特燃承壓設(shè)備腐蝕失效分析

特燃承壓設(shè)備腐蝕失效分析

燃料壓力容器和壓力管道是承擔(dān)振動器作用的主要地面設(shè)備之一。通常用于儲存和運(yùn)輸氧化和燃料，并有許多品種和規(guī)格。特燃壓力容器的材料主要有工業(yè)純鋁、防銹鋁和奧氏體不銹鋼,在制造安裝時大多采用氣體保護(hù)焊和電弧焊焊接的方法,焊接過程容易產(chǎn)生氣孔、夾渣、夾鎢、未熔合、未焊透、裂紋等缺陷。由于推進(jìn)劑燃料的化學(xué)特性加上工況惡劣,使用過程中容易產(chǎn)生腐蝕針孔、腐蝕凹坑、腐蝕帶溝、腐蝕縫隙和應(yīng)力腐蝕裂紋等缺陷。由于特燃壓力容器外部有覆蓋層,且空間狹窄,試驗(yàn)運(yùn)行條件、介質(zhì)物理化學(xué)特性及潔凈度、露點(diǎn)和純度要求等原因,在用承壓設(shè)備的檢驗(yàn)率較低。有些設(shè)備在投入運(yùn)行后甚至沒有實(shí)施過有效的檢驗(yàn),使得長期使用、缺乏檢修造成的腐蝕、裂紋、泄漏等問題頻繁發(fā)生,甚至引發(fā)災(zāi)難性事故。腐蝕是鋼制特燃承壓設(shè)備失效破壞的主要原因,對這些設(shè)備實(shí)施檢測的主要目的是查找腐蝕位置和確定腐蝕程度。腐蝕包括壁厚均勻點(diǎn)腐蝕和局部坑腐蝕。最嚴(yán)重的是來自容器殼體下半部和管道底部的離散點(diǎn)狀坑腐蝕和帶片潰瘍狀坑腐蝕,這些缺陷難以發(fā)現(xiàn)、不易檢測,比均勻腐蝕的危害性更大1試驗(yàn)計(jì)劃1.1人工缺陷試樣為保證儀器的穩(wěn)定性和檢測結(jié)果的可比性,檢測系統(tǒng)調(diào)試時采用人工缺陷試樣(見圖1),材料為16MnR鋼,試件相鄰部位人工缺陷尺寸呈規(guī)則數(shù)列變化。1.2結(jié)構(gòu)與成像分析檢測采用以色列Vidisco生產(chǎn)的平板DR檢測系統(tǒng),成像板型號為Fox-Rayzor,為非晶硅陣列結(jié)構(gòu),厚度13mm,成像區(qū)域尺寸為228.6mm×215.9mm,動態(tài)范圍為14bit(16384灰度),分辨率為3.5lp·mm1.3x-ct成像系統(tǒng)試驗(yàn)準(zhǔn)備好試驗(yàn)用對比試件,用階梯試件模擬帶狀腐蝕缺陷試件,用孔型試件模擬凹坑腐蝕缺陷試件,用80mm厚的橡膠海綿模擬保溫層,調(diào)試好數(shù)字檢測成像系統(tǒng)。采用X射線源,對試件進(jìn)行不帶保溫層、帶保溫層等不同檢測條件的射線透照,控制好透照曝光時間,既要防止曝光時間過長加速成像板老化、影響成像板使用壽命,又要防止曝光時間過短導(dǎo)致透照影像失效。保證曝光時間剛好完全覆蓋數(shù)字檢測系統(tǒng)成像板系統(tǒng)的圖像采集時間。分別記錄各次的檢測情況,最后對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行綜合分析。不帶保溫層和帶保溫層的射線源透照試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。1.4數(shù)字檢測試驗(yàn)結(jié)果對階梯和孔型試件,在相同的透照布置和透照焦距條件下進(jìn)行了數(shù)字射線成像檢測,其中階梯試件檢測結(jié)果如表1所示(最大灰度是指人工缺陷影像近中心區(qū)域的灰度測量值)。對比試驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn):采用X射線源透照所得到的數(shù)字射線影像,像質(zhì)計(jì)靈敏度均可達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)JB/T4730.2—2005《射線檢測》膠片法AB級要求;不帶保溫層與帶保溫層透照試驗(yàn)相比,不同厚度透照影像相鄰區(qū)域的最大灰度差略大一些,且影像存在更明顯的明暗相間條紋;采用多幀疊加技術(shù)后,透照所得到的數(shù)字射線影像灰度均勻性得到改善,不帶保溫層與帶保溫層透照相比,影像清晰度略高一些,檢測靈敏度在部位3較高,其他部位幾乎沒有差異。對比數(shù)字檢測試驗(yàn)結(jié)果表明:通過優(yōu)化透照布置和檢測工藝,采用X射線數(shù)字透照,對帶狀腐蝕缺陷和凹坑腐蝕缺陷均可有效檢出。