特种设备检验检测新技术相关知识.ppt

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1、1,特种设备检验检测新技术相关知识,2012年3月30日,2,一.基于风险的检测(RBI)二.衍射时差法超声检测（TOFD）三.相控阵检测四.声发射检测（AE）,授课内容,3,1.RBI技术概述,4,基于风险检测(Risk-Based Inspection RBI),理念：安全性经济性原理：失效可能性失效后果风险排序关键：优化检验策略目的：本质安全节约成本,WHAT：要检查何种类型的缺陷？WHERE：何处去寻找缺陷？缺陷的位置/可接近性？HOW：能发现缺陷的最佳技术？破坏形式(减薄，裂纹等)WHEN：从风险级别和经济性平衡角度确定最佳检验时间？,避免检验不足与检验无效过度检验,5,RBI风险矩

2、阵,设备风险等级表,风险矩阵,6,RBI过程示意图,7,RBI的意义,避免传统检验的某些不足、确保本质安全,不清楚特种设备失效模式，失效机理检验不足盲目追求“全面”不清楚失效发生的可能部位检验无效过度检查装置、设备的重要度划分考虑因素较少重点不突出检验周期确定依据不足过频或过长,或,8,RBI与传统方法的区别,9,80%的损失是由20%的设备引起的风险系数不是越小是好，安全与经济的统一,“二八”理论模型,10,风险演化与寿命关系,11,2.API 581简介,API 581 于2000年5月出版，文件由正文和附录组成正文的主要内容介绍RBI的基本概念风险分析重要度风险可靠性分析检测程序工厂基础

3、标准数据表等,12,附录的主要内容:附录A RBI定性分析工作手册附录B RBI半定量分析工作手册附录C RBI定量分析工作手册附录D 管理系统评价工作手册附录E OSHA1910和EPA危险化学品表附录F API和ASTM的RBI比较,13,附录G腐蚀减薄模式(其中包括HCL，高温硫和 环烷酸，高温H2S/H2，H2SO4，HF，酸性水，胺，高温氧的各种腐蚀数据和判据)附录H应力腐蚀裂纹模式(其中包括以下应力腐蚀裂纹的数据表和判据：碱，胺，硫化物，HIC/SOHIC-H2S，炭酸，连多硫酸，HSC-HF，HIC/SOHIC-HF附录I高温氢腐蚀模式附录J 炉管模式附录K 材料疲劳(仅管线)模

4、式附录L脆断模式附录M 设备衬里模式 附录N外部损坏模式,14,2.1API 581与其它规范的关系,API 581 提供基于风险分析检测计划程序，有关检测的实施仍需参照其它的API规范，例如：API 750过程危害性管理API 510压力容器检测、评级、修理和变更规范API 570在役压力管道检测、修理、变更和维护规范API 653储罐检测、修理、变更与重建规范API 530石化炼油厂计算热交换管壁厚的实例API 581 分为定性分析、半定量与定量分析定性分析主要适用于较大范围的评估，如工厂、装置区。定量分析主要适用于特定设备的评估，主要项目包含有塔器、储罐、转动机械与管线。API 581

5、注重评估因腐蚀所造成穿透泄漏等危害风险。,15,16,2.2RBI分析层次,17,2.3风险评估的执行步骤,18,2.4定性RBI分析,依据API RP 580 Risk-Based Inspection,风险的意义：Risk Frequency Consequence 风险(概率)(后果),19,定性RBI分析失效概率系数构成,20,定性RBI分析损坏后果系数构成,21,定性RBI分析健康后果系数构成,22,定性RBI分析失效概率等级划分,失效概率系数构成：设备系数损坏系数检测系数维修状况系数工艺系数机械设计系数,失效概率等级,23,定性RBI分析后果等级划分,后果等级由损坏后果等级和健康后

