數字射線DR檢測技術在中俄東線中的應用
來源:《管道保護》2022年第1期 作者:鐘桂香 白芳 時間:2022-2-17 閱讀:
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�;瘧眠^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�;瘧�
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�;瘧抿炞C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�;瘧玫臈l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�;瘧抿炞C(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�;瘧眯Ч按嬖趩栴}
(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�,F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�;瘧眯Ч麃砜矗壳盁o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。
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