同傳統(tǒng)射線膠片法不能通過黑度測量實(shí)現(xiàn)一定精度的缺陷自身高度檢測一樣,相同尺寸差的人工缺陷影像灰度差異并無線性關(guān)系。也就是說,通過灰度來確定沿透照方向腐蝕缺陷自身高度,從而實(shí)現(xiàn)定量精度仍然存在一定困難。受對比試件類型和尺寸、人工缺陷種類和規(guī)格、工藝參數(shù)優(yōu)化程度和檢測樣本等因素的限制,還未能得到數(shù)字射線透照對不同形態(tài)腐蝕缺陷(如縫隙腐蝕、針孔腐蝕等)的檢測數(shù)據(jù)。2試驗(yàn)事件2.1工作介質(zhì)數(shù)字檢測燃燒劑轉(zhuǎn)注管系由加壓、進(jìn)液、回流、排空等多條管線組成,其中的一條排空管道規(guī)格(外徑×壁厚)為φ108mm×5mm,材料為0Cr18Ni9鋼,采用手工電弧焊安裝,氬弧焊打底,該管道不帶保溫層,工作介質(zhì)呈堿性。為驗(yàn)證檢測效果,在前期對比試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,對不同管段進(jìn)行X射線數(shù)字檢測,檢測結(jié)果如圖3所示。燃燒劑會使轉(zhuǎn)注管道產(chǎn)生腐蝕,且不同管段腐蝕程度差異較大。在排空管道臺段的腐蝕輕微,數(shù)字射線檢測出管道的圖像灰度大致均勻,呈現(xiàn)出均勻的腐蝕形態(tài)。通過超聲波測厚也證實(shí)管道使用18年后壁厚僅減少了0.8mm。排空管道積液段的腐蝕情況較嚴(yán)重,數(shù)字射線檢測出管道的圖像灰度不均勻,呈現(xiàn)出危害性極大的坑腐蝕形態(tài)。一般管道壁厚檢測是隨機(jī)抽查的,很難捕捉到這些局部腐蝕的危險源。因此,先采用數(shù)字射線檢測進(jìn)行全段檢測,再對危害性較大的腐蝕缺陷進(jìn)行定量檢測,對于防止承壓設(shè)備定期檢驗(yàn)過程中的漏檢、錯判具有重要作用。2.2對注射線腐蝕的影響分析氧化劑加注管系由加壓、進(jìn)液、排液、回收等多條管線組成,其中的一條排空管道規(guī)格(外徑×壁厚)為φ110mm×7mm,材料為FL2,采用手工氬弧焊安裝。該管道帶保溫層,工作介質(zhì)具有較強(qiáng)氧化性,為驗(yàn)證檢測效果,在前期對比試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,在不同管段進(jìn)行X射線數(shù)字檢測,檢測結(jié)果如圖4所示。氧化劑對加注管系會產(chǎn)生較嚴(yán)重的腐蝕,且不同管線腐蝕程度差異較大。在進(jìn)液管道泵壓段的腐蝕較輕,數(shù)字射線檢測管道的圖像灰度大致均勻,呈現(xiàn)的是均勻腐蝕形態(tài)。通過超聲波測厚也證實(shí)該管道使用18年后壁厚僅減少了1.6mm。排液管道積液段的腐蝕十分嚴(yán)重,數(shù)字射線檢測管道圖像灰度不均勻,呈現(xiàn)的是危害性極大的潰瘍帶狀腐蝕形態(tài)。加注管道都帶有保溫層,定期檢驗(yàn)時需要對指定的測厚部位局部除去保溫層。受檢驗(yàn)人員經(jīng)驗(yàn)限制,在有限的抽查比例范圍內(nèi)很難檢測出這些嚴(yán)重腐蝕的缺陷,因此先用數(shù)字射線對帶保溫層的加注管道進(jìn)行全段檢測,再對腐蝕缺陷嚴(yán)重部位拆除保溫層后進(jìn)行超聲波測厚復(fù)查,對于防止加注管道定期檢驗(yàn)過程中的漏檢具有重要作用。通過對數(shù)字成像透照現(xiàn)場應(yīng)用的情況進(jìn)行初步分析,X射線源的數(shù)字成像檢測對帶保溫層的承壓設(shè)備,特別是介質(zhì)有較強(qiáng)腐蝕性、帶較厚涂層和保溫層設(shè)備的凹坑腐蝕和帶狀腐蝕缺陷均有較高的檢出能力,可以在檢測的同時觀察管道表面的腐蝕影像,大大提高了檢測的針對性和有效性。3靈敏度和精密度采用X射線數(shù)字成像檢測帶保溫層承壓設(shè)備的腐蝕缺陷,具有更強(qiáng)的穿透能力和檢測效率,可檢測承壓設(shè)備的范圍也更廣,檢測靈敏度均可達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)JB/T4730.2-2005中膠片法AB級的水平,