DRT技術在壓力管道焊縫不停產檢測中的應用

殷曉杰, 吉莉紅, 易一平, 黎 鑫

(1.上海山友工程檢測有限公司，上海 200540；2.上海船舶工藝研究所，上海 200032；3.中國船舶集團有限公司 工程管理中心，北京 100097)

0 引 言

在我國很多行業中，例如石油、化工、船舶和發電廠等，較多壓力管道均長期處于運行狀態，導致壓力管道的組織性能劣化。在運行過程中，在腐蝕環境中或惡劣條件下會產生各種危險性缺陷(裂紋和厚度減薄等)，導致泄漏甚至引起爆炸等安全性事故。為保證壓力管道安全運行，需要定期對其進行在線檢測，以便盡早發現缺陷隱患。壓力管道受到保溫層、內部介質和表面溫度的影響，若采用常規射線檢測(Radiography Testing，RT)方法進行檢測，則需要停產并拆除保溫層，這樣需要投入更多的人力和物力，而停產會給企業造成較大的經濟損失。隨著數字化技術的迅速發展，一種新型的可替代膠片的數字射線成像(Digital Radiography，DR)技術在RT領域中得到應用。伴隨數字射線成像檢測(Digital Radiography Testing，DRT)技術日趨成熟，在RT領域中呈現多元化的檢測手段和檢測系統，為壓力管道焊縫不停產檢測增加一種更好的檢測方法。

1 DRT技術

1.1 基本原理

DRT是利用數字探測器和計算機技術實現RT，DR成像板分為非晶硅、非晶硒和電荷耦合器件(Charge-Coupled Device，CCD)等種類，由成像板上的晶體電路將X射線轉換為數字化，最后在計算機上顯示。

DRT系統在計算機射線成像檢測(Computed Radiography Testing，CRT)基礎上發展起來，利用數字化技術將透射圖像轉換為便于計算機處理的數字圖像，進行圖像處理分析和識別，得到檢測結論[1]。DRT技術在常規膠片成像的基礎上，借助計算機和數字圖像處理技術[2]，克服由膠片成像帶來的環境污染問題，提高工作效率，降低射線劑量和圖像噪聲，使圖像的對比度和清晰度具有較大的提高。DRT系統具有較大的寬容度，對于厚度變化范圍大的被檢工件，可實現一次透照成像。

1.2 技術優勢

常規RT是采用膠片進行記錄的一種無損檢測(Non-Destructive Testing，NDT)方法，利用射線膠片感光特性使其在透過射線的被檢材料中發生一定變化，經顯定影處理后得到底片。射線照射能量取決于底片各處的黑度變化程度，確定材料內部缺陷(裂紋、未熔合和未焊透等)。底片借助高強度工業觀片燈觀察，可看到由黑度差所造成的不同形狀影像，技術人員根據缺陷大小、數量和性質情況依據國家或行業標準評定試件質量。

與常規RT技術相比，DRT技術更高效、快捷，具有更高的動態范圍，存儲、調用和傳輸均較方便，數字圖像可在臺式計算機、手機、便攜式計算機和投影儀等設備上顯示和觀察；而常規RT技術通過膠片成像得到底片，只能通過專業的觀片燈觀察，且底片只有1套，在需要較大的存儲空間時調用和傳輸均比較麻煩。

DR圖像利用計算機可大量存儲，以數字電子化的方式進行管理[1]，不需要建立資料室進行底片存檔；而傳統膠片保存需要設置恒溫資料室，資料室的干濕度具有一定要求，不僅底片管理需要花費較多的人力和物力，而且隨時間的增加，底片逐漸變質、質量降低。

在DRT系統中，曝光結束即可得到圖像；探測器可固定在管道上，技術人員無須過多移動探測器，檢測速度快；設備自帶電源，提高野外和高空檢測能力，提高工作效率，降低檢測成本。

