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煤炭行业无损检测标准研究与探讨

边建朝1,2 ,谭廷帅1,2

(1.中煤科工集团沈阳研究院有限公司,辽宁省抚顺市,113122;2.煤矿安全技术国家重点实验室,辽宁省抚顺市,113122)

摘 要 分析了我国煤炭行业无损检测标准体系现状,介绍了国外相关标准现状及我国标准采标的情况;通过对比分析指出,无损检测技术在煤炭行业应用时面临先进无损检测方法标准、自动化无损检测技术标准缺失和钢丝绳无损检测标准严重缺失、重要机电设备在役关键部件检测方法和规范类标准缺失等突出问题;建议制定包括检测人员准入类标准、检测设备准入类标准、检测方法类标准、验收评定类标准等适用于煤炭行业的专用无损检测标准,以期为煤炭行业无损检测标准制修订提供依据。

关键词 无损检测;标准体系;煤炭行业;特种设备;电磁检测

0 引言

煤炭行业机电设备应用广泛,其关键部件(如提升机主轴、天轮轴、制动盘焊缝、提升容器用销轴、提升钢丝绳、连接件等)的损伤情况和承载能力时刻关系着设备和人员的安全[1]。近年来,虽然机电设备在制作工艺等方面有了很大的提高,但是安全事故仍时有发生,因此机电设备关键部件的检测检验是保证安全生产的重要手段。

无损检测(NDT)是指在不损害或不影响被检测对象的使用性能、不破坏被检测对象内部组织的前提下,利用材料内部或外部结构异常或缺陷引起的热、声、光、磁等反应的变化,借助现代化的技术和装备进行检查和测试的方法。有学者认为,无损检测是工业产品质量控制的重要技术手段,是无可替代,甚至还可能是有效替代其他检测技术的一种质量控制手段[2]。无损检测技术在各个行业占有重要的地位,重要性已经得到公认,主要方法包括括射线检测(RT)、超声检测(UT)、磁粉检测(MT)、渗透检测(PT)4大方法,其他的无损检测方法还有涡流检测(ECT)、声发射检测(AE)、热像/红外检测(TIR)、泄漏检测(LT)、漏磁检验(MFL)、远场测试检测(RFT)、超声波衍射时差检测(TOFD)等[3]

根据国内具体情况,我国煤炭行业相关单位跟踪国际、国外相关标准,制定了本行业的无损检测标准,体系正在逐步完善,基本上涵盖了UT、RT、MT、PT、FML等国际上通用的无损检测方法[4]。目前,我国无损检测技术的发展趋势是通过采用国际、国外先进标准来推动试验仪器及关键部件的产品升级,通过制修订标准不断完善解决相关无损检测标准的缺失、落后等问题,跟踪无损检测技术的最新发展并制定相应标准、研究无损检测标准体系和标准制修订方向是我国煤炭行业无损检测标准化工作的目标和发展方向。

1 我国煤炭行业无损检测标准体系现状

我国煤炭行业应用的无损检测标准类别主要是国家标准和行业标准,发布实施的具体情况见表1。

表1 我国煤炭行业无损检测标准(已发布实施)

分类标准编号标准名称无损检测方法国家标准GB/T 4162-2008《锻轧钢棒超声检测方法》UTGB/T 6402-2008《钢锻件超声检测方法》UTGB/T 7233.1-2009《铸钢件 超声检测 第1部分:一般用途铸钢件》MTGB/T 9443-2019《铸钢铸铁件 渗透检测》PTGB/T 11345-2013《焊缝无损检测 超声检测 技术、检测等级和评定》UTGB/T 15822.1-2005《无损检测 磁粉检测 第1部分:总则》MTGB/T 21837-2008《铁磁性钢丝绳电磁检测方法》MT、MFLGB/T 26952-2011《焊缝无损检测 焊缝磁粉检测 验收等级》MTGB/T 26951-2011《焊缝无损检测 磁粉检测》MTGB/T 26953-2011《焊缝无损检测 焊缝渗透检测 验收等级》PTGB/T 29712-2013《焊缝无损检测 超声检测 验收等级》UT行业标准JB/T 1581-2014《汽轮机、汽轮发电机转子和主轴锻件超声检测方法》UTJB/T 8466-2014《锻钢件渗透检测》PTJB/T 8468-2014《锻钢件磁粉检测》MTJB/T 9218-2015《无损检测 渗透检测方法》PTMT 684-1997《矿用提升容器重要承载件无损探伤方法与验收规范》UT、MTMT/T 970-2005《钢丝绳(缆)在线无损定量检测方法和判定规则》MFL、MTNB/T 47013.1-2015《承压设备无损检测 第1部分:通用要求》UTNB/T 47013.3-2015《承压设备无损检测 第3部分:超声检测》UTNB/T 47013.4-2015《承压设备无损检测 第4部分:磁粉检测》MTNB/T 47013.5-2015《承压设备无损检测 第5部分:渗透检测》PT

