摘 要：化工壓力容器和管道壁厚測(cè)定的原理、方法、選點(diǎn)及示值的可靠性分析。化工容器和管道受工藝介質(zhì)的腐蝕和沖刷導(dǎo)致其壁厚的減薄和損壞，應(yīng)力集中部位和焊接熱影響區(qū)壁厚的測(cè)定和獲得準(zhǔn)確、可靠的數(shù)據(jù)在容器管道檢測(cè)中具有的重要地位和作用。 
       關(guān)鍵詞：壓力容器 管道壁厚 測(cè)厚儀 

       一、測(cè)厚原理和測(cè)厚儀 
       測(cè)厚儀多為超聲波測(cè)厚儀，其原理是基于超聲波在工件中的傳播和反射，因?yàn)槌暡ㄔ谕痪鶆蚪橘|(zhì)中傳播聲速為一常數(shù)，故被測(cè)工件越厚，超聲波在工件中傳播的時(shí)間越長(zhǎng)。而且，當(dāng)超聲波通過不同介質(zhì)的界面時(shí)會(huì)反射。測(cè)厚時(shí)，從探頭換能器發(fā)出的脈沖超聲波（老式共振法測(cè)厚時(shí)為連續(xù)超聲波）經(jīng)耦合劑到達(dá)被測(cè)工件。此時(shí)，部分超聲波被工件表面反射，另一部分則穿過被測(cè)工件并被工件底面所反射，經(jīng)換能器被儀器接收。測(cè)出工件表面反射形成的界面波及工件底面反射波之間的時(shí)間差，再根據(jù)聲速、時(shí)間、距離（厚度）三者之間的關(guān)系，便可求出被測(cè)工件的厚度，即： 
       h=ct/2 
       式中 h—距離（厚度） 
       c—聲速 
       t—聲波傳播時(shí)間 
       測(cè)厚儀分為單晶片探頭和雙晶片探頭，如圖1所示。圖1中A為單晶片探頭探測(cè)，B為雙晶片探頭探測(cè)。國(guó)內(nèi)早期的測(cè)厚儀多為單晶片探頭，探頭晶片兼具發(fā)射和接受超聲波之功能。雙晶片探頭是一個(gè)晶片T發(fā)射超聲波，另一個(gè)探頭R接收超聲波。中間用隔聲層隔開，并在晶片下加延遲塊。這種探頭的檢測(cè)靈敏度較高，目前國(guó)內(nèi)外儀器均采用。

圖1 

       二、測(cè)量方法和注意事項(xiàng) 
       1．測(cè)量方法 
       ( 1)一次測(cè)量法。適用于接觸面較大和內(nèi)外表面不平行度較小（＜1/4波長(zhǎng)的工件，此時(shí)一個(gè)點(diǎn)只需測(cè)量一次）。 
       (2)二次測(cè)量法。對(duì)背面有腐蝕坑或內(nèi)外表面不平行度較大及曲率較大的工件，應(yīng)在第一次測(cè)完后再將探頭旋轉(zhuǎn)90°取兩次測(cè)量中的較小值作為測(cè)量值。 
       (3）線連續(xù)測(cè)量法。在一條固定線上每相距5mm或5mm以下測(cè)量一次，用此間隔連續(xù)進(jìn)行測(cè)量，此法適用于測(cè)量背面有腐蝕溝槽的工件。 
       (4）圓圈內(nèi)多點(diǎn)測(cè)量法。以一點(diǎn)為中心在某一直徑范圍內(nèi)（一般以直徑20一30mm為宜）測(cè)量，以找出最薄點(diǎn)，如圖2所示。 
       (5)綜合測(cè)量法：用于腐蝕嚴(yán)重或?qū)y(cè)量結(jié)論要求較精確的場(chǎng)合，測(cè)量時(shí)以一點(diǎn)為中心，綜合使用以上方法，以更小間隔移動(dòng)探頭，并將測(cè)量結(jié)果以等高線形式記錄（圖3)。此法可找出壁厚最薄點(diǎn)，確定小面積的腐蝕坑穴。

