特种设备检测及监测技术

赵春磊

摘要：因为特种设备与工业领域以及人民的日常生活有直接关系，所以特种设备在运行期间遇到故障问题时，非常容易引发财产经济损失与人身伤亡。因此为了确保特种设备能够在运行过程中发挥出应有的价值，就需要通过高质量检验来确保特种设备的性能，保障其在复杂工况下正常运行。

关键词：特种设备；检测；监测

引言

对于目前的特种设备检测技术来说，已经有了非常成熟的标准体系，从而能够为特种设备的缺陷进行精准的定位。且为了能够使特种设备能够安全长周期的运行，对于设备的检测以及监测都是非常重要的，为行业的发展趋势提供良好的基础。

一、特种设备检验的价值

因为运行环境复杂，所以特种设备具有非常高的风险性，为了优化特种设备运行质量，就必须通过特种设备检验来确保特种设备的性能满足运行需求。从监督检验的角度出发，特种设备检验大致可以分为制造监督检验以及安装监督检验，通过对特种设备的制造、安装等环节进行强制性检查，可以确保特种设备具有足够的性能应付复杂的运行环境。定期检验作为运行过程中的必要的强制检验，则能够在特种设备出现质量问题后的第一时间发现设备的问题，通过及时发现并处理特种设备的性能问题，可以将特种设备运行阶段的风险降至最低。

从制造监督检验出发，该检验方式能够确保特种设备是由满足资质要求的设备单位进行设计与生产，只要能够保证特种设备的制造过程完全符合国家的相关法律规范，就可以最大限度保障投入使用的特种设备能够适应各类复杂工况。只要安装单位能严格按照施工方案来进行施工，就可以让设备安装质量得到保障。

相较于监督检验，定期检验的核心目标在于保障特种设备的运行稳定，通过在特种设备的运行阶段开展周期性检验，可以及时发现并消除能够影响特种设备运行安全性的潜在隐患，在降低事故发生概率的同时延长特种设备的运行寿命。

二、特种设备检测与监测技术

1、射线检测

射线检测（RT）主要用于探测试件的内部缺陷，其所用射线分为X射线、γ射线和中子射线。在承压类特种设备的焊缝及其他缺陷检测中常使用X射线和γ射线。射线检测可分为胶片射线检测、射线数字成像检测等多种方法。

射线检测的原理：射线在穿透物体过程中会与物质发生相互作用，因吸收和散射而使其强度减弱。当被透照物体的局部存在缺陷时，该局部区域的透过射线强度就会与周围产生差异。通过透过射线的作用使胶片感光，经暗室处理得到底片，然后根据底片上不同形状的影像来判断缺陷情况并评价试件质量。

2、超声波检测

超声波检测（UT）主要用于探测试件的内部缺陷，其原理是利用超声波在物体中的多种传播特性（如散射、反射和衍射等）来测知物体的尺寸、表面和内部缺陷、组织变化等。超声波检测根据原理不同可分为脉冲反射法、穿透法及共振法。目前最常用的是脉冲反射法，其原理如图1所示。脉冲反射法在探伤过程中所使用的波形分为纵波和横波两种，其中纵波易于检出与检测面平行或倾角较小的缺陷，常用于铸锻件及金属板材的检测，而横波则易于检出与检测面垂直或倾角较大的缺陷，常用于各种焊缝的检测。

图1脉冲反射法原理示意图

3、磁粉检测

磁粉检测（MT）主要用于探测试件表面开口缺陷和近表面缺陷，其原理是铁磁性材料（铁、钴、镍、钆及其合金等）被磁化后，其内部产生很强的磁感应强度。当磁力线通过材料中的缺陷位置时会产生畸变，形成漏磁场（图2）。此时在材料表面撒上磁粉，磁粉就会在漏磁场的作用下形成磁痕，从而显示缺陷。

图2缺陷漏磁场示意图

4、涡流检测概述

涡流检测（ET）的理论基础为电磁感应原理。当金属试件位于交变磁场中时，在试件中会形成涡流，根据检测到的试件中的涡流，就可以取得关于试件材质、缺陷和形状尺寸等信息。

