鐘桂香 白芳

中國(guó)石油天然氣管道工程有限公司

摘要：分析了傳統(tǒng)的膠片式射線RT優(yōu)缺點(diǎn)，介紹了數(shù)字射線DR檢測(cè)技術(shù)原理、發(fā)展歷程、優(yōu)于傳統(tǒng)RT的特點(diǎn)，對(duì)比分析了在中俄東線規(guī)模化應(yīng)用過(guò)程中的檢測(cè)功效、成像質(zhì)量、缺陷檢出率、檢測(cè)費(fèi)用等。指出數(shù)字射線DR檢測(cè)雖然具有明顯優(yōu)勢(shì)，但需要盡快解決工裝設(shè)備繁重等問(wèn)題。為后續(xù)油氣管道全面推廣應(yīng)用DR檢測(cè)技術(shù)提供借鑒。

關(guān)鍵詞：長(zhǎng)輸管道；  數(shù)字射線DR；中俄東線； 規(guī)�；瘧�(yīng)用

目前油氣長(zhǎng)輸管道焊縫檢測(cè)中，射線探傷采用傳統(tǒng)的膠片式射線RT占有很大比例，雖然其準(zhǔn)確性高，但需要拍完之后進(jìn)行暗室洗片，效率低、周期長(zhǎng)，無(wú)法進(jìn)行實(shí)時(shí)評(píng)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(xiàn)數(shù)字化存儲(chǔ)工作量很大，檢測(cè)結(jié)果易受環(huán)境影響而出現(xiàn)偽缺陷、細(xì)微缺陷易漏檢的問(wèn)題，無(wú)法滿足油氣長(zhǎng)輸管道建設(shè)需求。通過(guò)在中俄東線引入數(shù)字射線DR無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，分析其存在的優(yōu)勢(shì)和不足，為進(jìn)一步推廣這一技術(shù)提供借鑒。

1  DR檢測(cè)原理

DR（Digital Radiography）射線檢測(cè)與傳統(tǒng)X射線檢測(cè)原理相同，即利用射線在介質(zhì)中傳播時(shí)的衰減特性，基于缺陷與被檢件基體材料對(duì)射線的衰減特性不同，記錄并直接觀測(cè)在其透過(guò)被檢件后的射線強(qiáng)度，即可判斷被檢件表面或內(nèi)部是否存在缺陷。唯一差異是以平板探測(cè)器替代傳統(tǒng)膠片作為X射線接收轉(zhuǎn)換裝置， X射線透過(guò)待檢工件后衰減，探測(cè)器首先將入射X射線光子轉(zhuǎn)換為電荷，然后讀出每個(gè)像元的數(shù)字信號(hào)，所有像元的數(shù)字信號(hào)組成一幅射線數(shù)字圖像，通過(guò)圖像處理軟件在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行顯示，詳見(jiàn)圖 1。

圖 1 射線檢測(cè)原理示意圖

DR檢測(cè)系統(tǒng)由四部分組成：高頻X射線機(jī)、數(shù)字探測(cè)器、工裝系統(tǒng)以及計(jì)算機(jī)工作站（軟件系統(tǒng)），詳見(jiàn)圖 2。其中探測(cè)器是最為關(guān)鍵的設(shè)備，目前主要類型有非晶硅探測(cè)器、CMOS探測(cè)器，常用的像素尺寸為127μm、 143μm、200μm等，其A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)一般都可達(dá)到12bit/14bit/16bit。

圖 2 DR檢測(cè)主要設(shè)備

2  DR檢測(cè)技術(shù)優(yōu)勢(shì)

DR射線檢測(cè)用探測(cè)器作為數(shù)字轉(zhuǎn)換設(shè)備，用電腦成像代替?zhèn)鹘y(tǒng)的膠片成像，提高了檢測(cè)的時(shí)效性。相對(duì)于RT檢測(cè)優(yōu)勢(shì)如下。

（1）檢測(cè)結(jié)果可以永久保存，為管道的完整性管理提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。

（2）實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化檢測(cè)和數(shù)字化成像，可與自動(dòng)化焊接實(shí)時(shí)匹配。

（3）采用調(diào)節(jié)圖像對(duì)比度等圖像處理方法，有效地提高檢測(cè)人員對(duì)缺陷的觀測(cè)能力，可以觀察到缺陷更小的細(xì)節(jié)，提升焊口無(wú)損檢測(cè)質(zhì)量。

（4）所需射線劑量低，對(duì)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(nèi)、檢測(cè)更厚的工件，尤其是連頭焊口的檢測(cè)。縮短大口徑大壁厚焊口的檢測(cè)時(shí)間，解決傳統(tǒng)RT無(wú)法穿透大口徑大壁厚焊口等問(wèn)題，顯著縮短檢測(cè)周期。

