氨制冷壓力管道檢驗難點及在線檢驗技術(shù)研究

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，必須進行定期檢驗。由于絕大部分氨制冷管道長期連續(xù)運行，造成停機檢驗困難，因而使帶保冷層的低壓側(cè)管道超期不能檢驗，帶來很大事故隱患[1]。應(yīng)在符合現(xiàn)行規(guī)程的前提下，采用先進的檢測技術(shù)實現(xiàn)在線檢驗。國內(nèi)學(xué)者對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)合脈沖渦流測厚技術(shù)的實際檢驗效果報道較少。本文通過比對試驗驗證DR射線成像技術(shù)在氨制冷管道不停機檢驗中的可靠性，再結(jié)合紅外線熱成像技術(shù)、脈沖渦流檢測技術(shù)組合使用[2]，并通過制冷管道在線檢驗實際運用及對涉氨壓力管道檢驗難點、制冷工藝特點分析，總結(jié)出了一套涉氨壓力管道在線檢驗新技術(shù)。

1 氨制冷工藝簡介

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)，通過相變達到了制冷目的[3]。按照GB 50072—2021《冷庫設(shè)計標準》中的定義，氨制冷的高壓側(cè)管道是指自制冷壓縮機排氣口→氨油分離器→中間冷卻器→儲氨器→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，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，應(yīng)增加配套的安全防護裝置，防止超壓、液擊現(xiàn)象的出現(xiàn)。對在役管道定期檢驗時，重點檢查熱氨熔霜裝置是否符合設(shè)計要求，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難點和重點分析

2.1 氨制冷管道檢驗難點分析

從沿海地區(qū)涉氨冷庫的檢驗中，發(fā)現(xiàn)多數(shù)小型冷庫長期連續(xù)運行，停機檢驗較困難[5]，而對運行狀態(tài)下的低壓側(cè)管道檢驗是最大難點。且有部分冷庫在外觀結(jié)構(gòu)、閥門的選用等存在一些問題。對于安裝技術(shù)資料和安裝監(jiān)檢報告齊全的冷庫，按照“質(zhì)檢特函[2013]61號”文件規(guī)定，采取可行的檢驗方法后，可以對氨制冷管道在不停機狀態(tài)下進行檢驗。檢驗技術(shù)難點是不能用常規(guī)無損探傷方法檢測帶保溫層的低壓側(cè)管道，當(dāng)檢驗現(xiàn)場采用DR數(shù)字射線成像技術(shù)時，由于現(xiàn)場操作條件較差，檢驗比較耗時，探傷比例不容易達到10%的抽查要求。在宏觀檢驗沒有發(fā)現(xiàn)超標缺陷的前提下，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%射線探傷報告及單線圖，對安裝時存在原生缺陷的部位、運行中有明顯振動的部位作為檢查重點，經(jīng)檢查無異常現(xiàn)象時，可制訂合規(guī)的檢驗方案，減小DR數(shù)字射線抽查比例。

對于無安裝技術(shù)資料及安裝監(jiān)檢報告的冷庫，應(yīng)當(dāng)補齊管道的設(shè)計圖紙，當(dāng)各類管件的材質(zhì)不明時，從技術(shù)上較難對其材質(zhì)進行準確認定。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)管道圖紙為后補時，應(yīng)重點檢查管道的結(jié)構(gòu)及管線布局與實際現(xiàn)場是否相符。

2.2 氨制冷管道檢驗重點分析

宏觀檢查的技術(shù)重點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；氨壓縮機的進出口管道有無異常振動；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)安裝工程施工及驗收規(guī)范》中管道焊接的要求。

壁厚檢測的重點是壓縮機進出口，系統(tǒng)注氨入口的第1個彎頭和直管段，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)作為測厚重點。

理化檢驗和材質(zhì)確認的重點是各類材質(zhì)不明的管道組成件。表面缺陷檢測的重點是有明顯振動現(xiàn)象的管道焊口及其相鄰的管件焊口等，需進行表面無損檢測。

焊縫埋藏缺陷檢測的重點部位是外界環(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]。對于低壓側(cè)應(yīng)重點檢測高風(fēng)險、具備作業(yè)空間的管道，安裝時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)作為檢驗的重點，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)果進行比對[8]。然后，再從焊工培訓(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[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管件未焊透實物割管圖像

