CR檢測技術在長輸管道上的應用

張輝宇,張瑞軒

( 1.中石化集團勝利石油管理局 海上石油工程技術檢驗中心，東營 257064;2.南京大學 現(xiàn)代工程及應用科學學院,南京 210009)

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CR檢測技術在長輸管道上的應用

張輝宇1,張瑞軒2

( 1.中石化集團勝利石油管理局 海上石油工程技術檢驗中心，東營 257064;2.南京大學 現(xiàn)代工程及應用科學學院,南京 210009)

介紹了長輸管道檢測中使用計算機射線照相(Computered radiography,CR)技術的注意事項及要求，并以某工程管道中的CR檢測為例，對底片出現(xiàn)的典型影像進行了分析，介紹了偽缺陷和真實缺陷的評定方法，以供同行參考。

CR;IP；空間分辨率；雙線型像質(zhì)計；IQI；3D圖形

筆者在某國際工程長輸管道無損檢測中使用了計算機射線照相(Computered radiography,CR)技術，它由IP板、專用激光掃描儀、計算機硬件和專用軟件等組成，其能將IP板上的信息轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像。IP板是一種涂有稀土元素銪、鋇、氟化合物的柔性板，曝光后能以潛影形式儲存信息，可以代替膠片用于射線照相檢測。目前，CR檢測技術在國際長輸管道上的應用較為普遍。國際標準有ISO 17636-2《X和γ射線數(shù)字射線檢測技術》；EN 14784-2 《X和γ射線使用磷光影像屏計算機射線成像部分》；ASME V 《鍋爐及壓力容器規(guī)范 第V卷 無損檢測》第二部分的附錄Ⅷ《磷光影像屏射線照相檢驗》以及相關的ASTM 2007 《計算機射線成像標準導則》及ASTM 2445 《計算機射線成像系統(tǒng)長期穩(wěn)定及性能評估準則》等。筆者參與的此項工程執(zhí)行的CR檢測標準是ISO 17636-2，對于缺陷的評定執(zhí)行標準為API 1104 《管道及相關設施焊接標準(管道部分)》。

1　IP板、激光掃描儀和軟件系統(tǒng)的應用

CR技術最大的特點是檢測中使用IP板而無需暗室，可在陽光下操作且可反復擦除和讀寫。IP板理論上可重復使用約3 000次，實際應用中如果考慮環(huán)境因素影響可實際使用約1 500次左右。為了延長IP板的使用壽命，每次處理完一道焊口需要清潔CR成像板和專用激光掃描儀，將IP板裝在暗袋里。清潔IP板時應避免環(huán)境過于潮濕，因為IP板使用的是對水分敏感的熒光粉。潮濕環(huán)境中的水會使磷分解并釋放出碘，而碘吸收X射線后會產(chǎn)生藍光，而導致IP板成像速度的損失；水分不僅會導致圖像質(zhì)量問題，還會造成即時或未來的IP板損壞和圖像失真。

對IP板的清潔不當會影響IP板的使用壽命和圖像質(zhì)量。清潔時應使用干燥、干凈、柔軟的工具。CR底片上的偽缺陷大多是由于對IP板和激光掃描儀的清潔不徹底而造成的。

該工程使用的激光掃描儀是VMI 5100MS scanner，顯示器是巴克E 3620 灰度顯示器，現(xiàn)場采用GE-2005管道爬行器中心曝光法，管道壁厚為8.7 mm。由于采用IP板，現(xiàn)場曝光電壓普遍比傳統(tǒng)底片曝光電壓低20～30 kV,例如采用傳統(tǒng)底片曝光電壓230 kV，使用IP板曝光電壓200 kV即可。施工車中要求清潔，現(xiàn)場一般準備10道焊縫的IP板。工程采用平面尺寸(長×寬)為360 mm×80 mm的IP板。每道焊縫采用5張，一般先曝光10道焊縫，統(tǒng)一收片，現(xiàn)場掃描集中處理，5張底片可在掃描器上進行一次掃描，掃描2 min后即可以評定圖形。隨后將掃描后的IP板清潔后裝好，繼續(xù)重復使用。

