DRT技术在压力管道焊缝不停产检测中的应用

殷晓杰, 吉莉红, 易一平, 黎 鑫

(1.上海山友工程检测有限公司，上海 200540；2.上海船舶工艺研究所，上海 200032；3.中国船舶集团有限公司 工程管理中心，北京 100097)

0 引 言

在我国很多行业中，例如石油、化工、船舶和发电厂等，较多压力管道均长期处于运行状态，导致压力管道的组织性能劣化。在运行过程中，在腐蚀环境中或恶劣条件下会产生各种危险性缺陷(裂纹和厚度减薄等)，导致泄漏甚至引起爆炸等安全性事故。为保证压力管道安全运行，需要定期对其进行在线检测，以便尽早发现缺陷隐患。压力管道受到保温层、内部介质和表面温度的影响，若采用常规射线检测(Radiography Testing，RT)方法进行检测，则需要停产并拆除保温层，这样需要投入更多的人力和物力，而停产会给企业造成较大的经济损失。随着数字化技术的迅速发展，一种新型的可替代胶片的数字射线成像(Digital Radiography，DR)技术在RT领域中得到应用。伴随数字射线成像检测(Digital Radiography Testing，DRT)技术日趋成熟，在RT领域中呈现多元化的检测手段和检测系统，为压力管道焊缝不停产检测增加一种更好的检测方法。

1 DRT技术

1.1 基本原理

DRT是利用数字探测器和计算机技术实现RT，DR成像板分为非晶硅、非晶硒和电荷耦合器件(Charge-Coupled Device，CCD)等种类，由成像板上的晶体电路将X射线转换为数字化，最后在计算机上显示。

DRT系统在计算机射线成像检测(Computed Radiography Testing，CRT)基础上发展起来，利用数字化技术将透射图像转换为便于计算机处理的数字图像，进行图像处理分析和识别，得到检测结论[1]。DRT技术在常规胶片成像的基础上，借助计算机和数字图像处理技术[2]，克服由胶片成像带来的环境污染问题，提高工作效率，降低射线剂量和图像噪声，使图像的对比度和清晰度具有较大的提高。DRT系统具有较大的宽容度，对于厚度变化范围大的被检工件，可实现一次透照成像。

1.2 技术优势

常规RT是采用胶片进行记录的一种无损检测(Non-Destructive Testing，NDT)方法，利用射线胶片感光特性使其在透过射线的被检材料中发生一定变化，经显定影处理后得到底片。射线照射能量取决于底片各处的黑度变化程度，确定材料内部缺陷(裂纹、未熔合和未焊透等)。底片借助高强度工业观片灯观察，可看到由黑度差所造成的不同形状影像，技术人员根据缺陷大小、数量和性质情况依据国家或行业标准评定试件质量。

与常规RT技术相比，DRT技术更高效、快捷，具有更高的动态范围，存储、调用和传输均较方便，数字图像可在台式计算机、手机、便携式计算机和投影仪等设备上显示和观察；而常规RT技术通过胶片成像得到底片，只能通过专业的观片灯观察，且底片只有1套，在需要较大的存储空间时调用和传输均比较麻烦。

DR图像利用计算机可大量存储，以数字电子化的方式进行管理[1]，不需要建立资料室进行底片存档；而传统胶片保存需要设置恒温资料室，资料室的干湿度具有一定要求，不仅底片管理需要花费较多的人力和物力，而且随时间的增加，底片逐渐变质、质量降低。

在DRT系统中，曝光结束即可得到图像；探测器可固定在管道上，技术人员无须过多移动探测器，检测速度快；设备自带电源，提高野外和高空检测能力，提高工作效率，降低检测成本。

DRT系统的购买费用相对较高，但平板探测器可反复使用，在1 a或2 a内DR与胶片费用相当，从长远来看DR成本远低于胶片成本。

DRT系统消除在胶片冲洗过程中由显影液、停显影、定影液和水冲洗所产生的重金属污水与有害废水，对环境保护起到较大的作用。

从使用环境和成本来看，DR大幅优于胶片成像。从成像速度来看，胶片成像技术已远不能满足现代化生产过程的需求。随着高新技术的不断发展发展，DRT技术在许多领域逐步取代胶片成像技术。

2 DRT技术的实际应用

2.1 实例1——上海市某工厂压力管道检测

RT为定检作业的一部分，对其中5条管线的42道焊缝进行RT。管道内的介质为蒸汽，其温度为450 ℃；岩棉保温层厚度为100 mm，外覆马口铁防水层；保温层外温度约45 ℃。管道规格(外径×壁厚)分别为325 mm×13 mm、455 mm×14 mm、530 mm×16 mm，材质为15CrMo钢，焊接方式为氩弧焊打底和焊丝电焊盖面。该5条管线是企业生产的主要热能供应来源，根据企业要求，在管道内存在介质的情况下，采用DRT方法进行不停产RT。

(1)设备选择

系统由便携式射线机、平板探测器、控制终端(手提式轻便计算机)影像处理软件和辅助装置等部分组成。

射线源为瑞士COMET公司的PXS EVO 300DS射线机：焦点为1.0 mm×1.0 mm；管电压为150～300 kV，高频恒压；辐射角度为40°；穿透力强，最大穿透能力(A3钢)为65 mm。

平板探测器(DR成像板)为比利时Xris公司的WA-P2530：非晶硅；闪烁体为Gd2O2S：Tb(硫氧化钆)；像素为139 μm；线对值为3.6 LP/mm；空间分辨率为4.0 LP/mm；模数转换(Analog to Digital，A/D)为16 bits；通信接口为千兆网；平板探测器尺寸(长×宽×高)为460 mm×460 mm×268 mm(含内置锂电池)；有效成像面积为427 mm×427 mm；像素矩阵为3 072×3 072 pixel；帧速率为4帧/15 s；量子检测效率为65%；质量为2.3 kg；耐高能，满足B级要求。

