在役高溫管道的數(shù)字射線檢測

顧 軍

(上海石化設(shè)備檢驗(yàn)檢測有限公司，上海200540)

在役高溫管道的數(shù)字射線檢測

顧 軍

(上海石化設(shè)備檢驗(yàn)檢測有限公司，上海200540)

針對在役高溫管道，提出利用X射線數(shù)字成像的方法解決其缺陷在線檢測的問題。通過試驗(yàn)及工程應(yīng)用證實(shí)，數(shù)字射線檢測結(jié)果直觀，能夠客觀地根據(jù)缺陷圖像特點(diǎn)判定缺陷，有助于管道安全運(yùn)行的評價和隱患問題的及時發(fā)現(xiàn)。

在役高溫管道 數(shù)字射線 在線檢測 缺陷

在石油化工行業(yè)，部分管道長期高溫運(yùn)行，引起了組織性能的劣化，使用過程中會發(fā)生減薄以及產(chǎn)生裂紋，導(dǎo)致管道泄漏甚至引起爆炸。常規(guī)檢測方法由于受到保溫層的影響無法實(shí)施檢測，為了保證在檢驗(yàn)周期內(nèi)管道的安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)運(yùn)行，迫切需要實(shí)現(xiàn)管道缺陷隱患的在線檢測。隨著計算機(jī)及電子技術(shù)的快速發(fā)展[1]，射線數(shù)字成像檢測技術(shù)得到了飛速發(fā)展，其優(yōu)勢為無膠片的圖像存儲和傳輸，豐富的圖像處理技術(shù)拓展了射線數(shù)字成像的應(yīng)用范圍，另外還可以根據(jù)實(shí)際情況及時改變透照參數(shù)以取得最佳的檢測圖像。數(shù)字射線檢測技術(shù)(Digital Radiographic Testing)是能夠獲得數(shù)字化圖像的檢測技術(shù)[2]，檢測結(jié)果直觀。2015年國家能源局發(fā)布了NB/T47013—2015《承壓設(shè)備無損檢測》，這是X射線數(shù)字成像的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施為數(shù)字射線(DR)檢測技術(shù)的應(yīng)用提供了依據(jù)。

1 數(shù)字射線檢測技術(shù)

1.1 基本原理

X射線數(shù)字成像是基于射線的穿透特性和衰減特性，利用射線的光、電轉(zhuǎn)換材料和圖像傳感器來獲得可被顯示和記錄的數(shù)字圖像，成像原理見圖1。

圖1 X射線數(shù)字成像原理示意

被檢測物體接受X射線照射，由于密度和厚度的差別，使得穿透射線的強(qiáng)度發(fā)生了改變；探測器內(nèi)部的轉(zhuǎn)換屏將穿透射線轉(zhuǎn)換為可見光或電子從而被圖像傳感器記錄；通過外圍電路讀出圖像傳感器像元記錄的電信號并進(jìn)行數(shù)字化處理后，將圖像數(shù)據(jù)發(fā)送至計算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行顯示、處理和存儲。

1.2 DR檢測系統(tǒng)

數(shù)字射線檢測(DR)系統(tǒng)由射線機(jī)、非晶硅成像板、成像及顯示控制單元、計算機(jī)軟件、電纜、電源線、網(wǎng)線等組成。試驗(yàn)采用DeReO WA-P4040探測器，其參數(shù)為：非晶硅型平板；質(zhì)量11 kg；尺寸(長×寬×高)610 mm×600 mm×30 mm，有效面積范圍400 mm×400 mm；像素尺寸200 μm；灰度等級14 bit；使用溫度-20～50 ℃。射線機(jī)采用GemX-200，最大管電壓200 kV；焦點(diǎn)尺寸為0.5 mm×0.7 mm。計算機(jī)系統(tǒng)采用DELL Inspiron高分辨率圖像工作站，軟件系統(tǒng)采用DeReO探測器配套的Maestro 4.0版本，能實(shí)現(xiàn)探測器和射線機(jī)的同步軟件控制。

2 試樣的準(zhǔn)備與試驗(yàn)

2.1 試樣的準(zhǔn)備

化工裝置壓力管道在使用過程中易產(chǎn)生裂紋及減薄等危害性缺陷，考慮到模擬試驗(yàn)的可靠性，所選試樣的規(guī)格應(yīng)與檢測對象相同，缺陷類型與使用過程產(chǎn)生的缺陷相似。試驗(yàn)采用運(yùn)行過程中產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋更換下來的管道管件及制作的帶有內(nèi)凹和一定深度的人孔刻槽試樣。試樣規(guī)格如表1所示。