2　檢測系統(tǒng)的工藝認證

CR檢測技術的圖像分辨率低于傳統(tǒng)射線底片的分辨率，其主要影響因素是激光掃描儀的掃描分辨率，及計算機系統(tǒng)的數(shù)字圖像處理效果。計算機對數(shù)字圖像的處理包括放大、縮小、分割、灰度變換、對比度變換性能等，處理效果決定了CR技術的空間分辨率是否達到標準要求。

對于該工程的檢測，美國VMI系統(tǒng)的IP板型號為Kodak308，VMI設備性能規(guī)格書提供的VMI檢測系統(tǒng)的空間分辨率(線對值)為4.0。此工程管線最小壁厚為8.7 mm，查詢1SO 17636-2標準中的表13(采用A級無損檢測技術最小圖像不清晰度要求)，可得最小空間分辨率線徑為0.13 mm,線徑加上線徑間隙就是0.26 mm,得到空間分辨率(線對值)為3.84。于是，按照ISO 17636-2附錄C 基礎空間分辨率的確定方法，采用雙線型像質(zhì)計在現(xiàn)場進行試驗來確定這套設備系統(tǒng)是否滿足要求，試驗結(jié)果滿足標準要求。

3　CR檢測圖形的分析

CR技術在提供普通底片的基礎上，還提供3D立體圖形(浮雕圖像)。射線檢測圖形屬于立體圖形的平面化，浮雕形式就是利用圖形的灰度映像將圖形都顯示在物體表面，以便更形象地進行觀察。對于這兩種形式圖形的評定，標準中規(guī)定以普通底片的評級為準。3D立體圖形僅作為輔助參考。

CR計算機的底片分析功能強大，如果在普通模式過濾底片IQI(像質(zhì)計，見圖1(a))，在焊縫上僅可見第9號絲(標準要求見到第7號絲)，在30～35位置處未發(fā)現(xiàn)缺陷；使用計算機中的不清楚影像過濾模式后得到的底片影像(見圖1(b)),可清楚發(fā)現(xiàn)缺陷圖形，而且可對CR圖形進行放大和縮小，以上功能是普通射線底片無法比擬的。

圖1　使用普通模式與不清楚影像過濾模式得到的底片影像對比

3.1偽缺陷影像

3.1.1焊絲、飛濺墜落引起的偽缺陷影像

焊絲、飛濺墜落在底片上的影像及3D圖像顯示，如圖2所示。

圖2　焊絲、飛濺墜落引起的偽缺陷影像

對圖2進行如下分析：

(1) 由于管道外徑×壁厚為φ508 mm×8.7 mm，周長為1 595 mm,則在800 mm處(管道6點的位置)為管道最低點，采用全自動焊接容易產(chǎn)生焊絲墜落和焊接飛濺。

