冷库压力管道损伤模式及定期检验检测技术探究

冷库压力管道损伤模式及定期检验检测技术探究

周继福 1 周 旭 2

1 天津市宁河区计量和特种设备检定中心 天津 301500

² 天津市特种设备监督检验技术研究院 天津 300192

摘 要：冷库压力管道的定期检查是在数据复核和宏观检查的基础上，结合管道潜在的损坏方式，选择合适的检测技术来满足要求，尽可能多地发现缺陷的过程。如何开展有针对性的定期检查工作，尽早发现冷库压力管道安全隐患，是一个值得进一步探索的问题。因此，笔者分析了冷库压力管道的损坏模式和定期检查技术。

关键词：冷库压力管道；损伤模式；定期检验；检测技术

0引言：冷库根据其在冷链系统中的作用，分为生产冷库、港口冷库、中转冷库、商业零售冷库等。冷库使用的制冷剂主要是氨和氟利昂。 为了降低氨的储存量，一些冷库企业采用氨 -CO2 制冷方式。 无论采用何种制冷方式，制冷剂都必须通过压力管道输送到容器和设备中，才能完成制冷循环，达到保持冷库低温的目的。 但是，对于制冷过程中具有重要意义的压力管道，国家监管起步较晚，加之冷库企业管理粗放，导致冷库压力管道安装质量差，泄漏事故频发。

1 冷库压力管道简介

通常冷库的制冷过程如下：制冷压缩机吸入低压制冷剂蒸汽，制冷机压缩成高压蒸汽，进入油中，进入冷凝器的蒸汽除去夹带的油后，冷凝器成为高温制冷剂常温高压液体蒸汽冷凝，排入高压贮液器，再经节流阀进入冷库，以上为单级压缩制冷。两级压缩制冷与单级压缩制冷类似，只是在压缩机下出口和压缩机上进口之间设置中间冷却器进行热交换。根据制冷过程，冷库压力管道可分为低压侧管道和高压侧管道。通常节流阀出口，通过蒸发器到压缩机吸入管之间的管道称为低压侧管道；压缩机出口经冷凝器、储液器至节流阀入口前的管路称为高压侧管路。相当多的冷库压力管除了承担制冷过程外，还承担除霜过程。除霜过程是将高温高压的制冷剂直接压缩进入蒸发器，在蒸发器内冷凝液化吸热，从而实现除霜。由于冷库的自动控制水平落后，这两个过程的操作和切换主要依靠人工，开阀的程度和速度，都取决于操作者的经验，操作不当容易对管道带来损坏。根据冷库压力管道的技术特点和材料特性，冷库压力管道在使用过程中存在一定的损坏风险。只有识别出这些损伤并进行有针对性的定期检查，冷库压力管道才能长期安全使用。

2 损伤模式及检验策略

根据冷库压力管道的工艺特点和选材特点。 冷库压力管道潜在的主要破坏方式有液锤冲击、振动疲劳、保温层下腐蚀和侵蚀等。

2.1 液锤冲击

高压气态热氨或热氟经蒸发器除霜后冷凝成液体。此时，如果迅速打开蒸发器的排气阀，蒸发器内凝结的高压液体会因压力骤降而产生闪蒸，形成液锤，猛烈撞击排气管。化霜阶段的蒸发器排气管仍处于低温状态，能承受较小的冲击载荷，易发生脆性断裂。对于液锤冲击，一方面要减少进入排气管的高压液体量，另一方面要检查排气管内是否存在应力集中。因此，在定期检查时，特别是对于低压侧使用20#钢的管道，应首先检查排气管是否安装有步进控制阀开启电磁阀或其他控制装置和回油阀的措施，以及然后检查排气管支吊架的分布和间距是否合理，是否满足设计文件的要求。如有必要，还需要对排气管焊缝进行射线照相检查。

