X射線數(shù)字成像(DR)在天然氣管道焊縫探傷中的研究應(yīng)用

權(quán)濤（中油工程西南分公司四川石油天然氣建設(shè)工程有限責(zé)任公司，四川 瀘州646300）

近些年來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)與科技發(fā)展速度令人瞠目結(jié)舌，人民生活水平同樣獲得了質(zhì)的飛躍，這些都離不開(kāi)天然氣提供的能源。天然氣的開(kāi)采和使用大大提高了生產(chǎn)工作效率，也帶來(lái)了一定的問(wèn)題，例如天然氣運(yùn)輸設(shè)備和管道設(shè)備的檢測(cè)問(wèn)題。它雖然是一種熱值高、無(wú)污染的理想能源，同時(shí)也具有一定的危險(xiǎn)性，天然氣泄漏極易引發(fā)火災(zāi)核爆炸，為從業(yè)人員和附近居民的生命財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)威脅。本文結(jié)合生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)際問(wèn)題，分析目前最適合應(yīng)用于天然氣管道檢測(cè)的X 射線數(shù)字成像技術(shù)的使用策略。

1 天然氣簡(jiǎn)介

1.1 成分與用途

天然氣和石油等具有相似的誕生過(guò)程，都是古代動(dòng)植物尸體逐漸演化而來(lái)，但二者成分區(qū)別較大，天然氣當(dāng)中雖然混雜一些其它的氣體雜質(zhì)，但占據(jù)絕大部分的甲烷和為數(shù)不多的其它低分子烷烴都是清潔能源，燃燒后不會(huì)產(chǎn)生污染性氣體。而石油則不然，其燃燒產(chǎn)物中含有大量污染性氣體，本身的雜質(zhì)也具有毒性或者腐蝕性，在熱值和環(huán)保方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如天然氣。此外，使用天然氣來(lái)做飯燒水不會(huì)產(chǎn)生一氧化碳?xì)怏w，杜絕了煤氣中毒的可能性，天然氣運(yùn)輸也十分方便，且價(jià)格低廉，因此天然氣在近些年成為了我國(guó)居民家用的主要生活燃料，隨著燃?xì)庋b備設(shè)施的逐漸發(fā)展，部分汽車也開(kāi)始將其作為能源，以減少汽車尾氣對(duì)大氣的污染。

除了作為清潔燃料應(yīng)用于交通、家用、冶金等方面之外，天然氣還能作為化工原料生產(chǎn)其它有機(jī)物，它雜質(zhì)較少、便于處理，且能夠降低生產(chǎn)成本，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

1.2 天然氣的運(yùn)輸

我國(guó)天然氣的運(yùn)輸有兩種方式，其中液化天然氣的方式成本較高，且對(duì)設(shè)備有很高要求，需要采用專門(mén)的壓力容器來(lái)運(yùn)送，因此雖然它輸送能力高、具備較強(qiáng)的靈活性，但并未被廣泛使用，我國(guó)目前普遍采用的輸送方式仍然是管道運(yùn)輸，并且在短時(shí)間內(nèi)不會(huì)發(fā)生改變，因此提高天然氣管道的檢測(cè)技術(shù)、保障管道安全迫在眉睫。

天然氣的管道運(yùn)輸系統(tǒng)十分復(fù)雜和龐大，它包括從采氣井到用戶間的所有運(yùn)輸環(huán)節(jié)，一般來(lái)說(shuō)，天然氣從氣井中被開(kāi)采出來(lái)后會(huì)先運(yùn)往礦場(chǎng)的集輸管網(wǎng)，對(duì)其進(jìn)行凈化除雜和加壓后再將其運(yùn)往輸氣干線，然后通過(guò)長(zhǎng)達(dá)數(shù)公里的管道送往目標(biāo)城鎮(zhèn)的配氣管網(wǎng)，再根據(jù)用戶的需求為他們供氣。在整個(gè)送氣流程的每個(gè)環(huán)節(jié)，都不容有半點(diǎn)疏漏，尤其是在天然氣進(jìn)行集中運(yùn)輸和調(diào)配的場(chǎng)所，一旦發(fā)生泄漏，后果不堪設(shè)想。

1.3 天然氣的爆炸

天然氣與空氣的混合物中，當(dāng)天然氣濃度達(dá)到一定范圍后，若溫度足夠，就會(huì)引發(fā)爆炸，且溫度越高，爆炸范圍就越大，因此在某些化工企業(yè)中天然氣爆炸的危害會(huì)更大，而在夏季和氣溫較高的地區(qū)，天然氣泄漏更容易引發(fā)爆炸。

2 X 射線數(shù)字成像(DR)技術(shù)在天然氣管道焊縫探傷的應(yīng)用

2.1 X射線數(shù)字成像技術(shù)簡(jiǎn)介

X 射線數(shù)字成像技術(shù)起源于發(fā)達(dá)國(guó)家，在19 世紀(jì)后期，他們就已經(jīng)開(kāi)始研究和使用該技術(shù)，并在90年代末期基本實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化檢測(cè)。而過(guò)去我國(guó)一直采用的天然氣管道檢測(cè)技術(shù)是膠片照相檢測(cè)技術(shù)，X射線數(shù)字成像技術(shù)被引入我國(guó)的時(shí)間較短，實(shí)際應(yīng)用也較少，技術(shù)還不夠成熟。但隨著電子技術(shù)的發(fā)展，X射線探測(cè)器所給出圖像越來(lái)越清晰，分辨率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出膠片照相檢測(cè)技術(shù)，而且如今計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)十分成熟，在它們的輔助下，能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)態(tài)連續(xù)檢測(cè)，這標(biāo)志著該技術(shù)可以直接應(yīng)用于天然氣管道焊縫探傷。事實(shí)上，歐美國(guó)家已經(jīng)做過(guò)實(shí)驗(yàn)，在曝光量較低的條件下，采用X 射線數(shù)字成像技術(shù)能夠直接得到較為清晰的圖像，精準(zhǔn)判斷出管道有無(wú)傷損，大大提升了檢測(cè)效率。

