鐘桂香 白芳

中國石油天然氣管道工程有限公司

 

摘要：分析了傳統的膠片式射線(xiàn)RT優(yōu)缺點(diǎn)，介紹了數字射線(xiàn)DR檢測技術(shù)原理、發(fā)展歷程、優(yōu)于傳統RT的特點(diǎn)，對比分析了在中俄東線(xiàn)規�；瘧�用過(guò)程中的檢測功效、成像質(zhì)量、缺陷檢出率、檢測費用等。指出數字射線(xiàn)DR檢測雖然具有明顯優(yōu)勢，但需要盡快解決工裝設備繁重等問(wèn)題。為后續油氣管道全面推廣應用DR檢測技術(shù)提供借鑒。

關(guān)鍵詞：長(cháng)輸管道；  數字射線(xiàn)DR；中俄東線(xiàn)； 規�；瘧�用

 

目前油氣長(cháng)輸管道焊縫檢測中，射線(xiàn)探傷采用傳統的膠片式射線(xiàn)RT占有很大比例，雖然其準確性高，但需要拍完之后進(jìn)行暗室洗片，效率低、周期長(cháng)，無(wú)法進(jìn)行實(shí)時(shí)評價(jià)，很難與全自動(dòng)焊接技術(shù)相匹配。其成果以膠片形式限制了永久保存，實(shí)現數字化存儲工作量很大，檢測結果易受環(huán)境影響而出現偽缺陷、細微缺陷易漏檢的問(wèn)題，無(wú)法滿(mǎn)足油氣長(cháng)輸管道建設需求。通過(guò)在中俄東線(xiàn)引入數字射線(xiàn)DR無(wú)損檢測技術(shù)，分析其存在的優(yōu)勢和不足，為進(jìn)一步推廣這一技術(shù)提供借鑒。

1  DR檢測原理

DR（Digital Radiography）射線(xiàn)檢測與傳統X射線(xiàn)檢測原理相同，即利用射線(xiàn)在介質(zhì)中傳播時(shí)的衰減特性，基于缺陷與被檢件基體材料對射線(xiàn)的衰減特性不同，記錄并直接觀(guān)測在其透過(guò)被檢件后的射線(xiàn)強度，即可判斷被檢件表面或內部是否存在缺陷。唯一差異是以平板探測器替代傳統膠片作為X射線(xiàn)接收轉換裝置， X射線(xiàn)透過(guò)待檢工件后衰減，探測器首先將入射X射線(xiàn)光子轉換為電荷，然后讀出每個(gè)像元的數字信號，所有像元的數字信號組成一幅射線(xiàn)數字圖像，通過(guò)圖像處理軟件在計算機上進(jìn)行顯示，詳見(jiàn)圖 1。

圖 1 射線(xiàn)檢測原理示意圖

DR檢測系統由四部分組成：高頻X射線(xiàn)機、數字探測器、工裝系統以及計算機工作站（軟件系統），詳見(jiàn)圖 2。其中探測器是最為關(guān)鍵的設備，目前主要類(lèi)型有非晶硅探測器、CMOS探測器，常用的像素尺寸為127μm、 143μm、200μm等，其A/D轉換為數據一般都可達到12bit/14bit/16bit。

圖 2 DR檢測主要設備

2  DR檢測技術(shù)優(yōu)勢

DR射線(xiàn)檢測用探測器作為數字轉換設備，用電腦成像代替傳統的膠片成像，提高了檢測的時(shí)效性。相對于RT檢測優(yōu)勢如下。

（1）檢測結果可以永久保存，為管道的完整性管理提供了基礎數據支撐。

（2）實(shí)現自動(dòng)化檢測和數字化成像，可與自動(dòng)化焊接實(shí)時(shí)匹配。

（3）采用調節圖像對比度等圖像處理方法，有效地提高檢測人員對缺陷的觀(guān)測能力，可以觀(guān)察到缺陷更小的細節，提升焊口無(wú)損檢測質(zhì)量。

（4）所需射線(xiàn)劑量低，對操作人員安全性更高；不再需要暗室洗片，無(wú)膠片、洗片液等耗材，更加環(huán)保。

（5）能夠在更短的時(shí)間內、檢測更厚的工件，尤其是連頭焊口的檢測�？s短大口徑大壁厚焊口的檢測時(shí)間，解決傳統RT無(wú)法穿透大口徑大壁厚焊口等問(wèn)題，顯著(zhù)縮短檢測周期。

3  DR檢測技術(shù)應用

DR檢測在長(cháng)輸管道行業(yè)的應用是一個(gè)不斷摸索的過(guò)程，經(jīng)歷了初始試驗性應用、小規模試驗性應用以及規�；瘧�用驗證三個(gè)階段，發(fā)展歷程見(jiàn)圖 3。

圖 3 DR檢測應用發(fā)展歷程

從其應用發(fā)展歷程來(lái)看，2007—2016年主要為初始應用期。該階段DR技術(shù)應用較為零散，主要是進(jìn)行應用對比，以驗證工藝的可行性，僅在一些工程中進(jìn)行了工業(yè)試驗和維搶修的小規模應用。后期的局部改造或維搶修項目中，由于項目的特殊性需要實(shí)時(shí)監測，故DR有了一些替代RT的應用。