表1 試樣規(guī)格

2.2 模擬試驗(yàn)

(1)被檢對象在生產(chǎn)工況下，其溫度超過100 ℃。因平板探測器的最高允許溫度為50 ℃，因此在實(shí)際檢測時，管道的保溫棉不可拆除。保溫棉厚度的存在導(dǎo)致缺陷的對比不清晰度降低，因此試驗(yàn)時對試樣進(jìn)行60 mm厚的保溫棉包裹。

(2)為了更好地檢出裂紋，需要有較好的裂紋檢出角，常規(guī)射線檢測時89 mm以下管徑的管道需透照兩次，114 mm管徑的管道則需透照5～6次。而平板探測器因具備一定的體積且不可彎曲，現(xiàn)場因空間有限及結(jié)構(gòu)復(fù)雜等原因一般只能滿足兩次透照。因此對兩種規(guī)格樣管進(jìn)行兩次間隔180度雙壁單影成像，以滿足檢測可靠性要求。

(3)現(xiàn)場檢測時，管道內(nèi)部為液體物料。考慮實(shí)際物料的密度與水近似，模擬試驗(yàn)時樣管內(nèi)部充滿水。

(4)具體的DR檢測參數(shù)見表2。

表2 DR檢測參數(shù)

2.3 對比試驗(yàn)

為了更好地判別缺陷，在模擬試驗(yàn)后，將保溫棉拆除，利用同等管電壓、管電流、曝光時間及焦距技術(shù)參數(shù)進(jìn)行了無保溫棉對比試驗(yàn)。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

模擬試驗(yàn)中相質(zhì)計等級達(dá)到要求，可以發(fā)現(xiàn)裂紋、內(nèi)凹、人工刻槽等缺陷。114 mm管徑試樣進(jìn)行兩次透照時可以滿足檢測可靠性要求。由于平板探測器有一定的顯示面積，雙壁單影透照時，靠近源側(cè)的焊縫中的缺陷影像也可以顯示出來，此時的影像清晰度較差。試驗(yàn)時根據(jù)制定的工藝參數(shù)發(fā)現(xiàn)能量偏低，89 mm管徑管電壓需要達(dá)到160 kV，114 mm管徑管電壓需達(dá)到200 kV，因此及時進(jìn)行了調(diào)整，這也體現(xiàn)了常規(guī)射線無法比擬的優(yōu)越性。部分模擬試驗(yàn)見圖2～4，從這些對比試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)：由于保溫棉的存在，使得缺陷長度大于缺陷實(shí)際長度，缺陷對比不清晰度與沒有保溫棉時相比有所降低，裂紋尖端特征不夠明顯。這也是數(shù)字射線靈敏度低于射線膠片靈敏度以及保溫棉的存在所致。

圖2 1#試樣DR檢測圖像(缺陷)

圖3 2#試樣DR檢測圖像

圖4 3#試樣DR檢測圖像

4 工程應(yīng)用

4.1 案例1

某化工廠粗苯胺管道的保溫層厚度60 mm，管道規(guī)格Ф114.3 mm×6 mm，材質(zhì)為316L，使用溫度205 ℃，考慮到使用過程中有應(yīng)力腐蝕傾向，對其中8道焊口進(jìn)行在線數(shù)字射線檢測。

4.1.1 檢測方法

拆除焊口外表面鋁皮，平板探測器貼著保溫棉捆綁，焦距選擇試驗(yàn)時的500 cm，管電壓200 kV，管電流1 000 μA，幀數(shù)18，射線時間23 s。

4.1.2 檢測結(jié)果

經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)，1-DR3焊口存在一處類似缺陷的影像(見圖5)，垂直于焊縫長度方向，對比不清晰度偏低，類似裂紋。結(jié)合試驗(yàn)分析，由于保溫棉的存在減低了對比不清晰度，此影像與試驗(yàn)時的裂紋影像相似，故判定此缺陷為裂紋。

圖5 1-DR3焊口裂紋DR檢測圖像

4.1.3 結(jié)果驗(yàn)證

發(fā)現(xiàn)裂紋后，用戶對此處進(jìn)行了打抱箍處理，3個月后再次對此處進(jìn)行在線DR檢測，拆出鋁皮時發(fā)現(xiàn)已有液體泄漏(見圖6)。

