CN111289578A - 一种超高压容器微裂纹的检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种超高压容器微裂纹的检测方法，将压力容器的外表面涂覆一层绝缘材料后，在压力容器的外表面上设置两段互不连接的金属导线，金属导线分别位于压力容器的焊缝两侧，且两金属导线间形成凹槽，将凹槽中填充导电乙炔黑粉末，使得金属导线与导电乙炔黑粉末电连接，采用绝缘材料涂覆在导电乙炔黑粉末的表面，以将导电乙炔黑粉末密封在凹槽中，金属导线分别电连接在电阻测试仪上，利用电阻测试仪测量导电乙炔黑粉末电阻的变化来反映出压力容器微小裂纹的存在，可以提前达到预警的效果。
Description
技术领域
本发明涉及压力容器制造领域，特别是涉及一种超高压容器微裂纹在线检测方法。
背景技术
超高压容器是一种能够承受压力的密闭容器，其用途极为广泛，在工业、民用等许多部门以及科学研究的许多领域都具有重要的地位和作用。目前容器压力检测方法只是在充压时控制容器压力，并在压力到达设定值时进行报警，由于设定值远小于安全值，所以只有在压力容器爆裂后容器内压力降低，才能检测到问题，但此时容器大多已经损坏，危害已经发生。而一般情况下压力容器爆裂前，其容器壁内部都会出现微小裂纹，此时容器内压力变化较少，不易察觉，若继续使用，微小裂纹可能会不断扩大，达到一定程度后造成爆裂事故。
因此超高压容器的安全性极其重要，微裂纹的存在会严重影响超高压容器的安全运行，如果在容器爆裂前能够检测到微小裂纹的出现，从而可以进行泄压、维修等操作，便可达到防止爆裂等安全事故发生的目的。但是对容器微裂纹的检测一直是检测的难点和重点，目前还没有行之有效的在线检测技术。因此开展对早期微裂纹的检测技术对设备的安全运行具有极其重要的意义。
而且目前超高压容器检验需要多种仪器设备，如测厚仪、硬度计等，且对容器进行现场检验，但需要填写大量原始记录，检验后再录入计算机，使检验工作劳动强度明显增大，信息容易丢失。
发明内容
本发明的目的是提供一种超高压容器微裂纹在线检测方法，以解决上述现有技术存在的问题，通过测量压力容器表面上导电乙炔黑粉末的电阻变化，继而实时判断微裂纹的产生位置，从而减少安全事故的发生。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：提供一种超高压容器微裂纹的检测方法，包括以下步骤：
SI.将压力容器的外表面涂覆一层绝缘材料；
S2.涂覆完绝缘材料后，在所述压力容器的外表面上设置两段互不连接的金属导线，所述金属导线分别位于所述压力容器的焊缝两侧，且两所述金属导线间形成凹槽；
S3.将所述凹槽中填充导电乙炔黑粉末，使得所述金属导线与所述导电乙炔黑粉末电连接；
S4.采用所述绝缘材料涂覆在所述导电乙炔黑粉末的表面，以将所述导电乙炔黑粉末密封在所述凹槽中；
S5.所述金属导线分别电连接在电阻测试仪上；
S6.对所述压力容器进行充压，在充压的过程中，通过所述电阻测试仪测量所述导电乙炔黑粉末的电阻变化，当电阻变化幅度增大时，表示所述压力容器出现微小裂纹。
优选的，所述绝缘材料采用不导电的防腐漆，且厚度为0.5mm-1mm。
优选的，所述导电乙炔黑粉末布置均匀，且厚度为1mm-2mm，并与所述凹槽的高度一致。
优选的，所述金属导线为直径1mm-2mm的铜线。
优选的，所述压力容器上设置有用于测量所述压力容器内部压力的压力传感器，当对所述压力容器持续充压，所述导电乙炔黑粉末的电阻恒定，所述压力传感器显示的压力值变小时，或者所述导电乙炔黑粉末的电阻增大，所述压力传感器显示的压力值恒定时，均表示所述压力容器出现微小裂纹。
优选的，所述压力容器通过设有气动蝶阀的管道连接泄压罐，当所述压力容器存在微小裂缝，有爆炸危险时，启动气动蝶阀，所述压力容器向泄压罐内进行泄压。
优选的，所述泄压罐上设有用于监测其内部压力的压力表和用于对其进行超压保护的安全阀，当所述压力表监测到所述泄压罐内压力超过安全压力时，所述安全阀自动打开，对所述泄压罐进行超压保护。
优选的，所述泄压罐上设有用于对其泄压的电动蝶阀，当所述安全阀故障无法开启时，打开所述电动蝶阀进行泄压。
优选的，所述泄压罐上设有用于排放其内部物质的手动蝶阀。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