                                         

　　　　　　　　　　        
               圖2                                                                                                                      　圖3 
       2.  注意事項(xiàng) 
       老式儀器，如CH一J一1型，不但線路落后、結(jié)構(gòu)笨重，而且由于采用單晶片探頭，靈敏度低且不穩(wěn)定，測(cè)厚時(shí)必須打磨出一平整光滑的測(cè)點(diǎn)，使用時(shí)由于靜區(qū)開得太大出現(xiàn)雙倍讀數(shù)，再加上儀器的線性不好，常使某一區(qū)段的測(cè)值偏高或偏低。近年來出品的數(shù)碼管高精度袖珍式儀器，由于采用了先進(jìn)的工藝技術(shù)、元器件和雙晶片分割式探頭，具有檢測(cè)靈敏度高、范圍廣、誤差小、便于攜帶和調(diào)試等優(yōu)點(diǎn)。用這種儀器測(cè)厚時(shí)，需注意以下幾點(diǎn)： 
       (1)雙晶片中，發(fā)射晶片的功率較大，使用時(shí)發(fā)射插座和接收插座的插位不應(yīng)插錯(cuò)，否則靈敏度稍有降低。 
       (2)袖珍式數(shù)字測(cè)厚儀，由于檢測(cè)靈敏度高，在工件表面有油漆、氧化皮或銹鐵時(shí)，均可直接測(cè)厚（不平時(shí)稍加打磨），但此時(shí)測(cè)出的工件厚度包括了氧化層和涂層厚度，故應(yīng)在示值中扣除。 
       (3)新式儀器在測(cè)曲率較大的工件或小直徑管子時(shí)必須使用探頭座，并使用黏度較大的耦合劑，使其接觸良好。 
       (4)測(cè)量管壁厚度時(shí)，探頭中間的隔聲層應(yīng)與被測(cè)管子的軸線平行，以增大探頭晶片與工件的接觸面，過去采取隔聲層與管子軸線垂直的測(cè)量方法是不合理的。 
       (5)在測(cè)表面有嚴(yán)重麻點(diǎn)和凹坑的工件時(shí)，應(yīng)選用聲阻抗大、黏度高的甘油、凡士林或?qū)Ｓ贸曬詈蟿?nbsp;
       (6)測(cè)厚中出現(xiàn)示值跳躍不定時(shí)，不要輕意確定測(cè)厚結(jié)果，此時(shí)可輕微移動(dòng)探頭，并用手指將探頭壓緊在測(cè)點(diǎn)上，待示值穩(wěn)定不動(dòng)時(shí)方可取值。 
       (7)測(cè)厚時(shí)示值輕微閃爍跳動(dòng)，一般應(yīng)以較小測(cè)值為準(zhǔn)。 
       3．示值的可靠性及其分析 
       用測(cè)厚儀測(cè)出的示值有時(shí)與實(shí)際情況或預(yù)想的結(jié)果不符，可能有以下原因： 
       (1)儀器誤差和精度。一般儀器誤差為±0.1% --0.5%，再加上±0.1mm的精度誤差另外，老式儀器的線路和元件受環(huán)境溫度的影響頗大，故測(cè)量時(shí)應(yīng)反復(fù)調(diào)整或校正。 
       (2)由于測(cè)量方法不當(dāng)造成測(cè)量誤差。如用雙晶片探頭測(cè)定曲率較大的管子時(shí)，如果隔聲層垂直于管子軸線將使示值偏大。 
       (3)壁厚公差。管子制造時(shí)必然存在誤差，如小于等于外徑57mm的熱軋無縫鋼管，其公差為±15%，實(shí)測(cè)時(shí)雖然示值高出公稱值也是可能的。 
       (4)氧化層或涂漆太厚。由于測(cè)值中包含了漆層及氧化鐵厚度，所以示值偏大。 
       (5)材料代用或圖紙資料有誤。此種情況在工藝管道測(cè)量中較常出現(xiàn)，尤其是以厚代薄較為常見。由于檢測(cè)示值與原資料所標(biāo)厚度不符，引起對(duì)腐蝕減薄情況的錯(cuò)誤判斷。 
       (6)材料內(nèi)部缺陷對(duì)測(cè)值的影響材料內(nèi)部的缺陷如分層、夾雜、裂紋及含氫介質(zhì)容器的氫腐蝕對(duì)測(cè)厚數(shù)值的影響很大。當(dāng)探頭軸線垂直或接近垂直缺陷的反射面時(shí)，儀器可能顯示的是材料表面缺陷的厚度值，如圖4所示。如果缺陷反射面傾斜角度較大或和探頭軸線平行，則晶片可能接收不到回波而無讀數(shù)或數(shù)字跳躍不穩(wěn)，此時(shí)應(yīng)多次移動(dòng)探頭，以獲得穩(wěn)定、準(zhǔn)確的測(cè)值。 
       對(duì)含氫介質(zhì)壓力容器（如氨合成塔等），由于氫和鋼中的滲碳體還原生成甲烷而導(dǎo)致晶界的腐蝕，產(chǎn)生大量微裂紋和脫碳，使超聲波的衰減、反射、聲速、頻率均受到明顯影響，致使聲波的傳播路線改變、聲程加大，測(cè)厚示值增加。

