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RT優缺點，介紹了數字射線DR檢測技術原理、發展歷程、優于傳統RT的特點，對比分析了在中俄東線規模化應用過程中的檢測功效、成像質量、缺陷檢出率、檢測費用等。指出數字射線DR檢測雖然具有明顯優勢，但需要盡快解決工裝設備繁重等問題。為后續油氣管道全面推廣應用DR檢測技術提供借鑒。

關鍵詞：長輸管道；  數字射線DR；中俄東線； 規模化應用

 

目前油氣長輸管道焊縫檢測中，射線探傷采用傳統的膠片式射線RT占有很大比例，雖然其準確性高，但需要拍完之后進行暗室洗片，效率低、周期長，無法進行實時評價，很難與全自動焊接技術相匹配。其成果以膠片形式限制了永久保存，實現數字化存儲工作量很大，檢測結果易受環境影響而出現偽缺陷、細微缺陷易漏檢的問題，無法滿足油氣長輸管道建設需求。通過在中俄東線引入數字射線DR無損檢測技術，分析其存在的優勢和不足，為進一步推廣這一技術提供借鑒。

1  DR檢測原理

DR（Digital Radiography）射線檢測與傳統X射線檢測原理相同，即利用射線在介質中傳播時的衰減特性，基于缺陷與被檢件基體材料對射線的衰減特性不同，記錄并直接觀測在其透過被檢件后的射線強度，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射線接收轉換裝置， X射線透過待檢工件后衰減，探測器首先將入射X射線光子轉換為電荷，然后讀出每個像元的數字信號，所有像元的數字信號組成一幅射線數字圖像，通過圖像處理軟件在計算機上進行顯示，詳見圖 1。

圖 1 射線檢測原理示意圖

DR檢測系統由四部分組成：高頻X射線機、數字探測器、工裝系統以及計算機工作站（軟件系統），詳見圖 2。其中探測器是最為關鍵的設備，目前主要類型有非晶硅探測器、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檢測技術優勢

DR射線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，提高了檢測的時效性。相對于RT檢測優勢如下。

（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）實現自動化檢測和數字化成像，可與自動化焊接實時匹配。

（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測能力，可以觀察到缺陷更小的細節，提升焊口無損檢測質量。

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

（5）能夠在更短的時間內、檢測更厚的工件，尤其是連頭焊口的檢測。縮短大口徑大壁厚焊口的檢測時間，解決傳統RT無法穿透大口徑大壁厚焊口等問題，顯著縮短檢測周期。

3  DR檢測技術應用

DR檢測在長輸管道行業的應用是一個不斷摸索的過程，經歷了初始試驗性應用、小規模試驗性應用以及規模化應用驗證三個階段，發展歷程見圖 3。

圖 3 DR檢測應用發展歷程

從其應用發展歷程來看，2007—2016年主要為初始應用期。該階段DR技術應用較為零散，主要是進行應用對比，以驗證工藝的可行性，僅在一些工程中進行了工業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時監測，故DR有了一些替代RT的應用。

2016年隨著中俄東線北段開始建設，為了滿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熟練程度以及質量管控和質量要點分析探索，累計在6個工程項目中開展了小范圍應用。

中俄東線天然氣管道工程（永清—上海）建設階段，通過前期應用，DR的設備可靠性以及人員水平、質量管控措施等均有了大幅度的提升，DR檢測技術已經具備了規模化應用的條件，此外基于DR檢測技術工程應用的需求以及概算指標確定的需求，在中俄東線永清—上海段針對管徑1219 mm×22 mm規格鋼管，選取了2個標段共45 km連續管段開展DR檢測技術規模化應用驗證（圖 4），以進一步提升DR在長輸管道無損檢測中應用的成熟度以及測算DR檢測規模化應用條件下的實際工效，為制定DR定額標準提供依據。

圖 4 中俄東線DR規模化應用現場圖

4  規模化應用效果及存在問題

（1）檢測功效。在工作量飽滿、設備穩定等情況下，DR檢測單日可完成超過20道焊口，最高可達到30道。與自動焊的焊接速度接近。但其在一般線路段的功效與傳統RT相比目前并無明顯優勢，主要原因不在技術本身而是DR的工裝目前還是有些笨重，造成人員操作時功效下降明顯，需要設備廠商從材料、結構上進一步優化，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）圖像質量。現場分別采用2套國外進口探測器和2套國產探測器，4套檢測系統的圖像質量都滿足SY/T 4109―2020《石油天然氣鋼質管道無損檢測 》標準要求。圖像主要質量指標如表 1所示。

表 1 不同DR探測器的主要指標

通過對成品圖像對比可知，由于DR無劃傷和水跡等偽缺欠對圖像的干擾，其成像質量要遠高于傳統RT膠片，進而可減少缺陷誤判。此外對DR圖像進行增強處理后，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檢測結果進行了對比，由于自動焊焊接產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方面一致性非常高。DR檢出數量略高于RT，見表 2所列。

表 2 檢測數據對比統計

在缺欠尺寸差異方面，線狀缺欠長度最大差異為5 mm，差異率4.7%。其他缺欠長度的差異基本都在1 mm以內。單個圓形直徑最大偏差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DR是射線檢測發展的必然趨勢。從成像質量、缺陷檢出率、尤其是更細小缺陷的檢出率來看，數字射線具有明顯的優勢。從規模化應用效果來看，目前無論國產設備還是進口設備其檢測精度均已滿足標準要求，檢測人員水平以及質量管控程序均已完善。雖然能夠與全自動焊接完全匹配，但由于設備工裝的因素，在主線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手解決的問題。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。

 

作者簡介：鐘桂香，1978年生，碩士，高級工程師，2005年畢業于西安石油大學，現從事長輸管道焊接及檢驗的設計及研究工作。聯系方式：15133667332，312177775@qq.com。