5、红外线探伤

红外线探伤技术也是特种设备检验过程中一种常见技术。该技术在应用的过程中，只要特种设备有温度，就可以向外界传递独特的红外线。一般情况下，辐射轻度越高，温度就会越高，两者之间的关系成正比。所以在应用红外线探伤技术对特种设备进行检测时，可以通过主动和被动这两种形式进行检测。如果物体自身有问题，就可以利用问题条件进行红外线检测，这种方法就叫做被动检测。如果物体本身没有温度或者温度较低，就要利用人工方式对其进行加热处理，然后在进行检测。如果物体自身存在缺陷，导热效率就会受到影响，所以红外线在传递的过中自然也会出现差异，这时在用红外线探伤技术进行检测，然后利用成像设备成像，就能快速找到缺陷位置。

6、渗透检测

渗透检测（PT）的原理：试件表面被施涂含有染料的渗透液后，通过毛细作用，渗透液会进入试件表面开口缺陷中，再经过清洗、显像等工序，可将缺陷处的渗透液痕迹显示出来，从而探测出缺陷的形貌及分布状态。

7、衍射时差法超声检测

衍射时差法超声检测（TOFD）技术最初是被开发用作缺陷自身高度的测定工具。由于具有缺陷检出率高、检测结果可靠等优点，近年来在特种设备检验检测行业中得到了广泛认可和运用。TOFD是利用缺陷端点的衍射波信号进行检测，其采用一发一收探头的工作模式。当试件中存在缺陷时，到达接收探头的超声波信号依次为表面直通波、缺陷衍射波和底面反射回波。

8、声发射检测

声发射检测技术是通过探测受力时材料内部发出的应力波判断特种设备内部损伤程度，其主要用于在用特种设备整个系统安全性评价。基本原理：材料在应力作用下发生裂纹产生与扩展、塑性变形和位错运动时，其内部从不稳定的高能量应力集中状态快速过渡到稳定的低能量状态，在此平衡过程中释放出来的多余能量会以弹性应力波形式表现，从而产生声发射现象，通过分析接收到的声发射信号对声发射源作出评价和判断，其主要用于检测活动性缺陷。

9、分布式光纤超声监测技术

分布式光纤超声在线监测技术是利用超声波在有限空间内经过多次反射并产生复杂的叠加干涉及几何弥散，通过专用设备对这些信号进行识别和扩展，反演出内部结构，并形成二维或三维图像，进而实现对缺陷的精准定位和量化，使缺陷可视化。其优势在于光纤感应器具备了本身不带电、抗干扰力量强、安全性高的优点，适合在各种环境中使用，同时可以实现对储罐的变形、可燃性气体浓度、管内氧气浓度及内压等多种数据的监测。分布式光纤传感器在保证光缆直线顺序、空间阵列布局的前提下，可实现空间与时序的分布式检测。在线监测，无需停产，降低成本。

该技术适用于大规模、大范围的监测任务，因其信号的采集和传输可以做到无电、安全防爆，所以特别适用于易燃易爆场所的健康监测和管理，同时可以对大型储罐的液位、温度、压力、应变、腐蚀、裂纹等进行自动监测、显示和报警。

目前，分布式光纤超声监测技术已经成为行业关注和研究的热点。对其研究多关注于对分布式光纤传感器的布设地点、布线数量等进行优化处理，从而降低成本，以获取监控覆盖面更广、检测灵敏度更高等的监控方法，以及高灵敏度、高分辨率、高性价比、长寿命且普遍适用的传感器的研发。建立全面的储罐监测数据库，实现数据的纵横对比，对传感器系统进行整合，实现触感器系统的微型化、集成化，能够实现一个传感器监测多个数据对象。

结语

总而言之，在我们的日常生活中，会接触到很多的特种设备，如：电梯、管道、液化气罐、氧气瓶、大型游乐设施等，而这些特种设备都与人们的生活有着密不可分的联系，而特种设备不仅能够给人们的日常生活带来很多的便利，同样也会存在一定的危险性，给人们的财产以及生命造成威胁，由此可见，对于特种是设备的检测以及监测的工作来说，是非常重要的环节，为人们的生活以及社会的发展提供保障。

参考文献：

[1]特种设备检验中无损检测技术应用研究[J].张俊超.中国设备工程,2019(18)

[2]我国特种设备检测技术的现状与展望[J].蔡寻;孙欣禹.居舍,2019(26)

[3]浅谈我国安全检测技术发展现状[J].王沛源;杨州.中国设备工程,2019(12)

[4]特种设备安全检测技术发展趋势探究[J].龚芳.科技创新导报,2018(31)

[5]浅谈特种设备安全检测技术现状及发展趋势[J].朱明.科技风,2017(23)

[6]特种设备安全检测技术现状及发展趋势探讨[J].刘瑜.中国高新区,2017(05)