DRT系統的購買費用相對較高，但平板探測器可反復使用，在1 a或2 a內DR與膠片費用相當，從長遠來看DR成本遠低于膠片成本。

DRT系統消除在膠片沖洗過程中由顯影液、停顯影、定影液和水沖洗所產生的重金屬污水與有害廢水，對環境保護起到較大的作用。

從使用環境和成本來看，DR大幅優于膠片成像。從成像速度來看，膠片成像技術已遠不能滿足現代化生產過程的需求。隨著高新技術的不斷發展發展，DRT技術在許多領域逐步取代膠片成像技術。

2 DRT技術的實際應用

2.1 實例1——上海市某工廠壓力管道檢測

RT為定檢作業的一部分，對其中5條管線的42道焊縫進行RT。管道內的介質為蒸汽，其溫度為450 ℃；巖棉保溫層厚度為100 mm，外覆馬口鐵防水層；保溫層外溫度約45 ℃。管道規格(外徑×壁厚)分別為325 mm×13 mm、455 mm×14 mm、530 mm×16 mm，材質為15CrMo鋼，焊接方式為氬弧焊打底和焊絲電焊蓋面。該5條管線是企業生產的主要熱能供應來源，根據企業要求，在管道內存在介質的情況下，采用DRT方法進行不停產RT。

(1)設備選擇

系統由便攜式射線機、平板探測器、控制終端(手提式輕便計算機)影像處理軟件和輔助裝置等部分組成。

射線源為瑞士COMET公司的PXS EVO 300DS射線機：焦點為1.0 mm×1.0 mm；管電壓為150～300 kV，高頻恒壓；輻射角度為40°；穿透力強，最大穿透能力(A3鋼)為65 mm。

平板探測器(DR成像板)為比利時Xris公司的WA-P2530：非晶硅；閃爍體為Gd2O2S：Tb(硫氧化釓)；像素為139 μm；線對值為3.6 LP/mm；空間分辨率為4.0 LP/mm；模數轉換(Analog to Digital，A/D)為16 bits；通信接口為千兆網；平板探測器尺寸(長×寬×高)為460 mm×460 mm×268 mm(含內置鋰電池)；有效成像面積為427 mm×427 mm；像素矩陣為3 072×3 072 pixel；幀速率為4幀/15 s；量子檢測效率為65%；質量為2.3 kg；耐高能，滿足B級要求。

影像處理軟件為原廠軟件，滿足工業認證要求。利用Maestro軟件獨有的視頻實時曝光參數調節模式，操作員易于確立每道焊縫的曝光參數，避免重復測試和重復曝光。

(2)配置方案

平板探測器(DR成像板)為耐高壓便攜式設備，自帶電池工作，現場比較簡潔，方便作業和安全。射線機為高頻機，DR為較小像素尺寸NDT試板，可構建高靈敏度和高分辨率的檢測條件。Maestro軟件配置多種NDT檢測濾鏡，具有較好的低密度物質射線圖像處理能力，可輕易剔除保溫層和介質對圖像的信噪比影響。

(3)檢測方法

透照方式：采用雙壁單影透照，射線機應適當傾斜，保證主射線透照、成像灰度均勻；在采用靜態成像方式采集圖像時，圖像采集的重疊區域長度應不小于30 mm。

透照參數選擇：采用250～280 kV、幀/10 s的采集方式成像，以灰度、靈敏度、圖像分辨率和信噪比達到標準為要求，可根據圖像情況適當調節。

(4)圖像質量

滿足標準和企業的技術要求；測定圖像質量的像質計分為線型像質計和雙線型像質計。

(5)DR圖像

325 mm×13 mm規格的管道存在咬邊缺陷，如圖1所示。

圖1 咬邊缺陷

455 mm×14 mm規格的管道存在未焊透缺陷，如圖2所示。

圖2 未焊透缺陷

30 mm×16 mm規格的管道存在氣孔缺陷，如圖3所示。

圖3 氣孔缺陷

典型缺陷數字圖譜如圖4～圖7所示。

圖4 圓形缺陷(氣孔)

圖5 條形缺陷(夾渣)

圖6 未焊透、條形缺陷(夾渣)

