石油化工壓力管道射線無(wú)損檢測(cè)質(zhì)量控制

張利園

海洋石油工程股份有限公司 天津 300452

壓力管道在化工生產(chǎn)環(huán)境中長(zhǎng)期使用會(huì)出現(xiàn)多種破壞性問(wèn)題，主要包括腐蝕、疲勞、蠕變、沖刷損耗等，為了保證壓力管道的正常運(yùn)行，必須采取相應(yīng)的檢測(cè)技術(shù)。有損檢測(cè)方法會(huì)對(duì)壓力管道造成一定傷害，并且檢測(cè)不便或精度不高。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在壓力管道檢測(cè)中的應(yīng)用愈加廣泛，同時(shí)也取得了很高的成就[1]。

1 壓力管道破壞形式

1.1 脆性破壞

在管道低應(yīng)力條件下可能產(chǎn)生脆性破壞問(wèn)題，主要是受到了低溫影響，脆性破壞面積較小且深，斷口部位迅速開(kāi)裂。如果管道生產(chǎn)中所使用的材料韌性不足就容易出現(xiàn)脆性破壞。所以在壓力管道設(shè)計(jì)、制造中，必須嚴(yán)格控制低溫制造工藝，并保證材料質(zhì)量。

1.2 疲勞破壞

壓力管道在實(shí)際運(yùn)行中會(huì)受到多種荷載作用，在各種載荷作用下可能發(fā)生沒(méi)有出現(xiàn)塑性變形直接產(chǎn)生斷裂。在疲勞破壞中，管壁應(yīng)力不會(huì)發(fā)生破壞，管道截面保持彈性，所以對(duì)管道變形作用不夠明顯。疲勞破壞可能會(huì)造成裂紋、斷裂情況，并且可以用肉眼觀察到破壞情況。

1.3 腐蝕破壞

①電化學(xué)腐蝕。在管道法蘭、彎頭部位最容易產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕，出現(xiàn)變薄情況。②點(diǎn)腐蝕。點(diǎn)腐蝕現(xiàn)象不容易察覺(jué)，主要存在于焊縫等受熱影響區(qū)域。③縫隙腐蝕。縫隙溶液滲透、阻礙等影響，加速管道縫隙腐蝕速率，多數(shù)存在于焊接缺陷部位。④晶間腐蝕。主要是在焊縫部位出現(xiàn)腐蝕，但不會(huì)減小壁厚或金屬色澤。⑤應(yīng)力腐蝕。受到介質(zhì)腐蝕以及拉應(yīng)力影響加速腐蝕，主要出現(xiàn)于奧氏體不銹鋼焊縫、熱影響區(qū)，同樣不容易被察覺(jué)，但有較大的破壞性。⑥氫腐蝕。氫離子進(jìn)入到金屬中會(huì)導(dǎo)致性能發(fā)生變化，主要出現(xiàn)在低合金鋼管、不銹鋼管中出現(xiàn)。

2 射線無(wú)損檢測(cè)技術(shù)

2.1 X 射線散射成像原理

X 射線散射成像技術(shù)利用的康普頓散射光子對(duì)物體成像，重構(gòu)物體內(nèi)部電子密度分布?？灯疹D散射檢測(cè)技術(shù)利用康普頓散射光子來(lái)獲得材料密度信息；如圖1 所示，探測(cè)系統(tǒng)由三部分組成：X 射線源、X 射線探測(cè)器和兩個(gè)準(zhǔn)直器組成。兩個(gè)準(zhǔn)直器開(kāi)孔的大小決定了探測(cè)單元體素的體積大小。根據(jù)Klein-Nishina 模型，計(jì)算入射X 射線能量分別為300，200，100keV 時(shí)，其康普頓散射截面跟角度的關(guān)系如圖2 所示?？梢?jiàn)散射截面與入射光子的能量和角度非常大的相關(guān)行。高能射線前向散射概率大，即大概率會(huì)穿透物質(zhì)；低能射線，背散射概率大。

