在用超高压水晶釜的超声波检测方法

　　1　前言

　　超高压水晶釜是用水热温差法生产人造水晶的反应釜,属超高压容器。水晶釜在高温、超高压和腐蚀性介质共同作用下,在使用中易产生新的危险性缺陷,如应力腐蚀裂纹。因此,对超高压水晶釜裂纹类危险性缺陷的检验十分重要。对釜体外壁表面及近表面裂纹类缺陷采用磁粉检测等方法可以很容易检出,对釜体内部以及内表面缺陷则需采用超声波检测。针对其超声波检测的特殊性,对超声试块的制作、探头的选择及超声波检测方法进行了了专门研究,并将研究成果用于超高压水晶釜的检验实践中,取得了较好的效果。

　　2　超高压水晶釜的结构特点

　　超高压水晶釜的设计压力一般为140～160MPa,工作压力:137～147 MPa,设计温度:400℃,工作温度:<400℃,内径: 200～ 300 mm,壁厚:80～120 mm,高度:4000～6500 mm,主体材质一般为PCrNi3MoVA,工作介质为1～1.25N的NaOH溶液.超高压水晶釜按釜体型式分为通孔式和盲孔式两种。水晶釜的主要受压元件采用高强度、高韧性、中碳合金结构钢锻件制造。为防止爆炸导致恶性事故的发生,一般将水晶釜垂直安放在地坑中。从检验的角度来看,超高压水晶釜的特殊性在于:

　　①在高温、超高压、腐蚀性介质下运行,内壁易产生应力腐蚀裂纹等危险性缺陷。

　　②承受交变载荷,每30～50天升降压一次进行周期性操作,易产生疲劳裂纹。

　　③内径小、筒体长,检验人员无法进入釜内进行检测,对内壁裂纹无法采用磁粉探伤技术进行检测。

　　④内径小且壁厚,内外径之比<80%,因此无法按照通常的超声波探伤标准进行超声波检测。

　　⑤釜体底部和口部有台阶,造成应力集中易产生裂纹,且结构复杂,增加了检测难度。

　　3　超声波检测方法

　　为检出釜体内部及内表面的各类缺陷,故有针对性地选择了不同的超声波检测方法,以提高缺陷的检出率。

　　3.1　用纵波直探头检测锻造缺陷

　　由于釜体采用锻件制造并经机械加工而成,所以为检查釜体锻造缺陷,应采用直探头在外表面进行检测。纵波直探头探伤执行JB 4730-1994《压力容器无损检测》第8.2条压力容器锻件超声检测,评定标准执行《超高压容器安全监察规程》(试行)第34条。

　　3.2　用K1探头作轴向扫查检测周向裂纹

　　经过对数起水晶釜爆炸事故进行调查研究,及对文献资料记载的水晶釜爆炸事故进行分析,发现多数水晶釜爆破形式为底部台阶或退刀槽处周向开裂爆炸。爆炸时,釜体底部一小截穿入地下,釜体上部一大截则像火箭升空一样垂直向上飞,并且一般落回原厂房或厂房附近。这是因为釜体底部台阶或退刀槽处产生应力集中,水晶釜又因周期性升降压操作承受交变载荷,导致这些部位易产生裂纹,进而迅速向外扩展发生爆炸事故。因此,对内壁周向裂纹特别是底部台阶和退刀槽处的裂纹检测显得尤为重要。