(2) 根據(jù)ASME V標準，壁厚為8.7 mm時，要求達到IQI絲號為6號，底片可見。

(3) 采用3D圖像(浮雕)形式，對于75～80 mm的內(nèi)凹及飛濺缺欠，可清晰顯示。

3.1.2掃描儀故障造成的偽缺陷影像

掃描儀故障造成的偽缺陷影像如圖3所示,缺欠顯示為密集氣孔，偽缺陷有豎格、焊絲、長直白線。

圖3　掃描儀故障引起的偽缺陷影像

3.1.3IP板上的劃傷引起的偽缺陷影像

IP板上有劃傷時引起的偽缺陷影像，如圖4所示。

圖4　IP板上有劃傷引起的偽缺陷影像

3.1.4掃描儀或者IP板不清潔造成的不良影像

掃描儀或IP板不清潔造成的不良影像，如圖5所示。

圖5　掃描儀或IP板不清潔造成的不良影像

3.2缺陷圖形顯示

管道材質(zhì)為X65M，焊接采用STT(氣保護半自動根焊)打底，熱焊、填充和蓋面采用全自動焊接，焊接方法全部為下向焊。

3.2.1未焊透

未焊透顯示如圖6所示。由圖可見，由于未焊透就是表面缺陷，這種缺陷圖形在3D的顯示上較清晰，更形象化。

圖6　未焊透缺陷的底片與3D圖形顯示

3.2.2坡口未熔合

坡口未熔合的底片與3D圖形顯示如圖7所示。由圖可見，該缺陷處于返修位置5 mm深度處，為全自動焊接在熱焊層時，焊絲移動到坡口處停留時間短，焊接熱容量不足而造成的。從3D影像中看，缺陷在焊縫表面，為開口缺陷；但由于3D圖像是將平面圖形立體化后根據(jù)底片的灰度值形成的圖像，故實際上該缺陷屬于埋藏缺陷。

圖7　坡口未熔合缺陷的底片與3D圖形顯示

3.2.3氣孔

氣孔的底片與3D圖形顯示如圖8所示。由圖可見：該缺陷為密集氣孔，處于返修位置3～4 mm深度處，并不是3D圖形顯示的表面氣孔缺陷。

圖8　氣孔缺陷的底片與3D圖形顯示

3.2.4夾渣

夾渣的底片與3D圖形顯示如圖9所示。由圖可見：該缺陷為夾渣，處于返修位置6 mm深度處，并不是3D圖形顯示的表面夾渣缺陷。

圖9　夾渣缺陷的底片與3D圖形顯示

3.2.5連續(xù)氣孔

連續(xù)氣孔的底片與3D圖形顯示如圖10所示。由圖可見：缺陷為連續(xù)氣孔，處于焊縫內(nèi)，沒有浮出焊縫。

圖10　連續(xù)氣孔缺陷的底片3D圖形顯示

3.2.6內(nèi)凹

內(nèi)凹的底片與3D圖形顯示如圖11所示。由圖可見：內(nèi)凹在底片顯示中比較難評定，主要是內(nèi)凹的深度難于判斷；而依據(jù)3D圖形判定則比較直觀，利于評定。

圖11　內(nèi)凹缺陷的底片與3D圖形顯示

3.2.7內(nèi)部根部咬邊

內(nèi)部根部咬邊的底片與3D圖形顯示如圖12所示，API 1104中允許有根部咬邊存在。

圖12　內(nèi)部根部咬邊的底片與3D圖形顯示

3.2.8焊縫外表面蓋面層單層多道焊形成的影像

焊縫外表面蓋面層單層多道焊形成的影像如圖13所示。

圖13　焊縫外表面蓋面層單層多道焊形成影像

4　結(jié)語

介紹了長輸管道工程檢測中使用CR檢測技術的注意事項及要求；并以某工程管道中的CR檢測為例，對底片出現(xiàn)的典型影像進行了分析，介紹了偽缺陷和真實缺陷的評定方法，可供同行借鑒。

Application of CR Detection Technology in Long Distance Pipeline

ZHANG Hui-yu1,ZHANG Rui-xuan2

(1.Offshore Oil Engineering Technology Inspection Center,Sinopec Shengli Petroleum Administration Bureau， Dongying 257064,China;2.College of Engineering and Applied Science,Nanjing University,Nanjing 210009,China)

This paper introduced the precautions and requirements of computed radiography (CR) detection technology for long distance pipelines. A typical example in a project was taken to show how to analyze the typical film images and the pseudo defects. The defect evaluation method was also introduced,which might provide useful reference.

CR;IP;Basic spatial resolution;Duplex wire;IQI;3D image

2015-10-28

張輝宇(1970-),男，高級工程師，主要從事無損檢測工作。

張輝宇，E-mail: zhanghuiyu1970@163.com。

10.11973/wsjc201608015

TG115.28

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1000-6656(2016)08-0060-04