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高温环境下压力容器与管道超声横波检测方法研究及影响因素分析

关卫和  
【摘要】:在压力容器和压力管道生产过程中的质量控制、在役检验等领域中,超声检测技术作为重要的检测手段已得到了广泛应用。但由于条件所限,对于大量工作在50℃~450℃温度下的压力容器和管道的在线超声波检测,国内还没有开展系统的研究。焊缝缺陷在线高温超声波检测的研究和应用基本上未见报道。但是,许多行业的设备在高温下工作,设备在高温运行状态下的情况例如设备是否存在缺陷,缺陷是否扩展,缺陷尺寸是否在安全容限范围内,缺陷的扩展速率,设备的寿命预测等等,正是目前压力容器工程技术人员日益关注的问题。 论文通过试验和分析,取得了以下成果: (1)在室温—450℃范围内,测定了随温度变化压力容器和压力管道用碳钢中横波声速的变化规律,建立横波声速回归方程V_s=V_o-αT;(2)测试了人工反射体的回波位置随温度变化而发生变化的情况,给出了由于温度变化带来测量误差的修正方法,建立了由于温度变化引起的测量误差修正式:Y_(修正)=Y_(实测)×V_s/V_(so)。分析讨论了由热膨胀引起的对声速测量、声程测量造成的测试误差;(3)测量了常温到450℃范围内低碳钢的超声横波衰减系数。衰减系数α随着温度升高而变大,从常温下的0.006dB/mm到450℃下的0.08dB/mm。(4)建立了界面衰减损失的关系式:20lg H_(T1)/H_(T2)=δ+2(α_(T2)-α_(T1))x,由于温度的影响,在100℃到450℃范围内,由界面造成的衰减增加了12~16dB。说明在高温超声波探伤时,探伤界面成为声波衰减的主要因素。(5)试制了可以用于常温到450℃范围内的高温耦合剂。 建立的高温环境下焊缝缺陷超声横波检测方法,已成功地应用于十余家大型企业的二十多台、套压力容器和数十公里压力管道上。对再生器、沉降器、三旋分离器内壁应力腐蚀裂纹进行了在线检测;与断裂力学缺陷评定方法相结合,对带裂纹和缺陷的预加氢反应器、减压塔进行了在线监控;对高温管线进行了在线裂纹检测和安全评估。解决了目前企业在高温运行环境下压力容器与管道急需解决的问题。


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