第一，本发明采用导电乙炔黑粉末和铜线等材料，所用的原料成本低，且通过铜线连接导电乙炔黑粉末和电阻测试仪，利用电阻测试仪所测电阻的变化来反映出压力容器微小裂纹的存在，可以提前达到预警的效果，工艺路线简单，易于实现且安全可靠。
第二，本发明在压力容器上还设置有用于测量其内部压力的压力传感器，当对压力容器持续充压，导电乙炔黑粉末的电阻恒定，压力传感器显示的压力值变小时，或者导电乙炔黑粉末的电阻增大，压力传感器显示的压力值恒定时，均表示压力容器出现微小裂纹，所以，通过压力传感器的数值并结合利用电阻测试仪测量乙炔导电黑粉末的电阻变化，两者共同检测，以防其中一个出现问题，更能准确的判断压力容器是否出现微小裂纹的情况。
第三，本发明公开的压力容器通过设有气动蝶阀的管道连接泄压罐，当压力容器存在微小裂缝，有爆炸危险时，仅需要控制启动气动蝶阀，压力容器向泄压罐内进行泄压即可，与现有技术中在压力容器上直接设置安全阀相比，本发明可以实现压力容器的零排放泄压，同时，无需人员一直接近操作，极大的减少了安全事故的发生率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明专利的整体结构示意图
图2是本发明专利的导电乙炔黑粉末位置局部放大图
图3是本发明专利的凹槽结构示意图
图3.1是本发明专利的导电乙炔黑粉末放置在凹槽后的结构示意图
图4是本发明专利的控制系统原理示意图
图5是1mm厚度的导电乙炔黑粉末对应的时间-电流图
图6是2mm厚度的导电乙炔黑粉末对应的时间-电流图
其中：1.压力容器；2.泄压罐；3.压力表；4.安全阀；5.电动蝶阀；6.手动蝶阀；7.气动蝶阀；8.压力传感器；9.焊缝；10.导电乙炔黑粉末；11.人孔；12.底轴承；13.电阻测试仪；14.金属导线；15.凹槽。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种超高压容器微裂纹在线检测方法，以解决上述现有技术存在的问题，通过测量压力容器1表面上导电乙炔黑粉末10的电阻变化，继而实时判断微裂纹的产生位置，从而减少安全事故的发生。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1-4所示，本发明提供的一种超高压容器微裂纹在线检测方法包括以下步骤：
SI.将压力容器1的外表面涂覆一层厚度均匀且适中绝缘材料，优选的,绝缘材料采用不导电的防腐漆等绝缘材料，优选的，防腐漆的厚度为0.5mm-1mm，过厚容易导致压力容器1出现微小裂纹时，防腐漆不会发生分裂，过薄会增加防腐漆在压力容器1充压后未出现微小裂纹时就开裂的风险。
S2.涂覆完绝缘材料后，在压力容器1的外表面上设置两段互不连接的金属导线，例如铜导线等导线性能较好的材料等，金属导线分别位于压力容器1的焊缝9两侧，且两金属导线间形成高度均匀的凹槽，为接下来可以更好的平铺导电乙炔黑粉末10做好准备，优选的，如图1、图3和图3.1所示，采用两根直径为1-2mm的铜导线放置在压力容器1表面，且分别位于焊缝9两侧；
S3.如图2所示，将凹槽中均匀的填充导电乙炔黑粉末10，较佳的，导电乙炔黑粉末10的电阻率≤2.5，且厚度要控制好，不宜太厚，以免容器出现微小裂纹时未发生断开，从而没有电阻的显著变化，优选的，导电乙炔黑粉末10厚度为1mm-2mm，并与所述凹槽的高度一致，进而使得使得金属导线与导电乙炔黑粉末10电连接，例如，将焊缝9两侧的金属导线各引出一根金属导线，并与导电乙炔黑粉末10相接触，或者焊缝9两侧的金属导线直接与导电乙炔黑粉末10接触后，就能实现金属导线与导电乙炔黑粉末10的电连接；
S4.采用绝缘材料涂覆在导电乙炔黑粉末10的表面，以将导电乙炔黑粉末10密封在凹槽中，需注意金属导线要和乙炔黑粉末保持良好接触，防止涂覆绝缘材料后金属导线和导电乙炔黑粉末10在凹槽里断开；
S5.金属导线分别电连接在电阻测试仪13上，优选的，将两金属导线分别引出一根铜导线，并与电阻测试仪13保持良好接通；
S6.对压力容器1进行充压，在充压的过程中，通过电阻测试仪13测量导电乙炔黑粉末10的电阻变化，当电阻变化幅度增大时，表示压力容器1出现微小裂纹。作为本实施例优选的方式，压力容器1上还设置有用于测量其内部压力的压力传感器8，当对压力容器1持续充压，导电乙炔黑粉末10的电阻恒定，压力传感器显示的压力值变小时，或者导电乙炔黑粉末10的电阻增大，压力传感器显示的压力值恒定时，均表示压力容器1出现微小裂纹，以防其中一个出现问题，更能准确的判断压力容器1是否出现微小裂纹的情况，可以提前达到预警的效果，需要说明的是，一般情况下压力容器1爆裂前，压力容器1壁内部都会出现微小裂纹，但此时压力容器1内压力变化较少，压力传感器的数值变化不明显，不易察觉，而导电乙炔黑粉末10的电阻值变化明显。
