在役高温管道的数字射线检测

顾 军

(上海石化设备检验检测有限公司，上海200540)

在役高温管道的数字射线检测

顾 军

(上海石化设备检验检测有限公司，上海200540)

针对在役高温管道，提出利用X射线数字成像的方法解决其缺陷在线检测的问题。通过试验及工程应用证实，数字射线检测结果直观，能够客观地根据缺陷图像特点判定缺陷，有助于管道安全运行的评价和隐患问题的及时发现。

在役高温管道 数字射线 在线检测 缺陷

在石油化工行业，部分管道长期高温运行，引起了组织性能的劣化，使用过程中会发生减薄以及产生裂纹，导致管道泄漏甚至引起爆炸。常规检测方法由于受到保温层的影响无法实施检测，为了保证在检验周期内管道的安、稳、长、满、优运行，迫切需要实现管道缺陷隐患的在线检测。随着计算机及电子技术的快速发展[1]，射线数字成像检测技术得到了飞速发展，其优势为无胶片的图像存储和传输，丰富的图像处理技术拓展了射线数字成像的应用范围，另外还可以根据实际情况及时改变透照参数以取得最佳的检测图像。数字射线检测技术(Digital Radiographic Testing)是能够获得数字化图像的检测技术[2]，检测结果直观。2015年国家能源局发布了NB/T47013—2015《承压设备无损检测》，这是X射线数字成像的行业标准，法规标准的实施为数字射线(DR)检测技术的应用提供了依据。

1 数字射线检测技术

1.1 基本原理

X射线数字成像是基于射线的穿透特性和衰减特性，利用射线的光、电转换材料和图像传感器来获得可被显示和记录的数字图像，成像原理见图1。

图1 X射线数字成像原理示意

被检测物体接受X射线照射，由于密度和厚度的差别，使得穿透射线的强度发生了改变；探测器内部的转换屏将穿透射线转换为可见光或电子从而被图像传感器记录；通过外围电路读出图像传感器像元记录的电信号并进行数字化处理后，将图像数据发送至计算机系统进行显示、处理和存储。

1.2 DR检测系统

数字射线检测(DR)系统由射线机、非晶硅成像板、成像及显示控制单元、计算机软件、电缆、电源线、网线等组成。试验采用DeReO WA-P4040探测器，其参数为：非晶硅型平板；质量11 kg；尺寸(长×宽×高)610 mm×600 mm×30 mm，有效面积范围400 mm×400 mm；像素尺寸200 μm；灰度等级14 bit；使用温度-20～50 ℃。射线机采用GemX-200，最大管电压200 kV；焦点尺寸为0.5 mm×0.7 mm。计算机系统采用DELL Inspiron高分辨率图像工作站，软件系统采用DeReO探测器配套的Maestro 4.0版本，能实现探测器和射线机的同步软件控制。

2 试样的准备与试验

2.1 试样的准备

化工装置压力管道在使用过程中易产生裂纹及减薄等危害性缺陷，考虑到模拟试验的可靠性，所选试样的规格应与检测对象相同，缺陷类型与使用过程产生的缺陷相似。试验采用运行过程中产生应力腐蚀裂纹更换下来的管道管件及制作的带有内凹和一定深度的人孔刻槽试样。试样规格如表1所示。

表1 试样规格

2.2 模拟试验

(1)被检对象在生产工况下，其温度超过100 ℃。因平板探测器的最高允许温度为50 ℃，因此在实际检测时，管道的保温棉不可拆除。保温棉厚度的存在导致缺陷的对比不清晰度降低，因此试验时对试样进行60 mm厚的保温棉包裹。

(2)为了更好地检出裂纹，需要有较好的裂纹检出角，常规射线检测时89 mm以下管径的管道需透照两次，114 mm管径的管道则需透照5～6次。而平板探测器因具备一定的体积且不可弯曲，现场因空间有限及结构复杂等原因一般只能满足两次透照。因此对两种规格样管进行两次间隔180度双壁单影成像，以满足检测可靠性要求。