2.2 振动疲劳

冷库压缩机的出水管一般采用U型结构，可以防止油和冷凝液回流到压缩机中。 但是，如果U型结构尺寸不合理或支吊架布置不合理，压缩机工作时出口管道会剧烈振动，容易产生振动疲劳。 对于振动疲劳，应定期检查压缩机工作状态下出口管道的振动情况，必要时对出口管道进行磁粉或穿透检测。

2.3 保温层下腐蚀

压缩机吸入管的介质为低温气体，进入压缩机后被压缩成高温高压气体。吸气管与压缩机之间存在较大的温差，因此吸气管与压缩机的界面处常有冷凝水。如果吸水管采用90°水平弯头的进水结构，保温质量差，则在保温层与吸水管壁之间易积聚冷凝水，在保温层下形成腐蚀。可见，只要有一定的温差和冷凝水堆积结构，保温层下的腐蚀是不可避免的。对于保温层下的腐蚀，应定期检查保温层外有冷凝水的管道，对可能积聚冷凝水的管段的残余壁厚进行筛选。

2.4 冲蚀

只要单相流速足够快，或介质为多相流状态，都可能发生冲蚀。高压冷凝器出口管路和节流阀后管路容易形成气液两相流。P.Madasamy 等人发现管内中性液体流速超过7m/s会产生明显的冲刷。李阳等发现气液两相流管内流速超过3m/s会产生冲蚀。定期检查时，应检测流速快、易形成气液两相流的管段弯头、三通、异径管，以及形成“气囊”和“液囊”的位置。 根据设计文件和管道结构现场检查确定剩余壁厚。

3 冷库压力管道检测技术

压力管道的定期检查一般在停机、管道内无物质的情况下进行。然而，大部分冷库是连续长周期运行，整个系统停止和清空介质的情况非常少见。高压侧管道的主要介质为高温气态制冷剂。通过关闭压缩机自然冷却，管道可以达到等待检查的良好状态。超声波、射线、渗透、磁粉检测等技术可满足基于损伤模式的高压侧管道检测。低压侧管道具有保温作用，管道内介质为低温液态或气相制冷剂。由于拆除保温低压侧管时处于低温状态，易结霜，且液体对射线有吸收和散射作用，难以进行常用的检测技术检验。近年来，X射线数字成像检测凭借其强大的图像处理技术和实时成像功能，可以在不拆除绝缘层的情况下检测低压侧管道焊缝，解决了低压侧管道焊缝检测难题。 .与传统的X射线相比，X射线数字成像测试使用相同的X射线机，但成像模式从胶片改为数字平板。山东省特种设备检测研究院利用X射线数字成像技术完成了石岛液氨管道检测项目，不仅检测到了焊缝缺陷，还发现了弯头腐蚀变薄问题。但是，X射线数字成像检测技术的成本较高。为了提高其针对性，贾强等人。提出了一种红外热成像技术与X射线数字成像检测相结合的技术，利用红外成像技术，在不拆除绝缘层的情况下，对低压侧温度异常的管段进行筛查。然后利用X射线数字成像检测的实时成像功能对管段的异常温度进行检测。这种方法适用于绝缘层下的腐蚀。针对制冷管道的冲蚀破坏，在破坏绝缘和人工除霜的前提下，可以通过超声波或电磁超声波技术检测残余壁厚。脉冲涡流还可用于检测管道的剩余壁厚，而不会损坏绝缘层。但脉冲涡流检测只是检测区域的平均壁厚，受支吊架、内外附件及周围环境的影响。低压侧管道支吊架间距小，脉冲涡流技术可靠性低。

总之，冷库压力管承担着制冷过程和除霜过程，管材主要为符合GB/T 8163-2018标准的20#钢。冷库压力管道潜在的主要破坏方式有液锤冲击、振动疲劳、保温层下腐蚀、侵蚀等。液锤冲击造成的破坏可以通过X射线数字成像技术检测出来。传统的磁粉或渗透检测技术可用于振动疲劳。将红外热成像技术与X射线数字成像相结合，可以检测绝缘层下的腐蚀情况。在破坏绝缘、人工除霜的前提下，可以通过超声波或电磁超声波技术等接触方式检测低压侧管道的冲蚀损伤。

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