3  DR檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用

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

圖 3 DR檢測(cè)應(yīng)用發(fā)展歷程

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

2016年隨著中俄東線北段開(kāi)始建設(shè)，為了滿足數(shù)字化管道和全生命周期數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)需要，新建管道均開(kāi)展了小規(guī)模的試驗(yàn)性應(yīng)用，主要摸索提升DR設(shè)備穩(wěn)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(jì)在6個(gè)工程項(xiàng)目中開(kāi)展了小范圍應(yīng)用。

中俄東線天然氣管道工程（永清—上海）建設(shè)階段，通過(guò)前期應(yīng)用，DR的設(shè)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(cè)技術(shù)已經(jīng)具備了規(guī)�；瘧�(yīng)用的條件，此外基于DR檢測(cè)技術(shù)工程應(yīng)用的需求以及概算指標(biāo)確定的需求，在中俄東線永清—上海段針對(duì)管徑1219 mm×22 mm規(guī)格鋼管，選取了2個(gè)標(biāo)段共45 km連續(xù)管段開(kāi)展DR檢測(cè)技術(shù)規(guī)模化應(yīng)用驗(yàn)證（圖 4），以進(jìn)一步提升DR在長(zhǎng)輸管道無(wú)損檢測(cè)中應(yīng)用的成熟度以及測(cè)算DR檢測(cè)規(guī)�；瘧�(yīng)用條件下的實(shí)際工效，為制定DR定額標(biāo)準(zhǔn)提供依據(jù)。

圖 4 中俄東線DR規(guī)模化應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)圖

4  規(guī)�；瘧�(yīng)用效果及存在問(wèn)題

（1）檢測(cè)功效。在工作量飽滿、設(shè)備穩(wěn)定等情況下，DR檢測(cè)單日可完成超過(guò)20道焊口，最高可達(dá)到30道。與自動(dòng)焊的焊接速度接近。但其在一般線路段的功效與傳統(tǒng)RT相比目前并無(wú)明顯優(yōu)勢(shì)，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(shè)備廠商從材料、結(jié)構(gòu)上進(jìn)一步優(yōu)化，增加集成度，盡量減輕設(shè)備體積和重量。 而在雙壁單影焊口的檢測(cè)中（如連頭口）其效率優(yōu)勢(shì)明顯，單日完成檢測(cè)焊口數(shù)量約為傳統(tǒng)RT的2.5倍。

（2）圖像質(zhì)量�，F(xiàn)場(chǎng)分別采用2套國(guó)外進(jìn)口探測(cè)器和2套國(guó)產(chǎn)探測(cè)器，4套檢測(cè)系統(tǒng)的圖像質(zhì)量都滿足SY/T 4109―2020《石油天然氣鋼質(zhì)管道無(wú)損檢測(cè) 》標(biāo)準(zhǔn)要求。圖像主要質(zhì)量指標(biāo)如表 1所示。

表 1 不同DR探測(cè)器的主要指標(biāo)

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

圖 5 DR圖像（上）與RT圖像（下）對(duì)比

（3）缺陷檢出率。將DR焊口檢測(cè)結(jié)果與RT檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)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(shù)量略高于RT，見(jiàn)表 2所列。

表 2 檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比統(tǒng)計(jì)

在缺欠尺寸差異方面，線狀缺欠長(zhǎng)度最大差異為5 mm，差異率4.7%。其他缺欠長(zhǎng)度的差異基本都在1 mm以內(nèi)。單個(gè)圓形直徑最大偏差0.4 mm。

（4）檢測(cè)成本。DR的設(shè)備投入和維修保養(yǎng)要高于RT，但目前其功效卻略低于RT。以管徑1219 mm×22 mm規(guī)格鋼管為例，其單口檢測(cè)費(fèi)用約為傳統(tǒng)RT的1.9倍。

5  結(jié)論

數(shù)字射線DR是射線檢測(cè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。從成像質(zhì)量、缺陷檢出率、尤其是更細(xì)小缺陷的檢出率來(lái)看，數(shù)字射線具有明顯的優(yōu)勢(shì)。從規(guī)模化應(yīng)用效果來(lái)看，目前無(wú)論國(guó)產(chǎn)設(shè)備還是進(jìn)口設(shè)備其檢測(cè)精度均已滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，檢測(cè)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(shè)備工裝的因素，在主線路的檢測(cè)功效還是略低于傳統(tǒng)RT，這是目前設(shè)備單位應(yīng)該著手解決的問(wèn)題。由于其檢測(cè)成本要高于傳統(tǒng)RT，建議在工程建設(shè)投資上應(yīng)給予充分考慮。

作者簡(jiǎn)介：鐘桂香，1978年生，碩士，高級(jí)工程師，2005年畢業(yè)于西安石油大學(xué)，現(xiàn)從事長(zhǎng)輸管道焊接及檢驗(yàn)的設(shè)計(jì)及研究工作。聯(lián)系方式：15133667332，312177775@qq.com。