经统计,我国煤炭行业使用的无损检测标准共 21个,其中国家标准11个,行业标准10个。铁磁性钢丝绳电磁检测方法(修订)、矿用提升容器重要承载无损探伤方法与验收规范(制定)正在开展制修订工作且已列入计划。

按照检测方法划分,煤炭行业无损检测标准体系包括通用基础标准和各种普遍应用的无损检测方法标准,其框架如图1所示。

图1 煤炭行业无损检测标准体系框架

2 国外标准现状及我国标准采标的情况

无损检测行业相关的主要国际组织有美国机械工程师协会(ASME)、美国无损检测学会(ASNT)、欧洲标准化委员会(CEN)、国际标准化组织(ISO)、国际无损检测委员会(ICNDT)等,国际上主要无损检测标准体系有ASME体系、ISO体系、EN体系等,无损检测从业人员国际认证体系有ASME、EN473:2000、ISO9712等。ASME体系针对锅炉压力容器,分为强制性要求部分和参考性资料部分,已将成熟的NDT新技术和工艺列入强制性目录。EN标准对各种NDT方法要求描述具体细节周密详尽。日本JIS标准吸收了欧美标准体系的长处,又加入了本国实验和经验数据,有一定的创新。EN4179:2000为航空航天系列无损检测人员的资格鉴定与认证,因此重要的行业需制定行业从业人员资格要求。

目前国内煤炭大型设备与特种设备的管理有相似之处。工业发达国家均颁布了特种设备相关的法律或法规;我国也颁布了一系列安全技术规程和技术要求,对特种设备的设计、制造、检验等环节进行严格控制,无损检测在特种设备的制造和使用中扮演着及其重要的角色。

煤炭行业无损检测标准的应用具有一个显著的特点,即无损检测的基础标准和方法标准被产品标准、安全标准直接引用,成为产品标准和安全标准不可或缺的一部分。煤炭行业中产品标准、安全标准中引用无损检测标准情况见表2。

结合表1和表2的数据汇总分析,得到各类方法的标准数量情况如图2所示。UT和MT是应用最广泛的2种方法,UT解决部件内部缺陷的问题,而MT、PT解决部件表面和近表面的缺陷问题,两者相互配合就能够完成大部分关键部件的检测工作。MFL是在钢丝绳的无损检测过程中使用。无损检测标准中国家标准的数量达到17个,而行业标准数量为22个,这也从侧面说明无损检测标准体系的特点,国家标准在标准体系中占据极其重要的地位,行业标准针对各行业特点对标准体系进行补充[5-6]

图2 无损检测方法标准数量统计

表2 煤炭行业产品和安全标准中所引用的无损检测方法

标准编号标准名称无损检测方法GB/T 10595-2017《带式输送机》UTGB/T10599-2010《多绳摩擦式提升机》UTGB 16423-2020《金属非金属矿山安全规程》未明确GB16542-2010《罐笼安全技术要求》UTGB/T 20961-2018《单绳缠绕式矿井提升机》UT、MT、PTGB 21011-2007《矿用人车安全要求》UT、MT、PTAQ 1033-2007《煤矿用JTP型提升绞车安全检验规范》UTAQ 1035-2007《煤矿用单绳缠绕式提升绞车安全检验规范》UTAQ 1036-2007《煤矿用多绳摩擦式提升绞车安全检验规范》UTAQ 1038-2007《煤矿用架空乘人装置安全检验规范》UTJB/T 12193-2015《凿井提升机》UT、MT、PTMT 20-1990《立井多绳提煤箕斗》UT、MTMT 233-2011《1.5 t矿车 立井多绳罐笼》UT、MTMT 327-2011《天轮》UTMT/T 355-2005《矿用防坠器技术条件》PT、UT、MTMT/T 388-2007《矿用斜井人车技术条件》PT、UT、MTMT/T 883-2000《柴油机单轨吊车》RTMT 933-2005《跑车防护装置技术条件》UT