2.2 原理

這項(xiàng)檢測(cè)技術(shù)的原理是讓穿透力極強(qiáng)的X 射線透過(guò)待測(cè)設(shè)備，根據(jù)不同厚度的材料對(duì)于射線的通透性來(lái)生成按照試件厚度變化的影像，利用信息技術(shù)呈現(xiàn)管道的內(nèi)部情況，從而獲得管道設(shè)備各個(gè)部分的厚度情況，判斷有無(wú)傷損。與傳統(tǒng)的膠片照相檢測(cè)方法相比，它增加了一些機(jī)械支撐和傳動(dòng)的硬件設(shè)備，和用于數(shù)據(jù)的采集、處理的軟件，在一定程度上增加了檢測(cè)成本，但減少了膠片照相必須的暗室處理環(huán)節(jié)，能夠節(jié)省時(shí)間。

2.3 優(yōu)點(diǎn)

2.3.1成像速度快

目前X 射線數(shù)字成像技術(shù)的成像速度早已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出膠片檢測(cè)技術(shù)，它能夠達(dá)到20mm/s以上，其檢測(cè)過(guò)程類似于醫(yī)院為人體拍攝X 光片，只需將設(shè)備緩慢通過(guò)射線發(fā)射裝置即可，且隨著設(shè)備通過(guò)就能夠在計(jì)算機(jī)上產(chǎn)生圖像，不需進(jìn)行其它處理，大大提高了檢測(cè)效率。

2.3.2能夠使用計(jì)算機(jī)保存數(shù)據(jù)

X射線的主要作用是檢測(cè)，而數(shù)據(jù)的分析、處理和保存都是由計(jì)算機(jī)來(lái)完成，傳統(tǒng)的膠片檢測(cè)技術(shù)所產(chǎn)生的圖像是紙質(zhì)的，容易出現(xiàn)受潮和氧化等情況，而且會(huì)自然褪色，清晰度降低，無(wú)法將其作為建立天然氣運(yùn)輸管道檔案的依據(jù)，也不能用于記錄管道維修損壞和維修情況，只能作為一次性用品。而計(jì)算機(jī)中的圖像可以長(zhǎng)時(shí)間保存，不會(huì)占據(jù)太多空間。

2.3.3遠(yuǎn)程診斷

計(jì)算機(jī)可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)將檢測(cè)圖像傳輸?shù)狡渌藛T處，提高文件傳輸效率，如此一來(lái)，就能夠請(qǐng)?jiān)撔袠I(yè)的專家?guī)兔ε袛喙艿赖那闆r，對(duì)于一些復(fù)雜情況還可以進(jìn)行網(wǎng)上會(huì)審，增加判斷結(jié)果的正確性和可靠性。

2.3.4對(duì)人體危害小

使用射線對(duì)天然氣管道進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，射線會(huì)對(duì)人體造成輻射，長(zhǎng)期從事該項(xiàng)工作的人員健康水平會(huì)降低，而利用計(jì)算機(jī)和電氣自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行操控后，可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)檢測(cè)，操作人員不必在輻射現(xiàn)場(chǎng)工作，因此不會(huì)受到損傷。

2.3.5消除污染

X射線數(shù)字成像技術(shù)唯一的危害就是對(duì)人體的輻射，解決這一問(wèn)題后，它節(jié)能環(huán)保、效率較高，不需進(jìn)行沖洗洗片環(huán)節(jié)，也不會(huì)產(chǎn)生廢液污水，避免了某些檢測(cè)方肆意排放洗片廢水、污染環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)。

2.4 注意事項(xiàng)

在使用X 射線數(shù)字成像技術(shù)對(duì)天然氣管道焊縫進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，需要將探傷機(jī)置于爬行器上，利用指令源操縱其運(yùn)行，使射線源的焦點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)焊縫，不可出現(xiàn)偏差。另外需要對(duì)每道焊縫進(jìn)行多次測(cè)量，綜合所得數(shù)據(jù)對(duì)其有無(wú)損傷進(jìn)行評(píng)判，以增加結(jié)果的可靠性。對(duì)于較長(zhǎng)運(yùn)輸管道的焊縫檢測(cè)，可使用車輛運(yùn)送設(shè)備，并采用無(wú)線傳輸技術(shù)來(lái)運(yùn)送信號(hào)。

2.5 影響因素

2.5.1對(duì)比度

提高檢測(cè)圖像與背景的灰度差值能夠提高對(duì)比度，從而提升圖片質(zhì)量，將管道焊縫內(nèi)部的特征清晰地檢測(cè)出。

2.5.2信噪比

噪聲會(huì)影響圖像的獲取，因此盡量降低甚至消除周圍環(huán)境中的噪聲，可以獲得更加清晰的圖像。另外可以通過(guò)增加曝光時(shí)間來(lái)減少散射噪聲的影響。

3 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，世界范圍都迎來(lái)了科技的迅猛發(fā)展，許多新型技術(shù)崛起，為各個(gè)行業(yè)帶來(lái)重大變革，X 射線數(shù)字成像技術(shù)作為一種無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，具有很大潛能，將其應(yīng)用于天然氣運(yùn)輸管道的焊縫檢測(cè)，可降低檢測(cè)成本、提高結(jié)果的可靠性，提升檢測(cè)水平。