作为本实施例优选的方式，如图1所示，压力容器1还通过设有气动蝶阀7的管道连接泄压罐2，优选的，管道通过设置在压力容器底部的底轴承12与压力容器连通，当压力容器1存在微小裂缝，有爆炸危险时，启动气动蝶阀7，压力容器1向泄压罐2内进行泄压，同时，泄压罐2上设有用于监测其内部压力的压力表3和用于对其进行超压保护的安全阀4，当压力表3监测到泄压罐2内压力超过安全压力时，安全阀4自动打开，对泄压罐2进行超压保护，进而，泄压罐2上设有用于对其泄压的电动蝶阀5，当安全阀4故障无法开启时，打开电动蝶阀5进行泄压，泄压罐2上还设有用于排放其内部物质的手动蝶阀6，此外，压力容器1上还设有用于对压力容器内部状况进行检查和维修的人孔11。
综上，如图4所示，进一步的，如图4所示，本发明中还设置有之间连通的信号处理模块和控制模块，信号处理模块用于接收压力传感器8的压力变化信号和电阻测试仪13的电阻变化信号，控制模版用于控制气动蝶阀7，本发明的基本工作过程是电阻变化信号和压力数值变化经信号处理模块传递给控制模板，控制模块结合这两个数据进行判断压力容器1是否存在微小裂纹，即，当压力容器1内部的压力值或导电乙炔黑粉末10的电阻值任意一个变化，表明压力容器1存在微小裂纹时，启动气动蝶阀7，使压力容器1向泄压罐2内进行泄压，当压力容器1和泄压罐2内压力一致时，泄压结束。
此外，为探究压力容器1不同的变形程度和导电乙炔黑粉末10不同的厚度对其乙炔黑粉末电阻的影响。具体步骤如下：
当布置凹槽的高度为1mm时，具体步骤如下：
S1、在相同的薄铁片表面涂一层不导电防腐漆，制备长度为6cm，宽度为1mm，厚度为1mm的凹槽。
S2、将导电乙炔黑粉末10(电阻率≤2.5)倒入到凹槽里面，接着用防腐漆平铺密封好。
S3、将凹槽两端各连接一根导电铜丝，连接到恒电位测试仪上，使其形成闭合电路。
S4、设电压恒定为0.2V，对薄铁片施加径向外力，使薄铁片发生不同程度的变形，通过电流的变化来得出其电阻的显著变化，电阻变化范围为0-6kΩ。
本发明中各工艺的参数以及工艺条件的选择分析如图5所示，可知：设定电压为0.2V，乙炔黑粉末长度为6cm，宽度为1mm，厚度为1mm。在60s～160s时间内，分别在70s、90s和140s对薄铁片施加不同的力，使薄铁片发生30°、60°、80°的变形，由于乙炔黑粉末接触面积越来越小，通过的电流变小，其电阻变化幅度变大。
当布置凹槽的高度为2mm时，具体步骤如下：
S1、在相同的薄铁片表面涂一层不导电防腐漆，制备长度为6cm，宽度为1mm，厚度分别为2mm的凹槽。
S2、将导电乙炔黑粉末10分别倒入到凹槽里面，接着用防腐漆平铺密封好凹槽。
S3、将凹槽两端各连接一根导电铜丝，连接到恒电位测试仪上，使其形成闭合电路。
S4、设电压恒定为0.2V，对薄铁片施加径向外力，使薄铁片发生和实施例1中相同程度的变形，通过电流的变化得出电阻的变化，电阻的变化范围为0-600Ω，进而探究不同厚度的乙炔黑粉末对其电阻灵敏性变化的影响。
本发明中各工艺的参数以及工艺条件的选择分析如图6所示，可知：设定电压为0.2V，乙炔黑粉末长度为6cm，宽度为1mm，厚度为2mm。当乙炔黑粉末厚度为2mm时，在0s-80s时间内，分别在20s、43s和60s对薄铁片施加不同的力，使薄铁片发生30°、60°、80°的变形。
可以得到的是，当乙炔黑粉末依次由1mm增大为2mm时，当样片不发生变形时，乙炔黑粉末依次由1mm增大为2mm时，电阻依次减小。这是因为当厚度增大时，乙炔黑粉末之间接触面积增大，由R＝ρL/S可知电阻将会减小。当施加径向外力使不同厚度的薄铁片发生相同程度变形时，厚度为2mm的乙炔黑粉末明显比厚度为1mm的乙炔黑粉末电阻变化幅度要小，灵敏度要低。由上述实例数据可以得出当乙炔黑粉末厚度变厚时，其电阻变化的灵敏度反而降低。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (9)
1.一种超高压容器微裂纹的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