圖4 

       4．測(cè)厚部位的選擇 
       測(cè)厚的目的是要查清被測(cè)物的壁厚狀況，但由于腐蝕、沖刷、磨損的不均勻性，故應(yīng)選準(zhǔn)關(guān)鍵、薄弱部位，對(duì)確定所檢物的安全狀況是至關(guān)重要的。
(1)氣、液體沖刷部位氣、液相流動(dòng)沖刷到的部位，如塔、器正對(duì)流體進(jìn)口的器壁、管道的彎頭拐角部位等。例如壓縮機(jī)二段分離器（圖5)，正對(duì)進(jìn)氣管的器壁已被氣體沖刷掉一半壁厚，測(cè)厚時(shí)如不注意到此局部位置，就不能找出最薄弱點(diǎn)。

圖5 

       直徑700mm繞帶式氨洗塔，大修時(shí)全面檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)塔內(nèi)壁升氣帽周圍腐蝕沖刷嚴(yán)重。內(nèi)筒已由原壁厚25mm，減到4.67mm（其他部位24mm)。又如壓縮系統(tǒng)五段管線直徑108mm，壁厚llmm，測(cè)厚時(shí)彎頭處僅有7mm（圖6)。 
       (2）易腐蝕部位。容器的氣液相界面、沉淀物聚集的死角等部位較其他部位易腐蝕，如廠內(nèi)1號(hào)飽和熱水塔，大修測(cè)厚時(shí)發(fā)現(xiàn)，上塔氣液相界面附近壁厚明顯減薄（圖7)，兩塔組焊處由于聚集了沉淀物，也明顯減薄。
　　　　            

                                                                             圖6　　　　　　　　　　　　　　圖7 

       (3)應(yīng)力集中部位和焊接熱影響區(qū)。金屬材料在應(yīng)力作用下腐蝕會(huì)加劇，即產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕。有的容器焊完后未進(jìn)行焊后熱處哩或熱處理工藝不當(dāng)，使用時(shí)在腐蝕性介質(zhì)作用下（如氨水、硫化氫等），就會(huì)加劇腐蝕。容器組焊后，在熔合區(qū)和熱影響區(qū)不僅引起金相組織和機(jī)械性能的變化，還會(huì)產(chǎn)生較大的焊接殘余應(yīng)力，加速了腐蝕。如碳化塔的筒體環(huán)焊縫兩側(cè)熱影響區(qū)均發(fā)現(xiàn)明顯的腐蝕減薄（圖8)，有的容器焊縫附近未見壁厚減薄，但出現(xiàn)了穿孔或裂紋，如廠內(nèi)的1號(hào)、2號(hào)綜合塔回收段，塔壁雙焊縫附近曾發(fā)生較大面積的穿孔、裂紋和滲漏，此種情況應(yīng)引起注意。

圖8