圖6 1-DR3焊口泄漏現(xiàn)場照片

4.2 案例2

某化工廠甲苯二異氰酸酯(TDI)管道，保溫層厚度約為60 mm，管道規(guī)格Ф89 mm×5 mm，材質(zhì)316L，使用溫度105 ℃，考慮到使用過程中可能有應(yīng)力腐蝕傾向，對其中14道焊口進(jìn)行在線數(shù)字射線檢測。

4.2.1 檢測方法

拆除焊口外表面鋁皮，平板探測器貼著保溫棉捆綁，焦距選擇試驗(yàn)時的500 cm，管電壓160 kV，管電流1 000 μA，幀數(shù)18，射線時間23 s。

4.2.2 檢測結(jié)果

其中有兩道口因空間位置狹小，探測器無法放置未進(jìn)行檢測，其余12道焊口發(fā)現(xiàn)兩處減薄，影像與試驗(yàn)時的內(nèi)凹缺陷顯示類似。通過灰度比對分析，一處減薄約15%(折合減薄1.5 mm)，一處減薄約8%(折合減薄0.8 mm)，分別為2-DR3、2-DR4,具體見圖7～8。

圖7 2-DR3焊口減薄圖像

圖8 2-DR4焊口減薄圖像

4.2.3 結(jié)果驗(yàn)證

對兩處減薄部位采用高溫測厚儀和高溫耦合劑進(jìn)行測厚，發(fā)現(xiàn)2-DR3最薄處為3.4 mm，2-DR4最薄處為4.1 mm。減薄量與數(shù)字射線檢測結(jié)果基本吻合。

5 結(jié)語

(1)通過工程實(shí)際應(yīng)用證明，數(shù)字射線技術(shù)可以應(yīng)用于在役高溫管道，對于使用過程中產(chǎn)生的裂紋類缺陷及減薄可以高效率識別檢出，便于在役或超期服役管道安全運(yùn)行的評價及對隱患問題的及時發(fā)現(xiàn)，還可以解決保溫管道常規(guī)檢測技術(shù)給生產(chǎn)帶來的停產(chǎn)停運(yùn)或拆除管道外裹保溫層的麻煩，并減少由此造成的經(jīng)濟(jì)損失。

(2)對于裂紋類缺陷的判定需要一定的經(jīng)驗(yàn)，建議在使用該項技術(shù)時，做一定量的模擬試驗(yàn)以及對比試驗(yàn)，以此提高裂紋缺陷的判讀準(zhǔn)確性。

(3)平板探測器尺寸較為固定,且不可彎曲,探測器側(cè)和射線源側(cè)的缺陷受到不同程度的放大,需對缺陷長度進(jìn)行修正計算方可得出實(shí)際值。對于大直徑管道，在空間受限情況下無法進(jìn)行100%檢測。

[1] 陳光，丁克勤，石坤.帶保溫層管道環(huán)焊縫射線數(shù)字檢測應(yīng)用研究[J].焊接技術(shù)，2012,41(1)：46-48.

[2] 丁戰(zhàn)武，丁春輝，胡熙玉，等.氨制冷管道的數(shù)字射線檢測[J].無損檢測，2016,38(11)：83-85.

Digital RadiographicTesting of High Temperature Pipeline in Service

Gu Jun

(ShanghaiPetrochemicalEquipmentInspection&TestingCo.,Ltd.，Shanghai200540 )

In view of the high temperature pipeline in service,the method of using X-ray digital imaging was put forward to solve the problem of on-line detection of the defects.Both experiments and application showed that test results of digital radiography was intuitive and can objectively determine defects based on the characteristics of defect image,which is helpful for evaluation of safe operation of the pipeline and timely detection of hidden dangers.

high temperature pipeline in service,digital radiography,on-line detection,defects

2016-12-14。

顧軍，男，1983年出生，2006年畢業(yè)于南京工業(yè)大學(xué)過程裝備與控制工程專業(yè)，工學(xué)學(xué)士，工程師，壓力容器壓力管道檢驗(yàn)師，無損檢測高級，主要從事壓力容器和壓力管道檢驗(yàn)檢測工作。

1674-1099 (2017)01-0054-04

TG115.28

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