2016年隨著(zhù)中俄東線(xiàn)北段開(kāi)始建設，為了滿(mǎn)足數字化管道和全生命周期數據庫建設需要，新建管道均開(kāi)展了小規模的試驗性應用，主要摸索提升DR設備穩定性及人員技術(shù)熟練程度以及質(zhì)量管控和質(zhì)量要點(diǎn)分析探索，累計在6個(gè)工程項目中開(kāi)展了小范圍應用。

中俄東線(xiàn)天然氣管道工程（永清—上海）建設階段，通過(guò)前期應用，DR的設備可靠性以及人員水平、質(zhì)量管控措施等均有了大幅度的提升，DR檢測技術(shù)已經(jīng)具備了規�；瘧�用的條件，此外基于DR檢測技術(shù)工程應用的需求以及概算指標確定的需求，在中俄東線(xiàn)永清—上海段針對管徑1219 mm×22 mm規格鋼管，選取了2個(gè)標段共45 km連續管段開(kāi)展DR檢測技術(shù)規�；瘧�用驗證（圖 4），以進(jìn)一步提升DR在長(cháng)輸管道無(wú)損檢測中應用的成熟度以及測算DR檢測規�；瘧�用條件下的實(shí)際工效，為制定DR定額標準提供依據。

圖 4 中俄東線(xiàn)DR規�；瘧�用現場(chǎng)圖

4  規�；瘧�用效果及存在問(wèn)題

（1）檢測功效。在工作量飽滿(mǎn)、設備穩定等情況下，DR檢測單日可完成超過(guò)20道焊口，最高可達到30道。與自動(dòng)焊的焊接速度接近。但其在一般線(xiàn)路段的功效與傳統RT相比目前并無(wú)明顯優(yōu)勢，主要原因不在技術(shù)本身而是DR的工裝目前還是有些笨重，造成人員操作時(shí)功效下降明顯，需要設備廠(chǎng)商從材料、結構上進(jìn)一步優(yōu)化，增加集成度，盡量減輕設備體積和重量。 而在雙壁單影焊口的檢測中（如連頭口）其效率優(yōu)勢明顯，單日完成檢測焊口數量約為傳統RT的2.5倍。

（2）圖像質(zhì)量�，F場(chǎng)分別采用2套國外進(jìn)口探測器和2套國產(chǎn)探測器，4套檢測系統的圖像質(zhì)量都滿(mǎn)足SY/T 4109―2020《石油天然氣鋼質(zhì)管道無(wú)損檢測 》標準要求。圖像主要質(zhì)量指標如表 1所示。

表 1 不同DR探測器的主要指標

通過(guò)對成品圖像對比可知，由于DR無(wú)劃傷和水跡等偽缺欠對圖像的干擾，其成像質(zhì)量要遠高于傳統RT膠片，進(jìn)而可減少缺陷誤判。此外對DR圖像進(jìn)行增強處理后，對小缺欠的可識別度也高于RT底片， 二者形成的圖像對比見(jiàn)圖 5。

圖 5 DR圖像（上）與RT圖像（下）對比

（3）缺陷檢出率。將DR焊口檢測結果與RT檢測結果進(jìn)行了對比，由于自動(dòng)焊焊接產(chǎn)生的主要缺欠是未熔合和氣孔，在缺欠檢出量、缺欠定性和缺欠尺寸三個(gè)方面一致性非常高。DR檢出數量略高于RT，見(jiàn)表 2所列。

表 2 檢測數據對比統計

在缺欠尺寸差異方面，線(xiàn)狀缺欠長(cháng)度最大差異為5 mm，差異率4.7%。其他缺欠長(cháng)度的差異基本都在1 mm以?xún)�。單個(gè)圓形直徑最大偏差0.4 mm。

（4）檢測成本。DR的設備投入和維修保養要高于RT，但目前其功效卻略低于RT。以管徑1219 mm×22 mm規格鋼管為例，其單口檢測費用約為傳統RT的1.9倍。

5  結論

數字射線(xiàn)DR是射線(xiàn)檢測發(fā)展的必然趨勢。從成像質(zhì)量、缺陷檢出率、尤其是更細小缺陷的檢出率來(lái)看，數字射線(xiàn)具有明顯的優(yōu)勢。從規�；瘧�用效果來(lái)看，目前無(wú)論國產(chǎn)設備還是進(jìn)口設備其檢測精度均已滿(mǎn)足標準要求，檢測人員水平以及質(zhì)量管控程序均已完善。雖然能夠與全自動(dòng)焊接完全匹配，但由于設備工裝的因素，在主線(xiàn)路的檢測功效還是略低于傳統RT，這是目前設備單位應該著(zhù)手解決的問(wèn)題。由于其檢測成本要高于傳統RT，建議在工程建設投資上應給予充分考慮。

 

作者簡(jiǎn)介：鐘桂香，1978年生，碩士，高級工程師，2005年畢業(yè)于西安石油大學(xué)，現從事長(cháng)輸管道焊接及檢驗的設計及研究工作。聯(lián)系方式：15133667332，312177775@qq.com。