在用厚壁加氢反应器的无损检测技术探析

李赵 付红栓

上海市特种设备监督检验技术研究院 上海 200062

摘要:本文介绍了厚壁加氢反应器等复杂压力容器的设计特点、各类焊接缺陷及易出现缺陷的位置，对厚壁加氢反应器主焊缝、内壁堆焊层、法兰密封槽堆焊层以及外结构件与筒体焊接处的无损检测方法进行了主要讨论，根据其材料和结构特点总结了各种无损检测方法的优势以及不足之处，以期为同行提供参考。

关键词:厚壁加氢反应器;无损检测

引言

厚壁加氢反应器是炼油行业深度炼油，提高油品质量和经济效益的关键装置之一。这类反应器一般在高温、高压和接近氢气的环境下运行，运行条件非常恶劣，因此其安全性是一个非常重要的问题，因为一旦发生事故，将造成无法估量的经济损失。所以，对厚壁加氢反应器的无损检测方法进行分析和探讨具有重要意义。

一 常见焊接缺陷类型

在生产过程中，厚壁加氢反应器的焊缝会形成表面和内部缺陷。常见的表面缺陷包括表面气孔、表面未熔合、表面裂纹和咬边、焊缝毛刺、点蚀等。常见的内部缺陷包括气孔、夹渣、夹钨、未熔合、未焊透、裂纹等。内壁涂层容易发生热裂、材料脆化和过渡区开裂，以及涂层下的冷裂和再热开裂。 在运行中，在高负荷的影响下，焊缝中的非过大缺陷和疏忽缺陷趋于扩大，影响设备的强度和性能，甚至缩短设备的使用寿命。

二 在用厚壁加氢反应器主焊缝的无损检测

在厚壁加氢反应器主焊缝的检测部分，有主体的纵向和周向对接焊缝，也有喷嘴与筒体（或封头）连接处的焊缝。主要检测方法有超声波检测、TOFD检测、磁粉检测等方法。

2.1 脉冲反射式超声检测

在厚壁加氢反应器的定期检查中，由于条件有限，很难进行放射检查，因此超声波检查成为首选方法。厚壁加氢反应器的主焊采用窄间隙焊，一般缺陷通常垂直于检测面，所以能够通过在外筒壁上选择不同K值的角度探头和各种K值探头组合，就可以对主焊缝进行反复监测。同时，使用直接单晶探头，用倾斜探头对母材表面进行100%的扫描，主要标准为NB/T 47013.3-2015《压力设备无损检测第3部分超声波检测》。

2.2 超声TOFD检测

TOFD超声波检测技术对检测垂直于表面的裂纹和缝隙非常敏感，TOFD技术主要采用一发一收的方法，主要是根据脉冲声波的传播时间差来量化缺陷，但是信号幅度与误差量化没有直接关系。检测时，发射探头向试件发射超声波脉冲，通过试件的上下表面到达接收探头。沿上表面传播的直通波(LW)和下表面反射的后表面回波（BW）构成各自的参考信号；如果样品中有缺陷，则两个缺陷尖端产生的衍射波会产生一个缺陷该缺陷也可以到达接收探头，缺陷波位于 LW 和 BW 之间，如果缺陷有足够的高度，则在两个峰值处衍射的波可以进行时间分辨。

TOFD检测技术有以下几个特点：（1）检测表面缺陷、隐藏缺陷和未合并缺陷的检测可靠性高；（2）为判断缺陷性质提供依据；（3）检测表面及近表面缺陷和横向裂纹的可靠性较低，所以在TOFD检测方法中，需要在传统的脉冲反射超声波检测的基础上增加横向扫描，以避免检测不到横向缺陷；（4）TOFD检测产生B扫描图像，从图像可以大致判断缺陷的类型和长度。

2.3 磁粉检测

对加氢反应器主焊缝、支管焊缝和管道对接焊缝外壁进行磁粉检测，使用磁结合法时，至少要在两个相互垂直的方向上进行磁化，同时也可以检测出不同取向的表面或近表面缺陷，以提高检测效率和故障检测的可靠性。磁粉检测的工作方法、阶段和技术要求必须符合标准NB/T47013.3-2015。

三 主焊缝内壁堆焊层的无损检测

3.1 维焊层氢制剥离缺陷的超声检测

在加氢反应器的制造过程中，在表层与基体金属的界面处形成了碳化物脆化区，该处易形成未结合缺陷。使用加氢反应器时，大量的氢向钢中扩散，氢脆是由于高浓度的氢在母材与表层的交界处堆积，导致母材与表层的结合面发生剥离。氢制剥离缺陷大多平行于表层和母材的熔化面，一般不影响反应器的承载能力，但随着设备的连续使用，剥落面积变大，导致内部零件脱落，防腐性能变差，介质直接进入母材，最终导致设备故障。

3.2 堆焊层层下缺陷的超声波检测

堆焊层界面层下的缺陷发生在厚壁加氢反应器单层表面焊接的制造过程开始时，这种情况在目前的两层奥氏体不锈钢堆焊层制造过程中很少遇到。在反应器的制造过程中，堆焊层与Cr-Mo钢母材交界面形成硬质渗碳层，结果，在表层下产生裂纹，裂纹从表层/基体的结合面向母材扩展，方向垂直于结合面。随着反应器运行期间母材的脆性增加，底层中小的或潜在的再热裂纹会扩展到母材。

3.3 堆焊层表面缺陷的检测

厚壁加氢反应器内壁表面镀有一层奥氏体不锈钢，主要检测方法为目测和渗透。从大量现场检查结果看，不锈钢熔覆层的表面裂纹主要集中在反应器内部的支撑凸台部分、连接下封头和本体的手载过渡区部分以及铁素体含量高或低的部分。渗透试验前用钢丝刷轻磨，清洗后进行穿透试验，对于较深的裂纹，可用超声波确定裂纹深度，确定是否延伸至界面，并进行安全评估。现场测试中厚壁加氢反应器内壁表层渗透测试时发现的表面裂纹示例。

四 法兰密封槽堆焊层的无损检测

人孔法兰、人孔盖、水口和水口盖的垫片槽表面易发生表面裂纹，主要发生在垫片槽底部，部分延伸至密封面，呈树枝状、放射状或环状。实际测试表明，使用 CL 含量过高的密封剂会导致螺栓预紧作用下表面层出现氯化物应力腐蚀开裂。另外，密封槽的设计尺寸不合适，做工不好也会造成裂缝。目前，宏观检查和渗透检查是对法兰垫片凹槽表面层进行无损检测的有效检测方法。

结束语

研究表明，合理选择无损检测方法对于加氢反应器的安全运行非常重要。厚壁加氢反应器主焊缝主要采用脉冲反射超声波检测或超声波TOFD法检测，表面质量检测采用磁粉检测，壁内部表层主要采用脉冲反射超声波检测和渗透测试，超声波传感器和试块应根据误差的位置和特点合理正确；有效的检测方法是法兰垫片凹槽表层的无损检测、宏观检测和穿透检测。随着新型无损检测技术的发展，声发射检测、磁存储检测、相控阵检测等新技术已被用于加氢反应器的检测。

参考文献

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