2.2 把握管道的直徑和X 射線管的散射角兩者關(guān)系

現(xiàn)階段，常用X 射線機(jī)所產(chǎn)生周向的輻射線、長(zhǎng)輸管線環(huán)焊縫檢測(cè)，均需借助平面的陽(yáng)極靶才可完成。但平面的陽(yáng)極靶手段之下產(chǎn)生輻射角相對(duì)較小一些，并不符合國(guó)產(chǎn)25° X 射線管標(biāo)準(zhǔn)，故若處于相對(duì)較小焦距情況之下，針對(duì)于X 射線的檢測(cè)幾何條件和透照范圍各項(xiàng)因素控制，有著一定難度系數(shù)。如借助X 射線管道的爬行裝置，對(duì)于外徑為Φ325×12mm 管道的環(huán)焊縫，設(shè)它平面的陽(yáng)極靶所產(chǎn)生有效的輻射角β25°，帶入到tga=(L/2）r 該列式實(shí)施計(jì)算分析，a=β/2 當(dāng)中，L 代表有效輻射寬，r 代表管道直徑。經(jīng)計(jì)算分析后可了解到，有效輻射的寬度最終計(jì)算結(jié)果是72mm，若實(shí)操期間，借助寬度為80mm 膠片，則均勻透照的兩側(cè)和焊縫，均做好爬行裝置位置的精準(zhǔn)定位操作，以便于更好地把握長(zhǎng)輸管道的直徑和X 射線管的散射角兩者關(guān)系，為后期無(wú)損檢測(cè)實(shí)操工作順利實(shí)施奠定良好基礎(chǔ)[2]。

2.3 把握徑向和軸向精度的影響因素

無(wú)損檢測(cè)實(shí)施期間，若需上下坡，務(wù)必要關(guān)注爬行裝置自重這一方面因素，主要是因?qū)崪y(cè)期間，上下坡段和正常段定位精度有差異性存在，故實(shí)測(cè)期間，需結(jié)合實(shí)際的坡度，把偏差值有效把控至最合理范圍，把正常段定位距離當(dāng)成參照物加以校正處理，在后續(xù)定位操作期間，需以校正處理結(jié)果為依據(jù)事實(shí)。長(zhǎng)期使用管道爬行裝置，剎車和傳動(dòng)位置難免會(huì)有磨損或者老化情況出現(xiàn)。電子系統(tǒng)的穩(wěn)定性方面，主要包含著不同溫度條件下穩(wěn)定性、抗電磁的干擾和電路設(shè)計(jì)，焊接作業(yè)通常需和爬行裝置同步實(shí)施，焊接作業(yè)期間所產(chǎn)生電磁、電離，會(huì)和電子系統(tǒng)之間有干擾形成，此時(shí)務(wù)必要將屏蔽措施做好。爬行裝置實(shí)際運(yùn)行期間所遇溫度環(huán)境往往有差異存在，故溫度變化會(huì)影響到電子系統(tǒng)整體穩(wěn)定性，更會(huì)影響到定位，電路設(shè)計(jì)指令源在接近于射線機(jī)光時(shí)，射線機(jī)實(shí)際運(yùn)行期間，指令接受裝置會(huì)處于激發(fā)狀態(tài)，影響到它的性能，接受管實(shí)際靈敏度必然大大降低。對(duì)于精度偏差范圍確定，前文中提到射線有效的輻射范圍與管道直徑為正比例的關(guān)系，線性呈現(xiàn)著逐漸上升的趨勢(shì)。若設(shè)平面的陽(yáng)極靶25°實(shí)施計(jì)算分析，便可進(jìn)一步確定不同管徑條件下，有效輻射及偏差可允許的范圍。實(shí)測(cè)期間，對(duì)于定位精度實(shí)際范圍的確定，需要以全部片覆蓋的寬度為參考，盡量把控偏差范圍，將其控制到最適宜范圍內(nèi)，一般在±10mm 范圍之內(nèi)。

3 結(jié)語(yǔ)

從總體上來(lái)說(shuō)，X 射線科學(xué)技術(shù)屬于無(wú)損檢測(cè)一種常用技術(shù)手段，長(zhǎng)輸管道的無(wú)損檢測(cè)實(shí)踐工作期間，要求廣大技術(shù)員不僅要把握好X 射線科學(xué)技術(shù)實(shí)操要點(diǎn)，還需要結(jié)合實(shí)際的檢測(cè)情況及需求，對(duì)X 射線科學(xué)技術(shù)實(shí)操方案予以逐步優(yōu)化及完善，以確保X 射線科學(xué)技術(shù)優(yōu)勢(shì)得以發(fā)揮，保證長(zhǎng)輸管道的無(wú)損檢測(cè)實(shí)踐效果[3]。