SI.将压力容器的外表面涂覆一层绝缘材料；
S2.涂覆完绝缘材料后，在所述压力容器的外表面上设置两段互不连接的金属导线，所述金属导线分别位于所述压力容器的焊缝两侧，且两所述金属导线间形成凹槽；
S3.将所述凹槽中填充导电乙炔黑粉末，使得所述金属导线与所述导电乙炔黑粉末电连接；
S4.采用所述绝缘材料涂覆在所述导电乙炔黑粉末的表面，以将所述导电乙炔黑粉末密封在所述凹槽中；
S5.所述金属导线分别电连接在电阻测试仪上；
S6.对所述压力容器进行充压，在充压的过程中，通过所述电阻测试仪测量所述导电乙炔黑粉末的电阻变化，当电阻增大时，表示所述压力容器出现微小裂纹。
2.根据权利要求1所述的超高压容器微裂纹的检测方法，其特征在于，所述绝缘材料采用不导电的防腐漆，且厚度为0.5mm-1mm。
3.根据权利要求1所述的超高压容器微裂纹的检测方法，其特征在于，所述导电乙炔黑粉末布置均匀，且厚度为1mm-2mm，并与所述凹槽的高度一致。
4.根据权利要求1所述的超高压容器微裂纹的检测方法，其特征在于，所述金属导线为直径1mm-2mm的铜线。
5.根据权利要求1所述的超高压容器微裂纹的检测方法，其特征在于，所述压力容器上设置有用于测量所述压力容器内部压力的压力传感器，当对所述压力容器持续充压，所述导电乙炔黑粉末的电阻恒定，所述压力传感器显示的压力值变小时，或者所述导电乙炔黑粉末的电阻增大，所述压力传感器显示的压力值恒定时，均表示所述压力容器出现微小裂纹。
6.根据权利要求1-5任一项所述的超高压容器微裂纹的检测方法，其特征在于，所述压力容器通过设有气动蝶阀的管道连接泄压罐，当所述压力容器存在微小裂缝，有爆炸危险时，启动气动蝶阀，所述压力容器向泄压罐内进行泄压。
7.根据权利要求6所述的超高压容器微裂纹的检测方法，其特征在于，所述泄压罐上设有用于监测其内部压力的压力表和用于对其进行超压保护的安全阀，当所述压力表监测到所述泄压罐内压力超过安全压力时，所述安全阀自动打开，对所述泄压罐进行超压保护。
8.根据权利要求7所述的超高压容器微裂纹的检测方法，其特征在于，所述泄压罐上设有用于对其泄压的电动蝶阀，当所述安全阀故障无法开启时，打开所述电动蝶阀进行泄压。
9.根据权利要求6所述的超高压容器微裂纹的检测方法，其特征在于，所述泄压罐上设有用于排放其内部物质的手动蝶阀。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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Effective date of registration: 20230414 Address after: Room 1501B, Block B, Greenland Linghai Building, No.1 Jinye Road, Yanta District, Xi'an City, Shaanxi Province, 710000 Patentee after: Xi'an Maixun Information Technology Co.,Ltd. Address before: No. 229, Taibai North Road, Xi'an, Shaanxi 710127 Patentee before: NORTHWEST University |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A Method for Detecting Microcracks in Ultra High Pressure Vessels Effective date of registration: 20230711 Granted publication date: 20210706 Pledgee: Xi'an innovation financing Company limited by guarantee Pledgor: Xi'an Maixun Information Technology Co.,Ltd. Registration number: Y2023610000550 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |