從法規標準及應用情況分析承壓特種設備DR檢測技術發展形勢

陳 樂*

（1.上海市特種設備監督檢驗技術研究院 2.天津市特種設備監督檢驗技術研究院 3.江蘇申港鍋爐有限公司）

0 引言

承壓特種設備無損檢測技術中，射線膠片照相優點是可得到直觀影像，長度方向定量準確，檢測結果能夠長期保存等，一直以來都被作為重要且常用的手段使用。但由于射線膠片照相技術檢測效率較低，且有化學污染的負面影響，其進一步應用和發展受到了限制。射線數字成像尤其是DR 檢測技術具有凸出顯的質量、效率、成本優勢，給射線檢測帶來了革命性的發展機遇，且在承壓特種設備制造企業被廣泛應用。但由于法規限制、人員意識或客觀局限因素等原因，在承壓特種設備安裝、修理、改造及定期檢驗過程中，DR 技術應用依然較為滯后。文章系統介紹了國內數字射線檢測相關標準的制定及特種設備法規對數字射線檢測技術的認可情況，分析了DR 檢測的優越性、局限性與應用案例，可為行業用戶選擇DR檢測技術提供一定借鑒意義。

1 數字射線檢測相關標準

20 世紀90 年代以來，歐美部分國家制定了一系列有關數字射線檢測技術的標準，大致可分為4 類：

（1）導則性標準，著重從物理方面介紹該項技術的各個方面，例如ASTM E2736—2017《數字探測器陣列射線成像指導標準》。

（2）系統性能評定標準，給出了系統性能的基本項目與測定方法，例如ASTM E2737—2010《數字探測器陣列性能評估和長期穩定性的標準實施規程》。

（3）檢測技術標準，多數具體規定了技術控制要求，但不同標準的規定與要求存在差異，例如ASTM E2698-2018《用數字探測器陣列進行射線照相檢驗的標準實施規程》。

（4）其他輔助器材類標準，例如ASTM E2002-2015《測定X 射線檢測和透視圖像不清晰度和基本空間分辨率的標準實施規程》，雙線型像質計等。

我國自20 世紀80 年代后期開始進行數字射線檢測相關研究，20 世紀90 年代初實時成像技術（RTR）成功應用于工業產品無損檢測并制定了相應的數字射線檢測標準。目前，數字射線工業檢測技術的理論、設備、工藝、標準等各方面已經基本成熟。2010 年以前，我國數字射線檢測技術主要標準可見表1。

表1 2010年以前國內發布的數字射線檢測技術相關標準

可以看出，2010 年前有關數字射線檢測標準均集中在RTR 檢測方面，幾乎未涉及DR。隨著射線探測器的多樣化發展和實際應用不斷深入，成像技術已經從單一的圖像增強器技術（RTR）發展為平板探測器技術（DR）和熒光成像板技術（CR），基于平板探測器的DR 檢測技術以其輻射接收范圍廣、動態范圍寬、檢測速度快、檢測圖像清晰等特點，在工業無損檢測中具有良好的發展前景。2010 年后，我國陸續發布的一系列數字射線檢測標準大多與DR 有關，詳見表2。

表2 2010年以后國內發布的數字射線檢測技術相關標準

檢測標準的制定發布情況說明了工業DR 檢測技術具有一定的優越性并被逐漸普及。其中，NB/T 47013.11—2015 標準規定了承壓設備焊接接頭DR 檢測技術和質量分級要求，包含相關術語定義、一般要求、檢測工藝、圖像質量及評定、質量分級、圖像保存與存儲、檢測記錄和報告。并在2018 年發布的NB/T 47013.11—2015 標準1 號修改單中，對壞像素要求、小徑管雙壁雙影透照圖像分辨率評價時透照厚度取管徑、靈敏度補償分辨率的限制條件、信噪比測量區域等細節進行了修訂。

2 DR檢測技術應用歷程

在承壓設備無損檢測數字射線檢測應用中， 20 世紀80 年代中后期，國內相關鍋爐廠率先使用實時成像檢測技術，該技術雖然具有快速、直觀、成本低廉等優點，但成像靈敏度、分辨率、信噪比較差。隨著DR 設備制造工藝不斷提高以及研究不斷深入，在很多場合，實時成像系統已經被DR 技術取代。2000年年初開始，經相關機構技術評審通過了企業標準，國內鍋爐廠逐漸開始使用DR 檢測新技術。隨后，相關容器制造廠也開始用DR 技術代替傳統膠片照相。

2.1 法規標準修制定對DR應用的影響

本文簡單回顧相關法規標準對于數字射線在承壓特種設備無損檢測中應用的限制。2006 年，國家質檢總局質檢辦特涵（2006）144 號《關于鍋爐壓力容器安全監察工作有關問題的意見》中規定：“承壓設備無損檢測執行JB/T 4730—2005（替代之前的GB/T 3323）, JB/T 4730—2005 于2015 年 由NB/T 47013—2015替代。”因此，在承壓設備行業中，JB/T 4730—2005及NB/T 47013—2015成為了無損檢測強制性標準。TSG G0001—2012《鍋爐安全技術監察規程》、TSG R004—2009《固定式壓力容器安全技術監察規程》、TSG G0001—2012《壓力管道安全技術監察規程》等法規均明確規定：無損檢測方法應符合NB/T 47013—2015標準（JB/T 4730—2015）要求。所以，NB/T 47013.11—2015未發布以前，承壓特種設備DR應用需通過相關機構組織的技術評審并獲總局批準才能使用，僅局限于部分需求量較大且具有一定技術積累的鍋爐容器制造廠中應用。

鑒于DR 檢測技術需求的日益增長，2015 年國內發布了NB/T 47013.11—2015 標準，承壓設備DR檢測迎來了春天。隨即，在2016 年發布的TSG 21—2016《固定式壓力容器安全技術監察規程》中，已明確提出：“壓力容器對接接頭應當采用射線檢測（包括膠片感光或者數字成像）”，此后，DR 檢測在承壓設備無損檢測應用的前景逐漸明朗。

在鍋爐、壓力管道無損檢測中，TSG G0001—2012《鍋爐安全技術監察規程》與TSG D0001—2009《壓力管道安全技術監察規程》由于發布年限較早，未提及數字射線檢測的應用。后期的TSG G7002—2015《鍋爐定期檢驗規則》與TSG D7005—2018《壓力管道定期檢驗規則——工業管道》以及TSG 11—2020《鍋爐安全技術規程》中也并未明確提出數字射線的適用性。所以，雖然檢測標準已發布，但鍋爐、壓力管道DR 檢測應用受法規限制仍未能普及。值得注意的是，GB/T 37368—2019《埋地鋼質管道檢驗導則》中提出：“無損檢測一般按照SY/T4109 或NB/T 47013—2015（所有部分）執行”，一定程度上可理解為認可了DR 在埋地鋼質管道檢驗中的應用。

2.2 人員意識及客觀局限對DR應用的影響

對于鍋爐、壓力管道DR 檢測應用的限制，目前存在兩種認知：（1）TSG G001—2012 及TSG11—2020 規范已將NB/T 47013—2013 標準（JB/T4730）認定為無損檢測強制性標準，當增加NB/T 47013.11—2015 部分時，已默認為認可DR 檢測技術；（2）數字射線與傳統膠片照相技術差異較大，雖然目前數字射線人員資質考核取證制度已落實，但單位資質取證制度尚未實施，而且很多監檢機構數字射線檢測人員資質取證相對滯后，其并無對數字射線檢測過程及結果進行有效監督的能力。出于謹慎考慮，DR 檢測并不能完全與傳統膠片照相相提并論，相關規程中所提及的射線檢測也只僅限于膠片照相。所以，目前除相關制造廠外，安裝、改造或定期檢驗現場應用DR 技術相對膠片照相來說還是較少，個體原因分析如下：

（1）部分規程并未像TSG 21—2016 那樣明確認可DR 技術替代膠片照相，出于謹慎考慮，檢驗檢測單位、委托方和監檢機構，更傾向于傳統膠片照相；

（2）DR 系統平板探測器及相應高頻恒壓射線機造價較高，只有在制造廠拍片數量巨大的前提下，才能保證降低檢測成本；

（3）平板探測器對溫度、濕度要求較高，某些現場檢驗環境較差，DR 檢測不適用；

（4）DR 檢測的優勢是配合檢測工裝實現高速檢測，而安裝或檢驗現場被檢焊縫規格不一，采用固定射線機和平板探測器檢測都比較困難，更無法發揮檢測工裝的作用，此時DR 檢測并不能提高檢測效率。

對于DR 技術是否可以用于鍋爐、壓力管道無損檢測，筆者認為，相關檢驗規程已經認可NB/T 47013—2015 標準做為無損檢測執行標準，那么當NB/T 47013.11—2015 標準發布時，DR 應用于承壓設備無損檢測已無任何法規限制障礙，理應大力推廣DR 檢測在承壓特種設備無損檢測的應用。

3 DR檢測技術優越性與局限性

3.1 DR技術的優越性

雖然目前承壓特種設備DR 檢測規模仍無法與膠片照相相提并論。但不可否認，DR 檢測相對于膠片照相具有較大的優勢：

（1）成像速度快，一般一次透照成像時間為10～20 s，配合檢測工裝檢測效率大大提高， 并且與其他設備組成生產線，例如，在鍋爐制造企業，DR 檢測系統與小口徑直管機械焊機、彎管機配合使用組成生產線，實現過熱器、再熱器及省煤器等蛇形管屏制造的在線檢測；

（2）不消耗膠片，無暗室處理過程，不產生廢液污染環境；

（3）DR 系統具有更高的動態范圍，更高的對比度及較大的曝光寬容度；

（4）檢測結果為數字圖像，相對傳統膠片的底片庫，DR 所需存儲成本低，且數字圖像質量不會因保存時間過長而質量退化；

（5）數字圖像可通過圖像處理提高圖像質量（例如增強處理），有利于觀察和提高缺陷識別度；

（6）形成的電子文檔資料數據庫可通過先進的軟件實現高水平的管理，檢索、查找、統計、調用快速方便。

（7）獲得的數字圖像可采用人工智能技術實施缺陷自動識別和預警，大大提高評定效率，降低人為主觀誤差。

3.2 DR技術的局限性

任何一項無損檢測技術并非完美，在某些應用場合，DR 技術并非全優于膠片照相，也存在一些缺點：

（1）設備采購成本高，目前僅購置探測器和高頻恒壓射線機就需上百萬，定制檢測工裝也價格不菲；

（2）DR 系統圖像空間分辨率差于膠片照相（平板探測器像素尺寸目前均為100～200 μm，而膠片碘化銀顆粒可達10 μm 甚至更小）；

（3）平板探測器對溫濕度環境要求相對較高，且累計接收射線劑量到一定量時探測器性能下降，壽命降低；

（4）平板探測器不可彎曲貼合工件，影響環縫成像質量，特別是幾何畸變增大導致缺陷影像與實際偏差變大；

（5）DR 檢測系統后期維護及保養費用高，對成像軟件的維護一般分包給相應的DR 檢測軟件開發企業，對射線機保養人員的能力要求比普通射線機高，目前大部分企業對DR 檢測系統中射線機保養是分包給專業的維修企業。

（6）在生產線上的DR 檢測系統一旦需要維修，維修成本高，維修周期長，在線檢測時，一般會導致整條生產線停滯。

4 DR檢測應用案例

隨著承壓特種設備相關法規標準的不斷完善，DR 檢測技術在某些場合已發揮了不可替代的作用，應用前景也非常廣闊。

4.1 長輸管道DR檢測

在管道建設工程中，傳統膠片照相檢測方法存在檢測結果難以遠程傳輸或評定，黑度寬容度低曝光參數不易掌握，且易造成環境污染等缺點。在不可使用管道爬行器實施周向曝光時，雙壁單影膠片照相效率極低。由于管道規格相對穩定，結構簡單，使用DR檢測技術，配合檢測工裝，可遠程控制射線機與平板探測器的運動，并即時獲得檢測結果，如圖1 所示。使用DR 檢測技術可使檢測效率極大提高，也大大降低了檢測人員勞動強度。

圖1 管道DR檢測現場

4.2 鍋爐受熱面管DR檢測

鍋爐制造廠中鍋爐受熱面管數量多，對接焊縫采用傳統膠片照相雙壁雙影透照2 次或3 次，勞動強度大，成本高且效率低。引入DR 檢測技術，通過手柄控制檢測工裝快速傳送受熱面管至曝光區域，透照一次后旋轉指定角度繼續透照，完成整圈對接焊縫檢測后迅速傳送出去。圖2 為某鍋爐廠小管DR 檢測操作臺，對 51 mm×6.5 mm 小管環縫透照3 次（含進出曝光區域），1 min 以內即可完成檢測。

圖2 管道DR檢測現場

4.3 容器DR檢測

壓力容器縱環縫檢測采用DR 檢測工裝運送至曝光室，檢測全程可通過視頻監控和控制手柄以及圖像實時預覽調整透照部位，直至完成指定縱、環縫DR檢測，如圖3 所示。在固定產品流水線上，還可以設計透照評定完成后系統軟件自動出具檢測報告。

圖3 容器DR檢測工裝

4.4 管道管板角焊縫DR檢測

特制的DR 系統可實施管子管板角焊縫DR 檢測。棒陽極與平板探測器構成一體機，成像區域由4 塊面陣列探測器拼接而成，如圖4 b）所示。透照方式與采用膠片檢測方式相同，為向后透照方式，檢測和評定標準可參考NB/T 47013.2—2013 標準附錄A。通過陣列探測器快速成像，檢測效率大大提高，檢測現場可見圖4 a）。

圖4 管子管板角焊縫DR檢測

4.5 在役壁厚（腐蝕）測量

在役腐蝕檢測通常是指在射線數字圖像上進行厚度測量，主要用于包覆隔熱層的在役管道。通過壁厚方向切向透照，獲得管道壁厚部位輪廓圖，如圖5 a）所示。利用系統軟件尺寸標定功能，對已知標定物進行尺寸標定，并測量壁厚，如圖5 b）所示。該技術可實現管道在運行工況下進行壁厚監控和隱患排查工作，在有效校準情況下確保檢測結果精確可靠。

圖5 DR管道壁厚測量

5 結語

承壓特種設備運行環境復雜，一旦發生事故將造成較大危害，對設備制造、安裝、檢驗檢測要求較為嚴苛。DR 檢測是一項無損檢測新技術，在推廣應用過程中不可避免存在一些自身或客觀障礙，隨著探測器制造工藝、圖像處理、人工智能等技術不斷提高，DR 檢測技術將會進一步發揮高質、高效、經濟的突出優勢，在更多場合有效替代傳統膠片照相檢測。相應的承壓特種設備法規標準也在DR 檢測技術方面逐步完善。在高質量發展的信息化時代，DR 檢測技術被不斷普及，在助力裝備制造、民生建設、安全生產的道路上，必將大放異彩。