3 煤炭行业标准与国外和国内其他行业先进标准对比分析

通过对国内国外煤炭行业标准以及其他行业先进标准的对比分析,发现国外先进的无损检测标准种类较多,除了常用的4大方法外,基本上涵盖了当今先进的无损检测技术,包括红外、全息照相等,我国标准中只有用途较广的传统方法用于日常的检测。我国无损检测技术与国外还有一定的差距,先进的无损检测技术标准缺失的情况需要进一步研究,进而制定煤炭行业的相关标准。同时,在对比分析中发现,自动化检测标准标志着自动化程度高、检测效率高、准确率要求高,而目前我国煤炭行业还没有相关标准。

针对煤炭行业的特殊性,目前煤炭行业无损检测标准体系中面临的主要问题为钢丝绳无损检测标准严重缺失、重要机电设备的在役关键部件的检测方法和规范类标准缺失。

3.1 钢丝绳无损检测标准严重缺失

钢丝绳是矿井提升设备的一个重要部件,它直接关系到矿井的正常生产和相关人员的生命安全。钢丝绳在使用过程中由于磨损、锈蚀等原因而出现断丝,严重时将发生事故,造成惨重损失[7]。钢丝绳的结构和生产工艺具有特殊性,不同于传统的机械加工。钢丝绳的无损检测成为煤炭行业专业人士关注的焦点,相关标准的制修订工作颇具难度。现行的钢丝绳无损检测标准可用性不强,相关人员、方法、规范等方面的内容严重缺失。

在钢丝绳无损检测发展过程中,借鉴了许多其他领域的检测技术,电磁检测法是目前公认的最为可靠的钢丝绳检测方法。除了电磁检测法外,各国科研人员也在积极探索其他的无损检测方法,如电涡流法、声发射法、激光扫描法、超声波法和振动波法等[8-11]。目前矿井钢丝绳无损检测技术从渠道方面可分为国内自主研发和国外技术引入,差距主要表现在以下几个方面。

(1)LMA检测分辨率较低。进口检测仪LMA检测分辨率可以达到0.5%,而国产检测仪目前还很难达到这个指标。常见型号的钢丝绳外层钢丝的截面积占钢丝绳总截面积的比例通常不超过1%,要能检测到单根断丝,检测仪的LMA分辨率必须达到0.5%。

(2)重复性较差。国产检测仪器由于元器件质量、传感器质量、电路和仪器结构抗干扰设计的问题,仪器的重复性差,对同一根钢丝绳的多次检测结果相关性差,无法评估钢丝绳的损伤规律和发展趋势。

(3)基础研究装备相对落后。以德国斯图加特大学(Universität Stuttgart)的钢丝绳无损检测装置为例,其钢丝绳最大张紧力为6 000 kN,能模拟钢丝绳在工况环境下的实际情况,进而对报废标准中的极限使用次数进行实验研究,而国内相关的基础研究装备还需完善。

3.2 重要机电设备在役关键部件的检测方法和规范类标准缺失

在役设备的重要部件无损检测不同于设备出厂前的检测,许多重要部件只是局部探伤,还不能得到全面的检测,而投入使用后设备的工作任务较重,不能随便拆卸,因此应根据实际情况,选择合理的检测方法,并制定相应的检验规范[12],这也是目前煤炭行业急需解决的问题。国内其他行业的在役设备关键部件无损检测标准情况见表3。由表3可以看出,铁路工业、核工业、特种设备(包括索道)行业基本上已经建立或逐步在建立相应的行业标准来解决此问题。

表3 国内其他行业在役设备关键部件无损检测标准情况

标准编号标准名称无损检测方法GB/T 9075-2008《索道用钢丝绳检验和报废标准》MFLDL/T 820.4-2020《管道焊接接头超声波检测技术规程 第4部分:在役检测》UTDL/T 1423-2015《在役发电机护环超声波检测技术导则》UTTB/T 2494.2-2010《轨道车车轴探伤方法 第2部分:在役车轴超声波探伤》UTTB/T 3256.2-2011《机车在役零部件无损检测 第2部分:轮箍、整体辗钢车轮轮辋超声波检测》UTDB61/T 450-2017《在役人造水晶釜超声波检测规程》UTDB34/T 1974-2018《在役索道驱动轮轴超声波检测规程》UT

