壞、剝落、跑冷等現(xiàn)象及穿越建筑物的管道。另外露天布置的中間冷卻器外部連接管道也應(yīng)作為測(cè)厚重點(diǎn)。

理化檢驗(yàn)和材質(zhì)確認(rèn)的重點(diǎn)是各類材質(zhì)不明的管道組成件。表面缺陷檢測(cè)的重點(diǎn)是有明顯振動(dòng)現(xiàn)象的管道焊口及其相鄰的管件焊口等，需進(jìn)行表面無損檢測(cè)。

焊縫埋藏缺陷檢測(cè)的重點(diǎn)部位是外界環(huán)境影響管道自由伸縮，有可能產(chǎn)生應(yīng)力的管道焊接接頭[6]。對(duì)于低壓側(cè)應(yīng)重點(diǎn)檢測(cè)高風(fēng)險(xiǎn)、具備作業(yè)空間的管道，安裝時(shí)不易焊接的固定焊口以及變徑、三通、彎頭等各類管件相連接的固定焊口[7]。

安全附件也應(yīng)作為檢驗(yàn)的重點(diǎn)，尤其是熱氨融霜工藝抽液管道上是否有泄壓裝置，其他安全附件材質(zhì)是否符合氨制冷規(guī)范的專業(yè)技術(shù)要求。

3 氨制冷管道的在線檢驗(yàn)技術(shù)

3.1 DR數(shù)字射線成像技術(shù)

3.1.1 埋藏缺陷檢測(cè)效果

從焊工培訓(xùn)的焊接試件中選取一批帶有未焊透缺陷的管件，先用普通X射線拍片檢查，對(duì)檢出的缺陷定位、定量后，分別在裸管、覆蓋保溫層、覆蓋保溫層滿液(模擬)3種狀態(tài)下，用DR射線數(shù)字成像技術(shù)檢查，將檢查結(jié)果和X射線拍片結(jié)果進(jìn)行比對(duì)[8]。然后，再?gòu)暮腹づ嘤?xùn)的焊接試件中選取另一批帶有焊接缺陷的管件，先用DR數(shù)字射線成像技術(shù)分別在裸管、覆蓋保溫層、覆蓋保溫層滿液(模擬)狀態(tài)下檢查，再用普通X射線拍片檢查復(fù)驗(yàn)[9]。圖2為Φ76管件未焊透DR數(shù)字射線成像圖(規(guī)格為Φ76×4 mm)，圖3為Φ76管件未焊透X射線成像圖 ，圖4為Φ76管件未焊透實(shí)物割管圖像。

圖2 Φ76管件未焊透DR數(shù)字射線成像圖

圖3 Φ76管件未焊透X射線成像圖

圖4 Φ76管件未焊透實(shí)物割管圖像

通過圖2和圖3檢測(cè)方法成像圖的對(duì)比可以看出，采用DR數(shù)字射線成像技術(shù)和普通X射線拍片技術(shù)檢測(cè)的結(jié)果一致，再和圖4比對(duì)，進(jìn)一步證明了其可靠性。

3.1.2 表面缺陷檢測(cè)效果

為進(jìn)一步驗(yàn)證DR射線成像技術(shù)對(duì)表面缺陷檢測(cè)的靈敏度，對(duì)表面帶有機(jī)械損傷的試件進(jìn)行了對(duì)比檢查，圖5為Φ89管件機(jī)械損傷DR數(shù)字射線成像圖(規(guī)格為Φ89×4.5 mm)，圖6為Φ89管件機(jī)械損傷的實(shí)物圖像，通過圖5和圖6的對(duì)比可以看出，DR射線成像技術(shù)可以準(zhǔn)確檢測(cè)出試件表面缺陷。

圖5 Φ89管件機(jī)械損傷DR數(shù)字射線成像圖

圖6 Φ89管件機(jī)械損傷的實(shí)物圖像

3.2 紅外線熱成像技術(shù)

紅外線成像儀接收物體發(fā)出的紅外線熱能信號(hào)，轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后形成熱圖像[10]。氨制冷管道在線檢驗(yàn)中可以采用紅外線熱成像儀作為輔助檢測(cè)方法，目的是檢測(cè)出管道的跑冷部位，因?yàn)榕芾洳课粯O易產(chǎn)生金屬腐蝕，應(yīng)當(dāng)作為管道測(cè)厚及腐蝕檢查的重點(diǎn)。

3.3 脈沖渦流檢測(cè)技術(shù)

用脈沖渦流檢測(cè)儀可以對(duì)帶有保冷層的管道進(jìn)行壁厚掃查檢測(cè)，其原理是檢測(cè)渦流脈沖信號(hào)在管道金屬中的衰減變化，通過特定方法計(jì)算出金屬管道的實(shí)際厚度。在現(xiàn)場(chǎng)檢查中，可以選取某點(diǎn)作為標(biāo)定點(diǎn)進(jìn)行掃查檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)減薄信號(hào)的部位再進(jìn)行定點(diǎn)測(cè)厚，檢測(cè)的精準(zhǔn)度應(yīng)在5%范圍以內(nèi)。