(3)现场检测时，管道内部为液体物料。考虑实际物料的密度与水近似，模拟试验时样管内部充满水。

(4)具体的DR检测参数见表2。

表2 DR检测参数

2.3 对比试验

为了更好地判别缺陷，在模拟试验后，将保温棉拆除，利用同等管电压、管电流、曝光时间及焦距技术参数进行了无保温棉对比试验。

3 试验结果分析

模拟试验中相质计等级达到要求，可以发现裂纹、内凹、人工刻槽等缺陷。114 mm管径试样进行两次透照时可以满足检测可靠性要求。由于平板探测器有一定的显示面积，双壁单影透照时，靠近源侧的焊缝中的缺陷影像也可以显示出来，此时的影像清晰度较差。试验时根据制定的工艺参数发现能量偏低，89 mm管径管电压需要达到160 kV，114 mm管径管电压需达到200 kV，因此及时进行了调整，这也体现了常规射线无法比拟的优越性。部分模拟试验见图2～4，从这些对比试验中发现：由于保温棉的存在，使得缺陷长度大于缺陷实际长度，缺陷对比不清晰度与没有保温棉时相比有所降低，裂纹尖端特征不够明显。这也是数字射线灵敏度低于射线胶片灵敏度以及保温棉的存在所致。

图2 1#试样DR检测图像(缺陷)

图3 2#试样DR检测图像

图4 3#试样DR检测图像

4 工程应用

4.1 案例1

某化工厂粗苯胺管道的保温层厚度60 mm，管道规格Ф114.3 mm×6 mm，材质为316L，使用温度205 ℃，考虑到使用过程中有应力腐蚀倾向，对其中8道焊口进行在线数字射线检测。

4.1.1 检测方法

拆除焊口外表面铝皮，平板探测器贴着保温棉捆绑，焦距选择试验时的500 cm，管电压200 kV，管电流1 000 μA，帧数18，射线时间23 s。

4.1.2 检测结果

经检测发现，1-DR3焊口存在一处类似缺陷的影像(见图5)，垂直于焊缝长度方向，对比不清晰度偏低，类似裂纹。结合试验分析，由于保温棉的存在减低了对比不清晰度，此影像与试验时的裂纹影像相似，故判定此缺陷为裂纹。

图5 1-DR3焊口裂纹DR检测图像

4.1.3 结果验证

发现裂纹后，用户对此处进行了打抱箍处理，3个月后再次对此处进行在线DR检测，拆出铝皮时发现已有液体泄漏(见图6)。

图6 1-DR3焊口泄漏现场照片

4.2 案例2

某化工厂甲苯二异氰酸酯(TDI)管道，保温层厚度约为60 mm，管道规格Ф89 mm×5 mm，材质316L，使用温度105 ℃，考虑到使用过程中可能有应力腐蚀倾向，对其中14道焊口进行在线数字射线检测。

4.2.1 检测方法

拆除焊口外表面铝皮，平板探测器贴着保温棉捆绑，焦距选择试验时的500 cm，管电压160 kV，管电流1 000 μA，帧数18，射线时间23 s。

4.2.2 检测结果

其中有两道口因空间位置狭小，探测器无法放置未进行检测，其余12道焊口发现两处减薄，影像与试验时的内凹缺陷显示类似。通过灰度比对分析，一处减薄约15%(折合减薄1.5 mm)，一处减薄约8%(折合减薄0.8 mm)，分别为2-DR3、2-DR4,具体见图7～8。

图7 2-DR3焊口减薄图像

图8 2-DR4焊口减薄图像

4.2.3 结果验证

对两处减薄部位采用高温测厚仪和高温耦合剂进行测厚，发现2-DR3最薄处为3.4 mm，2-DR4最薄处为4.1 mm。减薄量与数字射线检测结果基本吻合。

5 结语

(1)通过工程实际应用证明，数字射线技术可以应用于在役高温管道，对于使用过程中产生的裂纹类缺陷及减薄可以高效率识别检出，便于在役或超期服役管道安全运行的评价及对隐患问题的及时发现，还可以解决保温管道常规检测技术给生产带来的停产停运或拆除管道外裹保温层的麻烦，并减少由此造成的经济损失。

(2)对于裂纹类缺陷的判定需要一定的经验，建议在使用该项技术时，做一定量的模拟试验以及对比试验，以此提高裂纹缺陷的判读准确性。

(3)平板探测器尺寸较为固定,且不可弯曲,探测器侧和射线源侧的缺陷受到不同程度的放大,需对缺陷长度进行修正计算方可得出实际值。对于大直径管道，在空间受限情况下无法进行100%检测。

[1] 陈光，丁克勤，石坤.带保温层管道环焊缝射线数字检测应用研究[J].焊接技术，2012,41(1)：46-48.

[2] 丁战武，丁春辉，胡熙玉，等.氨制冷管道的数字射线检测[J].无损检测，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。

顾军，男，1983年出生，2006年毕业于南京工业大学过程装备与控制工程专业，工学学士，工程师，压力容器压力管道检验师，无损检测高级，主要从事压力容器和压力管道检验检测工作。

1674-1099 (2017)01-0054-04

TG115.28

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