圖7 未熔合缺陷

在壓力管道DRT中，系統成像能力穩定，工作量進度符合預期；采集的圖像符合成像質量，在后期圖像處理上，高對比度濾鏡和邊緣銳化濾鏡處理均必須使用，可較好剔除保溫層和防水覆管材料的成像影響，具有較好的目檢效果，不會出現漏檢和誤判的情況。

2.2 實例2——某特種設備安全監督檢驗研究院管道中心管道檢測

化工管道、蒸汽管道、熱力管道和低溫管道等設置保溫層，管道內存在介質，對這些管道進行不停產檢測。管道類型多，直徑規格為89～530 mm，共計1 020道焊口。為保證輻射安全，不能與其他工作同時作業。RT作業需要避開白天正常的工作時間，只能安排在晚上22點至第二天的6點進行，而整個項目的檢測作業時間只有15 d。若采用常規RT方法，在保證輻射安全的前提下，現場最多只能安排3組人員。每道焊口檢測需要30 min，每天每個作業點可檢測16道焊口，每天最大工作量為48道焊口(影響作業的其他因素忽略不計)。按正常時間推算，全部檢測時間最少需要22 d(176 h)。在與企業溝通后，在保證檢測質量的前提下，采用DRT方法進行檢測作業。

(1)設備選擇

射線檢測機為德國YXLON公司的產品：焦點尺寸為3.0 mm×3.0 mm；機頭尺寸(長×直徑)為775 mm×295 mm，質量為33.0 kg；輻射方式為定向；穿透能力為65 mm(鐵)；管電壓為50～300 kV(調節精度為1.0 kV/step)，恒電位；管電流為0.5～3.0 mA(調節精度為0.1 mA/step)；最大輻射角為40°～55°。該檢測機特點是輸出極其穩定，曝光時間相對縮短，大幅提高工作效率；管電壓、管電流和曝光時間等參數可通過鍵盤輸入，或調用預先設定的參數，多達100組；控制單元可對射線管頭自動識別，移動調整預熱程序，并可自動記錄近100組的曝光參數。

DR成像板為德國布魯泰克(PROTEC)公司的RAPIXX 4NDT：閃爍體為Csl(碘化銫)；像素為139 μm；調制傳遞函數為62%(1*1)@1.0LP/mm；線對值為3.6 LP/mm；灰階轉換為16 bits；有效成像面積為427 mm×427 mm；像素矩陣為3 072×3 072 pixel；幀速率為4幀/15 s；量子檢測效率為65%；材料類型為非結晶質硅樹脂；X射線能量為40～350 kV；工作溫度為10～75 ℃；濕度為10%～75%；防水等級為IPX3。

影像處理軟件為原廠軟件?；竟δ埽捍皩?；放大器；旋轉；自由旋轉；正負片；翻轉；剪切；注釋。特點：直觀的用戶界面；智能的自動備份功能；圖像自動處理(Automatic Image Processing，AIP)功能；程序不僅可在窗口運行，而且可在全屏模式下運行；具有不同的濾波。測量功能：長度、灰度值、歸一化信噪比和分辨率等圖像質量控制參數的自動測量和計算。輔助功能：區域窗位；測量；附加濾波器；傾斜；全屏；縮放；快速訪問工具欄；直方圖。

(2)DRT效果

DRT自動化程度高，檢測速度快，檢測效率高。整個檢測過程同樣安排3組人員，只用13 d即完成全部檢測任務，不僅降低人工成本，而且得到企業的好評。DRT效果如圖8～圖10所示。

圖8 加保溫棉的管道

圖9 外徑為219 mm、介質為天然氣、設置保溫層的管道

圖10 -30°、存在介質、帶鐵皮外殼、保溫厚度為200 mm的管道

3 結 語

常規RT無法對設置保溫層和存在介質的壓力管道進行檢測，而DRT技術不僅可解決該難題，而且可消除由停運、停產、停航或拆除管道保溫層等造成的經濟損失。DRT技術不使用膠片，即沒有暗室處理環節，可消除由暗室處理帶來的環境污染，對環境保護起到較大作用。