劉新凌 李強(qiáng) 于航 梁強(qiáng)

廣東大鵬液化天然氣有限公司

 

摘 要：焊縫射線底片是檢測焊縫質(zhì)量的重要文件，但由于焊縫射線底片數(shù)據(jù)量大，信息多，完全通過人工進(jìn)行缺陷識別的有效性差。通過對焊縫底片進(jìn)行數(shù)字化，建立圖像自動識別的大數(shù)據(jù)分析模型及焊縫底片數(shù)字化管理系統(tǒng)，對某在役管道57 500張焊縫底片質(zhì)量的自動評判以及對焊縫底片中隱藏的超標(biāo)缺陷進(jìn)行再識別，找出了需重點(diǎn)關(guān)注的環(huán)焊縫未熔合缺陷。

關(guān)鍵詞：焊縫底片；數(shù)字化；識別；復(fù)評；技術(shù)研究；實(shí)踐

 

 

油氣管道是長距離輸送的線性工程，主要采取焊接方式連接、埋地方式敷設(shè)。環(huán)焊縫是管道整體質(zhì)量的薄弱環(huán)節(jié)，其質(zhì)量好壞直接影響到管道的運(yùn)行安全。近年來國內(nèi)相繼出現(xiàn)多起與管道環(huán)焊縫有關(guān)的泄漏和斷裂事故，造成了重大經(jīng)濟(jì)損失和消極影響。因此需要借助有效的技術(shù)方法和手段，全面排查管道環(huán)焊縫存在的質(zhì)量安全風(fēng)險。但由于焊縫射線底片量大，信息多，完全通過人工進(jìn)行缺陷識別有效性較差，效率也很低。

通過對焊縫底片進(jìn)行數(shù)字化，建立圖像自動識別的大數(shù)據(jù)分析模型及焊縫底片數(shù)字化管理系統(tǒng)，解決了建設(shè)期焊縫底片長期保存的問題，實(shí)現(xiàn)了對在役管道運(yùn)行期焊縫底片質(zhì)量的自動評判以及對焊縫底片中隱藏的超標(biāo)缺陷進(jìn)行再識別。

1 主要步驟

1.1 焊縫射線底片數(shù)字化

使用工業(yè)射線檢測工業(yè)膠片的專用數(shù)字化系統(tǒng)： MII-900plus，進(jìn)行射線底片數(shù)字化，并將其轉(zhuǎn)化為一定格式的單個文件（圖 1）。要求色彩深度：8 bit/16 bit灰階（256灰階層/65536灰階層）；光學(xué)分辨率：預(yù)設(shè)每英寸300點(diǎn)（300 dpi），最大應(yīng)能達(dá)到2400 dpi；焊縫掃描黑度達(dá)到2.5以上，最大黑度能達(dá)到4.7。

1.2 建立焊縫底片數(shù)據(jù)庫并入庫

由于原始底片的保存條件受時間和環(huán)境的影響較 大，其調(diào)閱也存在一定的問題，為實(shí)現(xiàn)焊縫底片原始信息的保存，并且能夠進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的調(diào)取查看，進(jìn)行了射線底片的數(shù)字化掃描過程，使長輸管線的底片在自然環(huán)境下的物理保存轉(zhuǎn)化為數(shù)字化保存。

建立焊縫底片數(shù)據(jù)庫。包括索引表設(shè)計，索引表數(shù)據(jù)錄入，索引表數(shù)據(jù)入庫，按照已有焊縫編號，對各個焊縫底片進(jìn)行編碼，最后將射線底片掃描結(jié)果入庫，數(shù)字化流程如圖 2所示。焊縫底片文件的命名采用箱號+焊口編號的方式，便于查詢。

1.3 掃描底片識別前進(jìn)行修片

采用數(shù)字化系統(tǒng)中的圖像處理系統(tǒng)和Microsoftoffice Picture manager共同對底片進(jìn)行圖形操作，處理焊縫底片的紋理特征。針對質(zhì)量不好的底片，采用圖片變計軟件增加圖像的亮度、對比度、中心區(qū)域的中間色調(diào)調(diào)正等，使缺陷充分暴露，保證管道焊縫底片的缺陷易識別、無死角、無盲區(qū)。對部分質(zhì)量有問題的底片，需對其表面的異物進(jìn)行清理和重新掃描數(shù)字化，盡可能的保持底片原始信息的完整性。對焊縫底片兩邊存在偽缺欠以及非焊縫底片信息給予清除。