6、果等级较高的确定损坏后果系数构成：化学物质系数物质存量系数状态系数自燃系数保护系数压力系数损坏可能系数健康后果系数构成：毒性量系数扩散性系数保护系数人口系数,健康后果等级,损坏后果等级,24,定性RBI分析风险矩阵,25,损伤机理,加氢裂化装置腐蚀减薄酸性水腐蚀、锅炉水腐蚀、冷却水腐蚀、盐酸腐蚀、高温H2S/H2腐蚀、高温硫及环烷酸腐蚀 应力腐蚀开裂HIC/SOHIC、碳酸盐SCC、硫化物SCC、胺SCC、PTA连多硫酸SCCSCC敏感性为“高”和“中”的设备和管道主要集中在101工段(加氢裂化系统)、301(脱丁烷/己烷系统)和401(酸性气处理系统)工段 外部腐蚀大气腐蚀和保温层下腐蚀 外

7、部腐蚀比较严重的管道 主要集中在201工段(新氢系统)和302工段(分馏系统)高温氢腐蚀 101工段(加氢裂化系统)中的4台换热器和3条管道 P-059的氢腐蚀敏感性为“高”，表明该管道发生氢腐蚀损伤的可能性相对较大。P-059氢腐蚀敏感性高的主要原因是该管道材质为A-106B，属一般碳素钢，操作条件下不能抗氢腐蚀。,26,3.3 已完成10套装置损伤机理表,茂名乙烯裂解装置损伤机理分布,27,茂名加氢裂化装置损伤机理分布,28,广州石化加氢精制装置(2B)损伤机理分布,29,固定式压力容器安全技术监察规程中规定,7.8 基于风险的检验（RBI）7.8.1应用条件 使用满足以下条件的大型成套装

8、置的使用单位，可以向国家安全监察机构提出应用基于风险的检验技术申请：（1）具有完善的管理体系和较高的管理水平；（2）建立健全应对各种突发情况的应急预案，并且定期进行演练；（3）压力容器、压力管道等设备运行良好，能够按照有关规定进行检验和维护；（4）生产装置及重要设备资料齐全、完整；（5）工艺操作稳定；（6）生产装置采用数字集散控制系统，并且有可靠的安全联锁保护系统。,30,7.8.3检验周期确定,（1）参照压力容器定期检验规则的规定，确定压力容器的安全状况等级和检验周期，可根据压力容器风险水平延长或者缩短，但最长不得超过9年。（2）以压力容器的剩余寿命为依据，检验周期最长不超过压力容器剩余寿命

9、的的一半，并且不得超过9年。,31,二、衍射时差法超声检测技术（TOFD）,PE 的特点TOFDTOFD工作原理TOFD在焊缝检测中的应用TOFD技术优缺点,32,A型脉冲反射式超声检测（PE）,利用声波：挑西瓜超声波：大于20000Hz,33,PE检测的特点,比较大小，当量，波高相当的量。16+9dB，2404dB，,34,PE检测的特点,超声波遇到界面有反射、折射衍射现象，就像光线。焊缝检测一般用横波斜探头，既做发射又做接受。缺陷的当量大小与超声波声束与缺陷的方向（夹角）关系很大，垂直时当量最大。,35,衍射时差技术首先应用上世纪60年代的英国核工业领域，作为一种精确的缺陷定量定位技术很快

10、广泛应用于其它无损检测领域，如石化、锅炉压力容器、电力、长输管线等。目前，TOFD技术已经得到ASTM E2373-04，ASME VIII Code 2235，CEN ENV 583-6(2000)，BS 7706(1993)等标准的认可。国内于2001年首先成功引入TOFD技术，用于国家重点工程-西气东输项目。,TOFD技术背景,36,什么是 TOFD?,TOFD-衍射时差法超声检测技术：TOFD采用一发一收两个探头产生非聚焦的纵波，从待检工件内部结构（主要是指缺陷）的“端角”和“端点”处得到的衍射能量，用于缺陷的检测、定量和定位。,37,衍射现象,缺陷,衍射波,衍射波,入射波,反射波,基

11、于惠更斯原理衍射波向各个方向传播衍射能量低衍射方向不取决于入射角,38,探头架,39,40,波束扩散模拟,600 纵波探头6mm 圆晶片在碳钢中进行波束模拟,41,605MHz 6mm波束模拟,42,TOFD:典型的设置,43,相位变化,上端点,下端点,需要不检波的A扫来显示相位的变化,44,传播时间,45,TOFD深度计算公式,46,A扫信号灰度图,为了便于缺陷判读，通常TOFD采用灰度图显示,47,典型的TOFD图像,48,上表面开口缺陷,49,下表面开口缺陷,50,内部埋藏缺陷,51,TOFD技术优越性,缺陷定量定位精度高，可检出焊缝中任意走向的缺陷；可以识别向表面延伸的缺陷；检测速度快

