Page 96 - 无损检测2024年第九期
P. 96
郝 刚，等：
液氢管道在线检测技术分析
为了保障氢能的可持续发展，氢安全防护和储 的不锈钢管道，或者沿海的液氢装置，漂水或海风中
运设备的检验监测技术发展迅速 [7-9] 。管道运行期间， 携带的氯离子会在其表面或管托等处冷凝积聚，可
定期检验是保证液氢管道安全使用的必要手段。按 能在管道拉应力作用下发生氯化物应力腐蚀开裂。
照TSG D7005—2018《压力管道定期检验规则—— 1.5 安全附件及仪表失效
工业管道》的要求，管道一般需要排空液体介质后 液氢深冷工况对压力表、安全阀、紧急切断阀等
停止运行再实施停机检验，而液氢管道介质清空的 安全附件及仪表的可靠性是个极大的考验。在极低
周期长、成本高，即使排空液体介质，其内管和外管 的温度下，压力表的指示可能出现异常，无法反映管
的双层全封闭结构亦使得常规检测难以实施，故需 道的真实压力，以及安全阀的出口可能结冰堵塞，存
要研究针对性的检测技术 [10] ，实施在线检测，从而保 在安全阀、紧急切断阀执行机构失灵等安全隐患，严
障液氢管道的安全运行。 重时会发生氢气超压泄漏或管道破裂等事故。
1 在役液氢管道失效和损伤模式分析 2 液氢管道在线检测技术
液氢管道可能出现的失效和损伤模式包括真空 液氢管道检验应依据在役液氢管道失效和损伤
性能下降、低温脆断、疲劳断裂、氯化物应力腐蚀开 模式分析，采取相对应的检验检测方法，根据前期的
裂、安全附件失效等。 资料审查和管道的运行情况制定在线检验方案。在
1.1 真空性能下降 线检测技术包括目视检测、壁厚检测、真空度和泄漏
高真空度是液氢管道绝热性能的重要技术指 检测、渗透检测、涡流检测、红外热成像检测、射线
标。双层管夹层的绝热空间真空度应抽到10 −3 Pa 数字成像检测（DR）等。
以下，绝热性能对液氢管道安全主要有两个方面的 2.1 目视检测
影响：其一是随着真空度的降低，夹层气体的热传导 主要通过肉眼进行直接目视检测，必要时配
率提高，造成液氢管道外管结霜或结冰，甚至造成管 备辅助光源和低倍放大镜等工具，检测内容包括：
件冻裂；其二是液氢管道的绝热性能下降，液氢温度 ① 检查管道结构，相邻管道的间距是否符合标准要
升高气化，导致液氢体积膨胀压力升高，使管道压力 求、管道有无异常振动或相互摩擦、管道的支吊架是
超过设计压力，严重时会造成管道破裂以及液氢泄 否变形或者开裂、支座是否下沉倾斜、基础有无损
漏，发生火灾甚至爆炸的严重后果。 坏、地脚螺栓是否完好；② 管道的外表面、阀门、法
1.2 低温脆断 兰、真空密封接头是否结霜、结冰；③ 管道阀门、法
液氢的温度极低（20 K），可能使管道材料的机 兰焊缝、外管连接焊缝和容器本体连接焊缝的外表
械性能下降。当管道材料和焊接接头存在不连续且 面有无裂纹、腐蚀等缺陷；④ 安全阀的出口和排放
不连续处的应力超过断裂韧性临界值时，就会发生 管是否堵塞或结冰，紧急切断阀执行机构和安全阀
脆性断裂。低温脆断的危害性极大，而且不易察觉。 的限位装置是否异常；⑤ 如果管道有法兰跨接导线
液氢管道的内管直接和液氢接触，内管的安装一般 或安装了接地装置，对跨接电阻和接地电阻进行测
采用整体性能好的对焊焊接，焊接接头采用 100% 量，避免管道产生静电（静电能形成点火源或者干扰
射线检测，不允许存在裂纹、未熔合等危害性缺陷。 管道电气设施的正常运行）。
1.3 疲劳断裂 2.2 壁厚检测
液氢管道的周期性运行、液氢的加注、启停等工 管道壁厚检测一般采用脉冲反射式超声测厚，
序下，压力、温度大幅度变化，易导致管道应力集中 选择弯管、变形等有代表性的位置进行测厚，管道直
部位形成裂纹源及疲劳裂纹。疲劳的影响因素包括 管段进行壁厚抽查，要保证足够的检测点数。带有
压力、温度的变化幅度和循环次数，应力集中部位包 防腐层的管道可以采用电磁超声或涡流测厚，电磁
括管道的角焊缝、焊缝中的缺陷等不连续部位。 超声测厚和涡流测厚都不需要耦合剂，不需要去除
1.4 氯化物应力腐蚀开裂 防腐层能实现非接触测量，检测效率高。
300系列不锈钢属于氯化物应力腐蚀开裂敏感 2.3 真空度和泄漏检测
材料，对于300系列不锈钢制容器和管道，损伤机理 如果液氢管道预留了真空度测量接口，则可使
识别需要考虑氯化物的影响。靠近冷水塔或下风口 用真空计对双层管夹层的真空度进行测量，检测管
58
2024 年 第 46 卷 第 9 期
无损检测