1.4 開展焊縫缺陷識別及復(fù)評

開展焊縫圖像的缺陷特征提取和自動識別。對數(shù)字化圖像進(jìn)行預(yù)處理，并采用邊緣檢測、缺陷跟蹤、圖像增強(qiáng)、線性變換、圖像形態(tài)學(xué)處理、算子融合等方法，獲取圖像的紋理特征，計算出缺陷圖像特征值，對焊縫缺陷特征進(jìn)行提取。自動對缺陷類型進(jìn)行分類，如裂紋、未焊透、未熔合、圓形缺陷、條形缺陷等。最小識別缺陷尺寸特征應(yīng)不大于1 mm。焊縫射線底片識別與評價系統(tǒng)如圖 3所示。系統(tǒng)功能如圖 4所示。缺陷識別分析過程如圖 5所示。

          

（1）數(shù)字化圖像自動分割。焊縫底片長度過長，會導(dǎo)致數(shù)據(jù)分析時數(shù)字化底片信息的失真，并且無法準(zhǔn)確識別其中的缺陷。為便于對底片中存在的缺陷識別與分析，采用本軟件對底片進(jìn)行數(shù)字化分割，如圖 6所示，根據(jù)底片實(shí)際尺寸進(jìn)行拆分。

（2）數(shù)字化圖像去噪。在原始圖像的基礎(chǔ)上， 采用空域變換方法，處理圖像的灰度值，針對變換域中的某些數(shù)值的系數(shù)進(jìn)行邏輯運(yùn)算，從多維度減少圖像中的噪聲，再進(jìn)行反變化的降低維度處理，將含有噪聲圖像轉(zhuǎn)回原來的空間域，過濾除去妨礙計算以及不便于接受的信息。

（3）圖像增強(qiáng)技術(shù)。掃描后的數(shù)字化底片信息量大，清晰度有限，缺陷處能量值不足。為改善圖像質(zhì)量，提高焊縫識別軟件系統(tǒng)對目標(biāo)區(qū)域的識別，采用圖像增強(qiáng)技術(shù)對原圖像進(jìn)行數(shù)據(jù)變換，達(dá)到增強(qiáng)底片對比色的目的。

（4）邊緣檢測與焊縫數(shù)字化底片特征提取。對已經(jīng)數(shù)字化處理的焊縫底片，采用焊縫圖像的邊緣檢測方法，包括Robert算子、 Sobel算子、 Prewitt算子、Canny算子等，基于形態(tài)學(xué)圖像處理技術(shù)和多算子融合處理技術(shù)，來提高圖像邊緣檢測精度。

（5）數(shù)字化底片分析識別。依據(jù)NB/T 47013.2―2015標(biāo)準(zhǔn)，對數(shù)字化底片中存在的基礎(chǔ)信息進(jìn)行預(yù)處理，采用邊緣檢測與閾值分析的方法提取特征參數(shù)，提取的參數(shù)采用典型缺陷SVM多類分類器方法構(gòu)造函數(shù)，對其中存在的焊縫缺陷進(jìn)行分析、識別。如裂紋、未焊透、未熔合、圓形夾渣、條形夾渣等缺陷，利用表 1所示的5個特征參數(shù)集劃分缺陷類型，并對其可接受性進(jìn)行評價。

1.5 人工復(fù)核軟件識別結(jié)果

考慮到軟件可靠性的問題，選擇RT-III級人員，對焊縫底片數(shù)字化、識別、復(fù)評結(jié)果進(jìn)行一定比例的人工復(fù)核，確保質(zhì)量。

1.6 內(nèi)檢測信號并行復(fù)查

對焊縫底片的焊縫內(nèi)檢測信號進(jìn)行復(fù)查。結(jié)合管道環(huán)焊縫的位置信息，重點(diǎn)關(guān)注施工期間評級為II級的底片、返修口、金口、短節(jié)（長度1.5 m以下）兩端焊縫、彎頭兩端焊縫、穿跨越管道兩端焊縫、地質(zhì)災(zāi)害高風(fēng)險管段焊縫及內(nèi)檢測報告的焊縫異常。

1.7 焊縫底片與內(nèi)檢測信號對齊

將焊縫底片與內(nèi)檢測焊縫信號進(jìn)行對齊，建立一一對應(yīng)關(guān)系，篩選出多余的焊縫底片以及無底片的焊縫。

1.8 焊縫底片數(shù)字化文件及識別、復(fù)評結(jié)果入庫

將焊縫底片數(shù)字化文件以及識別結(jié)果錄入管道信息管理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字化存檔。

1.9 缺陷開挖驗(yàn)證及修復(fù)