3.4 在線檢驗(yàn)技術(shù)的應(yīng)用

3.4.1 應(yīng)用實(shí)例

通過DR數(shù)字射線成像技術(shù)和普通X射線拍片比對(duì)試驗(yàn)，積累了一定的數(shù)據(jù)和檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)后，開始用于實(shí)際檢驗(yàn)中。對(duì)某乳液制品廠的冷庫(kù)進(jìn)行了在線檢驗(yàn)，該冷庫(kù)投產(chǎn)8 a，管道規(guī)格為Φ219×8、Φ159×7、Φ108×4.5、Φ89×4 mm，材質(zhì)為20號(hào)鋼，設(shè)計(jì)壓力2.0 MPa、設(shè)計(jì)溫度150 ℃。采用Ti400紅外線成像儀，對(duì)低溫側(cè)壓力管道進(jìn)行了掃描成像檢查，在Φ89×4 mm管道的彎頭部位發(fā)現(xiàn)了輕微跑冷現(xiàn)象，采用42MF4型DR射線數(shù)字成像檢測(cè)儀，檢查管道金屬表面未見表面缺陷。對(duì)管道焊口進(jìn)行了埋藏缺陷檢查，發(fā)現(xiàn)了一處未焊透超標(biāo)缺陷，圖7所示為Φ108管道未焊透DR數(shù)字射線成像(規(guī)格為Φ108×4.5 mm)。為此又進(jìn)行了射線拍片復(fù)驗(yàn)，圖8所示為Φ108管道未焊透X射線底片，從圖7和圖8中可以看出，2種方法檢測(cè)出的缺陷完全一致。

圖7 Φ108管道未焊透DR數(shù)字射線成像

圖8 Φ108管道未焊透X射線底片

采用DPEC-17脈沖渦流檢測(cè)儀，對(duì)低壓側(cè)帶保冷層的管道進(jìn)行了壁厚掃查檢測(cè)，氨制冷管道脈沖渦流掃查數(shù)據(jù)如表1所示。為了驗(yàn)證脈沖渦流檢測(cè)儀的準(zhǔn)確性，在0.5 a后的停車檢修中進(jìn)行了超聲波復(fù)測(cè)，經(jīng)驗(yàn)證可知，2種檢測(cè)結(jié)果的相對(duì)誤差在5%以內(nèi)。

表1 氨制冷管道脈沖渦流掃查數(shù)據(jù)表

3.4.2 應(yīng)用效果

從以上應(yīng)用實(shí)例可以看出，將紅外線熱成像技術(shù)、DR射線數(shù)字成像技術(shù)、脈沖渦流檢測(cè)技術(shù)綜合運(yùn)用到氨制冷壓力管道的檢驗(yàn)中，可以在企業(yè)不停產(chǎn)、不拆除保冷層的狀態(tài)下進(jìn)行在線檢驗(yàn)。首先采用紅外線熱成像儀，對(duì)在線運(yùn)行的管道進(jìn)行紅外成像掃描，從而分析判斷出管道的跑冷部位，此部位作為腐蝕檢查及壁厚測(cè)定的重點(diǎn)部位。其次采用DR射線數(shù)字成像技術(shù)，對(duì)氨制冷的低壓側(cè)管道進(jìn)行焊縫埋藏缺陷檢查。最后采用脈沖渦流技術(shù)進(jìn)行壁厚掃查，重點(diǎn)檢查管道壁有無腐蝕減薄現(xiàn)象。

4 結(jié)論

(1)從涉氨冷庫(kù)檢驗(yàn)實(shí)踐中可以總結(jié)出：宏觀檢查、壁厚檢測(cè)、理化檢驗(yàn)和材質(zhì)確認(rèn)、焊縫埋藏缺陷檢測(cè)、安全附件檢驗(yàn)是氨制冷壓力管道檢驗(yàn)的重點(diǎn)項(xiàng)目；難點(diǎn)是運(yùn)行狀態(tài)下低壓側(cè)管道的在線檢驗(yàn)。

(2)通過對(duì)帶有缺陷的管道試件檢測(cè)，并與X射線拍片方法進(jìn)行比對(duì)試驗(yàn)的結(jié)果表明：采用DR數(shù)字射線成像技術(shù)可以檢測(cè)出滿液狀態(tài)下帶保溫層管件的埋藏缺陷和表面缺陷。

(3)應(yīng)用實(shí)例表明，采用紅外線熱成像技術(shù)可以檢測(cè)出管道的跑冷部位；采用DR數(shù)字射線成像技術(shù)可以檢測(cè)出焊口的埋藏缺陷；采用脈沖渦流檢測(cè)技術(shù)對(duì)帶保冷層的低壓側(cè)管道壁厚掃查的相對(duì)誤差在5%以內(nèi)。