4 煤炭行业无损检测技术标准体系建设建议

煤炭行业应充分发挥国内相关无损检测专家的作用,加强相关技术委员会的协调,积极研究国内外先进的标准和技术,及时更新制定缺失标准,填补国内空白,引领本行业技术发展和创新。

根据现有的标准体系及正在开展的标准制修订情况分析,目前需在以下方面制定适用于煤炭行业的专用设备无损检测标准。

4.1 检测人员准入类标准

设备无损检测行业具有一定特殊性,在实验室认可领域有专门的类别进行管理。按照其他行业惯例,从事煤炭行业无损检测人员也需要取得相应资质,同时对煤炭设备特殊检测要求进行规定,应建立起规范且具有可操作性的人员考核准入标准。

4.2 检测方法类标准

检测设备是包含仪器、标准试块和检测试剂等组成的检测系统,一般通用型超声、渗透、磁粉检测设备比较成熟。但针对煤炭行业的钢丝绳、钢丝绳输送带检测设备的标准规范相对欠缺,主要检测参数含义、测定方法、标准试样或试块等均需要进一步规范,建立起统一的溯源计量标准。

4.3 检测方法类标准

检测对象不同,依据的检测原理会随之发生变化,检测方法的具体操作细节也会不同。针对煤炭行业钢丝绳、提升容器重要承载件、钢丝绳输送带、大型机电设备主轴、通风机叶片、各种连接部件(圆环链、接链环)等相关产品,需根据检测对象结构、检测原理、安装使用环境等制定适宜的检测方法标准,指导具有相应资质的无损检测人员准确、规范地使用检测设备进行操作,这也是能够识别并发现检测对象中特定缺陷的前提条件。

4.4 验收评定类标准

依照国际标准发展趋势,一般将检测技术和评定等级方法分开,各自形成独立的标准,有利于各自标准的独立更新。因此,煤炭行业无损检测领域同样需要制定相应的验收条件、评定等级标准。

5 结语

煤炭行业无损检测标准化在保障人员、设备安全等方面的作用是多层次、全方位的,不是建立和规范行业装备检测检验不可缺少的重要元素。通过对煤炭行业无损检测标准体系的研究分析发现,我们还需进一步研究先进的无损检测技术,积极组织相关单位开展标准制修订工作,建立具有一定引导性、前瞻性、包容性的相关无损检测标准体系,并不断地去提升标准化水平,以期能在一个侧面有效解决煤炭行业发展中的质量问题、安全问题、可持续发展问题等。

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Research and discuss on nondestructive testing standard of coal industry

BIAN Jianchao, TAN Tingshuai

(1. CCTEG Shenyang Research Institute, Fushun, Liaoning 113122, China;2. State Key Laboratory of Coal Mine Safety Technology, Fushun, Liaoning 113122, China)

Abstract This paper analyzes the current situation of nondestructive testing (NDT) standard system in China's coal industry, introduces the current situation of relevant international standards and the adoption of standards in China, and points out by contrastive analysis that the application of NDT technology in the coal industry is faced with many outstanding problems such as the lack of advanced NDT method standards, the lack of automatic NDT technology standards, the serious lack of wire rope NDT standards, the lack of testing methods and specification standards for key components of important electromechanical equipment in service. On the basis, it is proposed to formulate special NDT standards applicable to the coal industry, including standards for testing personnel access, testing equipment access, testing methods and acceptance evaluation, with a view to providing a basis for the formulation and revision of NDT standards of the coal industry.

Key words NDT; standard system; coal industry; special equipment; electromagnetic testing

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引用格式:边建朝,谭廷帅. 煤炭行业无损检测标准研究与探讨[J].中国煤炭,2022,48(6):95-99.doi:10.19880/j.cnki.ccm.2022.06.016

BIAN Jianchao, TAN Tingshuai.Research and discuss on nondestructive testing standard of coal industry[J].China Coal,2022,48(6):95-99.doi:10.19880/j.cnki.ccm.2022.06.016

基金项目:中国煤炭科工集团科技创新创业资金专项资助项目(2020-QN004)

作者简介:边建朝(1987-),男,河北任丘人,硕士,工程师,主要从事矿山提升安全与设备的研究和检测工作。E-mail:18641365127@163.com

中图分类号 TD534

文献标志码 A

(责任编辑 路 强)