根據(jù)焊縫底片識別及復(fù)評結(jié)果，并結(jié)合內(nèi)檢測信號復(fù)查結(jié)果，確定現(xiàn)場開挖驗(yàn)證點(diǎn)；根據(jù)現(xiàn)場開挖驗(yàn)證缺陷復(fù)測情況，進(jìn)行含缺陷管道適用性評價，并及時進(jìn)行修復(fù)。

2 成果介紹

焊縫底片數(shù)字化管理系統(tǒng)通過某管道57 500張長輸管道焊縫底片的數(shù)字化存檔、缺陷識別及復(fù)評，復(fù)評出需要重點(diǎn)關(guān)注的環(huán)焊縫未熔合缺陷，有效降低了因焊縫缺陷失效而帶來的風(fēng)險。

2.1 建立管道環(huán)焊縫底片數(shù)字化、識別及復(fù)評技術(shù)方法

（1）執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。 GB/T 26141―1―2010/ISO 14096―1:2005《無損檢測射線照相底片數(shù)字化 系統(tǒng)的質(zhì)量鑒定》第1部分：定義、像質(zhì)參數(shù)的定量測量、標(biāo)準(zhǔn)參考底片和定性控制。 GB/T 26141―2―2010/ISO 14096―2:2005《無損檢測射線照相底片數(shù)字化系統(tǒng)的質(zhì)量鑒定》第2部分：最低要求。 NB/T 47013.2―2015 承壓設(shè)備無損檢測第2部分:射線檢測。 API 579―1/ASME FFS―1―2016《管道適用性評價標(biāo)準(zhǔn)》。 BS7910《金屬結(jié)構(gòu)裂紋驗(yàn)收評定方法指南》。 GB 31267―2015《油氣輸送管道完整性管理規(guī)范》。

（2）焊縫底片數(shù)字化、識別及復(fù)評技術(shù)流程。根據(jù)焊縫射線底片可獲得性，可以找到管道焊縫射線底片的部分；無焊縫射線底片的部分。技術(shù)流程如圖 7所示，可篩選出需要重點(diǎn)關(guān)注的焊縫、建設(shè)期多余的底片以及無底片的焊縫。

2.2 實(shí)現(xiàn)焊縫底片數(shù)字化并形成焊縫底片數(shù)字化管理系統(tǒng)

為方便查詢和調(diào)用，根據(jù)各焊口編號，進(jìn)行焊縫編碼的同時進(jìn)行數(shù)據(jù)庫的建設(shè)，其主要包括以下各支線無損檢測報告、復(fù)評數(shù)據(jù)統(tǒng)計、數(shù)字化掃描結(jié)果、識別評價分析報告等。圖 8所示為焊縫數(shù)字化管理系統(tǒng)。

2.3 識別出需重點(diǎn)關(guān)注的管道環(huán)焊縫

在對管道環(huán)焊縫底片識別與復(fù)評的過程中，結(jié)合人工復(fù)評與自動識別技術(shù)綜合判斷，發(fā)現(xiàn)部分焊片存在未熔合缺陷。經(jīng)組織國內(nèi)權(quán)威焊縫評片專家組進(jìn)行聯(lián)合評審，進(jìn)一步識別出了需要給予重點(diǎn)關(guān)注的環(huán)焊縫。后續(xù)將結(jié)合現(xiàn)場周邊環(huán)境是否具備開挖條件，實(shí)施開挖驗(yàn)證，完成缺陷評價和修復(fù)。

3 結(jié)論

（1）基于圖像自動識別的焊縫底片大數(shù)據(jù)分析模型，對運(yùn)營期管道焊縫底片進(jìn)行缺陷識別及復(fù)評是有效的。

（2）完善了管道基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫以及數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，提升了管道日常管理水平及事故事件時的應(yīng)急效率。

（3）實(shí)現(xiàn)了對歷史焊縫底片數(shù)據(jù)信息的深度挖掘，發(fā)現(xiàn)部分焊片存在未熔合缺陷，并結(jié)合地理位置、缺陷嚴(yán)重情況等因素，找出了需要重點(diǎn)關(guān)注的環(huán)焊縫隱患。

（4）降低管道環(huán)焊縫風(fēng)險水平，避免重大管道事故發(fā)生，保障管道安全運(yùn)行，經(jīng)濟(jì)和社會效益顯著。

 

作者：劉新凌，女， 1973年生，碩士，現(xiàn)在廣東大鵬液化天然氣有限公司技術(shù)服務(wù)部工作，主要從事管道完整性管理相關(guān)的技術(shù)工作。 

2019年第4期（總第47期）