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液氢管道在线检测技术

时间:2024-12-03    来源:    作者:仪多多     

液氢管道检验应依据在役液氢管道失效和损伤模式分析,采取相对应的检验检测方法,根据前期的资料审查和管道的运行情况制定在线检验方案。

在线检测技术包括目视检测、壁厚检测、真空度和泄漏检测、渗透检测、涡流检测、红外热成像检测、射线数字成像检测(DR)等。

一、目视检测

主要通过肉眼进行直接目视检测,必要时配备辅助光源和低倍放大镜等工具,检测内容包括:

1、检查管道结构,相邻管道的间距是否符合标准要求、管道有无异常振动或相互摩擦、管道的支吊架是否变形或者开裂、支座是否下沉倾斜、基础有无损坏、地脚螺栓是否完好;

2、管道的外表面、阀门、法兰、真空密封接头是否结霜、结冰;

3、管道阀门、法兰焊缝、外管连接焊缝和容器本体连接焊缝的外表面有无裂纹、腐蚀等缺陷;

4、安全阀的出口和排放管是否堵塞或结冰,紧急切断阀执行机构和安全阀的限位装置是否异常;

5、如果管道有法兰跨接导线或安装了接地装置,对跨接电阻和接地电阻进行测量,避免管道产生静电(静电能形成点火源或者干扰管道电气设施的正常运行)。

二、壁厚检测

管道壁厚检测一般采用脉冲反射式超声测厚,选择弯管、变形等有代表性的位置进行测厚,管道直管段进行壁厚抽查,要保证足够的检测点数。

带有防腐层的管道可以采用电磁超声或涡流测厚,电磁超声测厚和涡流测厚都不需要耦合剂,不需要去除防腐层能实现非接触测量,检测效率高。

三、真空度和泄漏检测

如果液氢管道预留了真空度测量接口,则可使用真空计对双层管夹层的真空度进行测量,检测管道存储液氢时的真空度是否满足相关标准的要求。

对于未留有真空度测量接口的液氢管道,可以进行泄漏检测,即利用真空管道夹层的内外压力差,使用检漏液对法兰、阀门等密封结构易发生泄漏部位进行泄漏检测。

但是,泄漏检测只能对密封结构或者焊缝是否泄漏进行定性测量,不能用于绝热材料放气等导致真空度降低的检测。

四、渗透检测

液氢管道采用奥氏体不锈钢非铁磁性材料,磁粉检测无法实施,因此渗透检测是其表面检测的重要手段。

与涡流检测比较,渗透检测不受管道和焊缝等复杂结构的影响,多用于管道阀门、法兰和设备接口的角焊缝检测,溶剂去除型渗透检测方法无需水电,适用于现场的在线检测,但对表面的光洁度要求比涡流检测的要求高。

五、涡流检测

涡流检测可以检测液氢管道的管子和焊缝表面及近表面缺陷,对于表面光洁度要求低。随着电磁学研究的深入,研究人员在涡流检测的基础上开发了多项新技术,比如阵列涡流和脉冲涡流检测。

阵列涡流不受缺陷方向的影响,检测效率和灵敏度高;脉冲涡流可以对一定深度的缺陷实施检测,液氢管道壁厚薄,甚至可以实现全壁厚检测。

对于表面开口缺陷的检测如氯化物应力开裂,涡流检测的灵敏度低于渗透检测。

六、红外热成像检测

红外热成像无损检测以红外辐射的原理为基础,通过检测热量在物体内部的传递状况来进行缺陷的判别。

液氢为深冷液体,液氢和周围环境存在巨大的温差,在双层管内部会产生热量的流动。如果双层管内部存在裂缝和缺陷,或者夹层真空性能下降,管道温度分布则会不均匀,从而形成“热点”高温区,通过红外热像仪可以显示温度的差异。即通过液氢管道热状态的变化和异常,来判断管道绝热效果的可靠性。

通过红外热成像检测焊缝、阀门、法兰等易泄漏部位,找出温差异常部位,可检测设备的绝热性能和液氢泄漏情况。

红外热成像可以不直接接触液氢管道实施远程检测,扫查范围大。作者所在团队对LNG装置工艺管道进行了红外热成像检测技术应用,结果表明该技术可及时发现管道绝热性能异常部位。

七、射线数字成像检测

液氢管道焊缝埋藏缺陷的检测技术以射线检测和超声检测为主,液氢管道的材料为奥氏体不锈钢,壁厚偏薄,焊缝奥氏体晶粒粗大,超声检测(包括衍射时差法和相控阵超声检测)效果不理想,而且超声检测不能对内管实施检测。

液氢管道由于内管不可见的特殊性,上述目视检测、壁厚检测、渗透检测、涡流检测只能用于外管的检测,而液氢管道的内管和液氢直接接触,损伤风险更高且不易察觉。

通过对无损检测技术检测对象适用性的比较,发现目前只有射线检测技术可以用于内管焊缝缺陷的在役检测。

射线检测包括射线数字成像检测技术和射线胶片照相,射线数字成像检测技术与传统射线胶片照相原理相同,不同点主要在于接收器件和显示方式上。

相比于传统的胶片照相,射线数字成像检测厚度、宽容度和动态范围大,图像对比度、信噪比高,检测图像可以通过软件进行后期处理,没有暗室处理环节,缺陷的显示更加直观便于评定,在液体管道检测上优势明显。可以现场初步评定检测结果。

为了验证液氢管道DR在线检测的可行性,为液氢管道在线检测提供依据,对含有人工缺陷的双层管内管加注液体介质,进行带液双层管内管焊缝DR检测试验。




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