12、，缺陷定量、定位精度高。根据TOFD可进行ECA分析（寿命评估）；采用TOFD和脉冲回波相结合，可以实现100%焊缝覆盖。,52,TOFD技术局限性,在被检工件上、下表面存在盲区对“噪声”敏感夸大了一些良性的缺陷,如气孔,冷夹层,内部未熔合。TOFD一维扫查不能确定缺陷在焊缝水平方向的位置。,53,固定式压力容器安全技术监察规程无损检测方法选择,（1）压力容器的对接焊接接头应当采用射线检测或超声检测，超声检测包括衍射时差法超声检测（TOFD）、可记录的脉冲反射法超声检测和不可记录的脉冲反射法超声检测；当采用不可记录的脉冲反射法超声检测时，应当采用射线检测或者衍射时差法超声检测做为附加局部检测；

13、（2）有色金属制压力容器对接接头应当尽量采用X射线检测；（3）焊接接头的表面裂纹应当优先采用表面检测；（4）铁磁性材料制压力容器焊接接头的表面检测应当优先采用磁粉检测。,54,国内TOFD标准,NBT 47013.10-2010(JBT 4730.10)承压设备无损检测 第10部分：衍射时差法超声检测.pdf,55,56,超声相控阵技术背景超声相控阵工作原理超声相控阵在无损检测中的应用超声相控阵技术的优点,三、超声相控阵技术,57,超声相控阵技术最早应用于军用雷达。现在医院里采用的B超也是基于相控阵技术。加拿大OlympusNDT公司（即以前的R/D Tech）最早将 相控阵技术引入到工业无损

14、检测领域。目前在世界范围内有超过1000台超声相控阵系统正应用于不同无损检测领域，包括电厂、石化、航空航天、工业在线、锅炉压力容器、长输管线等。国内于2001年首先引入相控阵系统-PipeWIZARD全自动超声检测系统，成功应用于国家重点工程-西气东输。,超声相控阵技术背景,58,超声相控阵定义,通过软件可以单独控制相控阵探头中每个晶片的激发时间，从而控制产生波束的角度、聚焦位置和焦点尺寸。,59,相控阵探头类型,线形阵1维 线形阵2维 矩形阵,60,相控阵探头类型,圆形阵1维 环形阵2维 扇形阵,61,相控阵探头设计参数,相控阵探头晶片由复合材料制成，比常规压电陶瓷材料探头的信噪比高10-3

15、0dB。,将复合材料用机械方法切割成若干个小晶片，每个晶片都可以单独激发。,62,波束形成,每一个晶片的激发时间可以单独控制，产生的球面波在传播过程中波前相互叠加。如果所有晶片的激发时间都相同，形成的波阵面为纵波。,63,电子扫查,探头不作任何机械移动，而波束沿晶片阵列方向作电子扫查。通过对激活晶片组进行多路延时，使波束产生移动。扫查宽度局限于:阵列中晶片的数量采集系统支持的通道数量,64,波束偏转,波束偏转是通过软件控制每一个晶片激发的延时使波阵面沿特定角度传播来实现的。,65,波束聚焦,波束聚焦是通过软件控制每一个晶片的触发时间使波前在指定的位置进行叠加实现的。焦点尺寸取决于所用晶片的大小

16、和数量。,66,相控阵三维视图,Index axis,Scan axis,Usound axis,Scan axis,67,超声相控阵技术典型应用,68,焊缝检测-扇形扫查,69,全自动超声相控阵焊缝检测,70,T型焊缝扫查,71,厚壁压力容器焊缝检测,72,插管焊缝检测,73,涡轮燕尾槽/转子检测,74,相控阵技术优势,实时彩色成像，包括A/B/C/D和S-扫描，便于缺陷判读；相控阵技术可以实现线性扫查、扇形扫查和动态深度聚焦，从而同时具备宽波束和多焦点的特性，因此检测速度可以更快；相控阵具有更高的检测灵活性，可以实现其它常规检测技术所不能实现的功能，如对复杂工件的检测；容易检出各种走向、不