影像处理软件为原厂软件，满足工业认证要求。利用Maestro软件独有的视频实时曝光参数调节模式，操作员易于确立每道焊缝的曝光参数，避免重复测试和重复曝光。

(2)配置方案

平板探测器(DR成像板)为耐高压便携式设备，自带电池工作，现场比较简洁，方便作业和安全。射线机为高频机，DR为较小像素尺寸NDT试板，可构建高灵敏度和高分辨率的检测条件。Maestro软件配置多种NDT检测滤镜，具有较好的低密度物质射线图像处理能力，可轻易剔除保温层和介质对图像的信噪比影响。

(3)检测方法

透照方式：采用双壁单影透照，射线机应适当倾斜，保证主射线透照、成像灰度均匀；在采用静态成像方式采集图像时，图像采集的重叠区域长度应不小于30 mm。

透照参数选择：采用250～280 kV、帧/10 s的采集方式成像，以灰度、灵敏度、图像分辨率和信噪比达到标准为要求，可根据图像情况适当调节。

(4)图像质量

满足标准和企业的技术要求；测定图像质量的像质计分为线型像质计和双线型像质计。

(5)DR图像

325 mm×13 mm规格的管道存在咬边缺陷，如图1所示。

图1 咬边缺陷

455 mm×14 mm规格的管道存在未焊透缺陷，如图2所示。

图2 未焊透缺陷

30 mm×16 mm规格的管道存在气孔缺陷，如图3所示。

图3 气孔缺陷

典型缺陷数字图谱如图4～图7所示。

图4 圆形缺陷(气孔)

图5 条形缺陷(夹渣)

图6 未焊透、条形缺陷(夹渣)

图7 未熔合缺陷

在压力管道DRT中，系统成像能力稳定，工作量进度符合预期；采集的图像符合成像质量，在后期图像处理上，高对比度滤镜和边缘锐化滤镜处理均必须使用，可较好剔除保温层和防水覆管材料的成像影响，具有较好的目检效果，不会出现漏检和误判的情况。

2.2 实例2——某特种设备安全监督检验研究院管道中心管道检测

化工管道、蒸汽管道、热力管道和低温管道等设置保温层，管道内存在介质，对这些管道进行不停产检测。管道类型多，直径规格为89～530 mm，共计1 020道焊口。为保证辐射安全，不能与其他工作同时作业。RT作业需要避开白天正常的工作时间，只能安排在晚上22点至第二天的6点进行，而整个项目的检测作业时间只有15 d。若采用常规RT方法，在保证辐射安全的前提下，现场最多只能安排3组人员。每道焊口检测需要30 min，每天每个作业点可检测16道焊口，每天最大工作量为48道焊口(影响作业的其他因素忽略不计)。按正常时间推算，全部检测时间最少需要22 d(176 h)。在与企业沟通后，在保证检测质量的前提下，采用DRT方法进行检测作业。

(1)设备选择

射线检测机为德国YXLON公司的产品：焦点尺寸为3.0 mm×3.0 mm；机头尺寸(长×直径)为775 mm×295 mm，质量为33.0 kg；辐射方式为定向；穿透能力为65 mm(铁)；管电压为50～300 kV(调节精度为1.0 kV/step)，恒电位；管电流为0.5～3.0 mA(调节精度为0.1 mA/step)；最大辐射角为40°～55°。该检测机特点是输出极其稳定，曝光时间相对缩短，大幅提高工作效率；管电压、管电流和曝光时间等参数可通过键盘输入，或调用预先设定的参数，多达100组；控制单元可对射线管头自动识别，移动调整预热程序，并可自动记录近100组的曝光参数。

DR成像板为德国布鲁泰克(PROTEC)公司的RAPIXX 4NDT：闪烁体为Csl(碘化铯)；像素为139 μm；调制传递函数为62%(1*1)@1.0LP/mm；线对值为3.6 LP/mm；灰阶转换为16 bits；有效成像面积为427 mm×427 mm；像素矩阵为3 072×3 072 pixel；帧速率为4帧/15 s；量子检测效率为65%；材料类型为非结晶质硅树脂；X射线能量为40～350 kV；工作温度为10～75 ℃；湿度为10%～75%；防水等级为IPX3。

影像处理软件为原厂软件。基本功能：窗宽；放大器；旋转；自由旋转；正负片；翻转；剪切；注释。特点：直观的用户界面；智能的自动备份功能；图像自动处理(Automatic Image Processing，AIP)功能；程序不仅可在窗口运行，而且可在全屏模式下运行；具有不同的滤波。测量功能：长度、灰度值、归一化信噪比和分辨率等图像质量控制参数的自动测量和计算。辅助功能：区域窗位；测量；附加滤波器；倾斜；全屏；缩放；快速访问工具栏；直方图。

(2)DRT效果

DRT自动化程度高，检测速度快，检测效率高。整个检测过程同样安排3组人员，只用13 d即完成全部检测任务，不仅降低人工成本，而且得到企业的好评。DRT效果如图8～图10所示。

图8 加保温棉的管道

图9 外径为219 mm、介质为天然气、设置保温层的管道

图10 -30°、存在介质、带铁皮外壳、保温厚度为200 mm的管道

3 结 语

常规RT无法对设置保温层和存在介质的压力管道进行检测，而DRT技术不仅可解决该难题，而且可消除由停运、停产、停航或拆除管道保温层等造成的经济损失。DRT技术不使用胶片，即没有暗室处理环节，可消除由暗室处理带来的环境污染，对环境保护起到较大作用。