通過圖2和圖3檢測方法成像圖的對比可以看出，采用DR數(shù)字射線成像技術(shù)和普通X射線拍片技術(shù)檢測的結(jié)果一致，再和圖4比對，進一步證明了其可靠性。

3.1.2 表面缺陷檢測效果

為進一步驗證DR射線成像技術(shù)對表面缺陷檢測的靈敏度，對表面帶有機械損傷的試件進行了對比檢查，圖5為Φ89管件機械損傷DR數(shù)字射線成像圖(規(guī)格為Φ89×4.5 mm)，圖6為Φ89管件機械損傷的實物圖像，通過圖5和圖6的對比可以看出，DR射線成像技術(shù)可以準確檢測出試件表面缺陷。

圖5 Φ89管件機械損傷DR數(shù)字射線成像圖

圖6 Φ89管件機械損傷的實物圖像

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，轉(zhuǎn)換為電信號后形成熱圖像[10]。氨制冷管道在線檢驗中可以采用紅外線熱成像儀作為輔助檢測方法，目的是檢測出管道的跑冷部位，因為跑冷部位極易產(chǎn)生金屬腐蝕，應(yīng)當(dāng)作為管道測厚及腐蝕檢查的重點。

3.3 脈沖渦流檢測技術(shù)

用脈沖渦流檢測儀可以對帶有保冷層的管道進行壁厚掃查檢測，其原理是檢測渦流脈沖信號在管道金屬中的衰減變化，通過特定方法計算出金屬管道的實際厚度。在現(xiàn)場檢查中，可以選取某點作為標定點進行掃查檢測，發(fā)現(xiàn)減薄信號的部位再進行定點測厚，檢測的精準度應(yīng)在5%范圍以內(nèi)。

3.4 在線檢驗技術(shù)的應(yīng)用

3.4.1 應(yīng)用實例

通過DR數(shù)字射線成像技術(shù)和普通X射線拍片比對試驗，積累了一定的數(shù)據(jù)和檢測經(jīng)驗后，開始用于實際檢驗中。對某乳液制品廠的冷庫進行了在線檢驗，該冷庫投產(chǎn)8 a，管道規(guī)格為Φ219×8、Φ159×7、Φ108×4.5、Φ89×4 mm，材質(zhì)為20號鋼，設(shè)計壓力2.0 MPa、設(shè)計溫度150 ℃。采用Ti400紅外線成像儀，對低溫側(cè)壓力管道進行了掃描成像檢查，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)字成像檢測儀，檢查管道金屬表面未見表面缺陷。對管道焊口進行了埋藏缺陷檢查，發(fā)現(xiàn)了一處未焊透超標缺陷，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)。為此又進行了射線拍片復(fù)驗，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脈沖渦流檢測儀，對低壓側(cè)帶保冷層的管道進行了壁厚掃查檢測，氨制冷管道脈沖渦流掃查數(shù)據(jù)如表1所示。為了驗證脈沖渦流檢測儀的準確性，在0.5 a后的停車檢修中進行了超聲波復(fù)測，經(jīng)驗證可知，2種檢測結(jié)果的相對誤差在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)、脈沖渦流檢測技術(shù)綜合運用到氨制冷壓力管道的檢驗中，可以在企業(yè)不停產(chǎn)、不拆除保冷層的狀態(tài)下進行在線檢驗。首先采用紅外線熱成像儀，對在線運行的管道進行紅外成像掃描，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定的重點部位。其次采用DR射線數(shù)字成像技術(shù)，對氨制冷的低壓側(cè)管道進行焊縫埋藏缺陷檢查。最后采用脈沖渦流技術(shù)進行壁厚掃查，重點檢查管道壁有無腐蝕減薄現(xiàn)象。

4 結(jié)論

(1)從涉氨冷庫檢驗實踐中可以總結(jié)出：宏觀檢查、壁厚檢測、理化檢驗和材質(zhì)確認、焊縫埋藏缺陷檢測、安全附件檢驗是氨制冷壓力管道檢驗的重點項目；難點是運行狀態(tài)下低壓側(cè)管道的在線檢驗。

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

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