17、同位置的缺陷，缺陷检出率高，定量、定位精度高；扫查装置简单，便于操作和维护；检测结果受人为因素影响小，数据便于存储，管理和调用。,75,四 声发射检测,声发射检测发展史声发射检测原理声发射在无损检测中的应用声发射技术的优缺点,76,声发射检测发展史,50年代:德国人Kaiser发现Kaiser效应 50-70年代:实验室阶段 70-80年代工程应用 90-本世纪初:迅速发展、广泛应用,77,声发射检测原理,材料在塑性变形或损伤破坏过程中释放应变能/产生应力波声发射（AE）AE源信号包括：裂纹、腐蚀、分层/脱粘、泄漏。传感器接收AE信号，通过系统进行信号处理、分析进行缺陷分析和无损检测(from

18、 ASTM E610-82),78,声发射检测机理,声发射(Acoustic Emission简称AE)又称应力波发射，是材料或零部件受力作用产生变形、断裂，或内部应力超过屈服极限s而进入不可逆的塑性变形阶段，以瞬态弹性波形式释放应变能的现象。在外部条件作用下，固体（材料或零部件）的缺陷或潜在缺陷改变状态而自动发出瞬态弹性波的现象亦为声发射。,79,声发射检测机理,声发射波的频率范围很宽，从次声波、声波直到超声波。它的幅度动态范围亦很广，从微弱的位错运动直到强烈的地震波。然而，声发射作为无损检测与无损评价手段，则是采用高灵敏度传感器，在材料或构件受外力的作用，且又远在其达到破损以前，接收来自这

19、些缺陷与损伤开始出现或扩展时所发射的声发射信号，通过对这些信号的分析、处理来检测、评估材料或构件缺陷、损伤等内部特征。,80,系统组成,系统应包含DSP处理器系统功能:滤波特征采集分析特征图形化处理 报警设置打印、存储功能实时、快速数据分析、处理,传感器前置放大器 声发射卡 软件,81,声发射传感器,82,裂纹扩展的形式,脆性断裂的裂纹是最典型、最容易识别的声发射裂纹源塑性断裂的裂纹源相对来讲，其声发射信号较弱。但大量研究证实，在塑性断裂的不同阶段、声发射信号的也出现不同特征曲线。在实际检测中，通常遇到的是混合声发射信号.,83,声发射信号产生条件,裂纹/缺陷萌生阶段 裂纹/缺陷萌生扩展阶段

20、失效破坏前预报,84,声发射信号,M44,85,当用两个或多个传感器进行声发射检测时,能够时差定位的方法定出声发射源的位置，这是声发射技术的基本功能之一。线性定位用于长的高压气瓶及管线；平面定位用于各种立式/卧式容器；球面定位用于球形压力容器；三维定位用于混凝土结构、岩石大型变压器局部放电检测。罐底定位用于储罐底部缺陷定位。,声发射源定位技术,86,裂纹源的位置,根据到达不同传感器的不同时间,金属材料中裂纹源的定位,87,源定位的方式,简单的线定位平面定位Uses Triangular to locate source,88,声发射检测的优点和局限性,（1）能够探测出活动的缺陷，即材料的断裂与裂纹扩展。从而为在用压力容器的使用安全性评价提供依据。（2）不需进入容器内就可实施检测。可远距离操作，可监控设备运行状态和缺陷扩展情况。（3）无法探测静态缺陷，不能作为压力容器制造质量控制手段和验收依据。（4）设备价格较贵（5）检测试验过程干扰因素较多。,89,声发射技术还存在的问题虽然声发射技术得到了广泛的应用，但还有不少基础研究尚需要进行。而且它本身还存在很多的局限性。如一个缺陷没有扩展，它是无法检测到的；设备也比较昂贵。所以它不能代替常规的无损检测方法。但它能弥补常规无损检测方法中的不足，能为评价容器整体结构完整性提供数据，因而必将得到广泛的应用。,90,谢谢各位,