CR與DR檢測技術(shù)在壓力管道中的應(yīng)用對比分析

摘 要：在我國科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的過程中，計算機射線照相和數(shù)字射線成像已廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，尤其是在壓力管道的無損檢測中表現(xiàn)出顯著的優(yōu)勢。CR技術(shù)利用成像板（簡稱IP板）代替膠片作為記錄介質(zhì)，通過激光掃描轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；而DR技術(shù)則通過直接或間接轉(zhuǎn)換的方式，利用平板探測器快速獲取圖像。該文從2種檢測技術(shù)的成像原理、實際應(yīng)用和成像質(zhì)量等方面進行詳細對比，結(jié)果表明CR檢測技術(shù)雖然與膠片照相法的方式幾乎一致，但是這種檢測技術(shù)具有較高的檢測效率，并且環(huán)境適用性較強，可以滿足壓力管道中的日常檢測需要。而DR技術(shù)因其更高的成像效率和更佳的圖像分辨率，更適用于高吞吐量和高精度要求的場合。

關(guān)鍵詞：CR；DR；管道；焊縫檢測；應(yīng)用對比

中圖分類號：TQ055.8 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2024）29-0193-04

Abstract： With the rapid development of science and technology in China， computer radiography and digital radiography have been widely used in the industrial field， especially in the non-destructive testing of pressure pipelines. CR technology uses imaging board （referred to as IP board） instead of film as recording medium to convert digital signals through laser scanning， while DR technology uses flat panel detectors to quickly obtain images by means of direct or indirect conversion. In this paper， the imaging principle， practical application and imaging quality of the two detection techniques are compared in detail. The results show that although the CR detection technology is almost the same as the film photography method， this detection technology has high detection efficiency and strong environmental applicability， which can meet the needs of daily inspection in pressure pipelines. DR technology is more suitable for situations with high throughput and high precision because of its higher imaging efficiency and better image resolution.

Keywords： CR; DR; pipeline; weld inspection; application comparison

我國經(jīng)濟的快速發(fā)展使人們對資源的需求量不斷增加，而在液態(tài)或者汽態(tài)資源運輸過程中，經(jīng)常出現(xiàn)因為壓力管道破裂造成的安全事故，這不僅會威脅工作人員的生命安全，還會對企業(yè)的日常運營造成影響。壓力管道作為輸送液體或氣體的關(guān)鍵設(shè)施，在石油、化工、核能等行業(yè)中具有舉足輕重的地位。這些管道在長期的運行過程中，經(jīng)受著腐蝕、磨損、疲勞等多種負荷作用，可能引發(fā)管道的損傷和缺陷。因此，定期進行無損檢測以保證其安全運行是至關(guān)重要的。傳統(tǒng)的射線膠片檢測因其較低的靈敏度、復(fù)雜的化學(xué)處理過程和環(huán)境污染問題逐漸被現(xiàn)代數(shù)字射線檢測技術(shù)所取代。CR和DR技術(shù)的出現(xiàn)，為壓力管道的無損檢測提供了新的解決方案。

1 無損檢測技術(shù)在壓力管道檢查中的應(yīng)用背景

壓力管道作為輸送石油、天然氣、化工產(chǎn)品等介質(zhì)的重要工業(yè)元件，其能否安全穩(wěn)定地運行直接關(guān)系到能源供應(yīng)的連續(xù)性和生產(chǎn)安全。而且，在壓力管道中存儲的介質(zhì)通常具有易爆易燃、有毒等性質(zhì)，一旦發(fā)生泄露就會出現(xiàn)爆炸、污染環(huán)境等現(xiàn)象，嚴重的還會出現(xiàn)人員傷亡。在壓力管道運行過程中，往往會受到多種應(yīng)力和環(huán)境因素的影響，包括腐蝕、沖蝕、疲勞載荷、溫度變化和外部機械損傷等。這些影響會導(dǎo)致管道材料性能退化，產(chǎn)生裂紋、點蝕、壁薄和其他缺陷。隨著管道老化，這些缺陷如果不被及時發(fā)現(xiàn)和處理，可能會變?yōu)閲乐氐陌踩[患。為了提升壓力管道的使用壽命，保證壓力管道的安全運行，需要對其進行定期檢查，傳統(tǒng)的破壞性檢查雖然可以提供有效的檢測結(jié)果，但是也會影響壓力管道的運行，所以，非破壞性檢測技術(shù)成為了壓力管道檢查中的首選技術(shù)，因為它可以在不影響管道正常運行的前提下發(fā)現(xiàn)潛在的缺陷和問題[1]。

無損檢測技術(shù)涵蓋多種方法，不同的技術(shù)適用于檢測不同性質(zhì)的缺陷。典型的NDT技術(shù)包括超聲波檢測（Ultrasonic Testing， UT）、磁粉檢測（Magnetic Particle Testing， MPT）、液體滲透檢測（Liquid Penetrant Testing， LPT）、射線檢測（Radiographic Testing， RT）等。射線檢測，特別是計算機射線照相（CR）和數(shù)字射線成像（DR），在檢查壓力管道缺陷時能提供高分辨率的圖像，適合檢測焊縫質(zhì)量、管道腐蝕、壁厚減薄等問題。CR和DR技術(shù)能夠提供更加清晰、詳細的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖像，為評估管道的健康狀況、預(yù)測潛在的故障點提供了強有力的工具[2]。

2 CR技術(shù)與DR技術(shù)對比

2.1 CR技術(shù)的基本原理

在射線檢測過程中如果使用成像板（簡稱IP板）代替?zhèn)鹘y(tǒng)的膠片作為記錄媒介，在將其進行曝光后利用CR掃描儀進行讀取，裝置中的激光掃描IP板，激發(fā)出儲存的能量并產(chǎn)生熒光。這些熒光被光電倍增管或其他光電探測器捕獲，并轉(zhuǎn)換為電信號。然后電信號經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換（ADC）處理成數(shù)字圖像，經(jīng)過一定的圖像處理后可以在電腦屏幕上顯示，也可以進行進一步的圖像分析與存儲。這個過程被稱為CR成像檢測。

圖1為CR檢測原理圖，結(jié)合圖片可以發(fā)現(xiàn)，在曝光過程中，射線束穿過元件之后以不同強度照射在IP板上，當IP板中的感光物質(zhì)經(jīng)過射線照射之后，失去的電子被氟化鋇中的空穴捕獲，形成潛影。在曝光結(jié)束后，將IP板放在CR掃描儀中，掃描儀發(fā)射的光源能夠?qū)P板中的潛影進行掃描，進而釋放被捕獲的電子，形成熒光，在經(jīng)過ADC處理成數(shù)字圖像，最終在屏幕中呈現(xiàn)相應(yīng)的數(shù)字成像。

由于CR技術(shù)中使用的IP板可重復(fù)使用，因此，它在減少成像材料消耗和輻射劑量方面具有優(yōu)勢。此外，CR系統(tǒng)因其相對較低的設(shè)備成本和易于與現(xiàn)有的X射線設(shè)備兼容而備受青睞。

2.2 DR技術(shù)的基本原理

與CR技術(shù)不同，DR技術(shù)直接將射線信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像，無需使用IP板。Br8GcyxwFNLyyxeW48e0dg==DR系統(tǒng)通常由一個數(shù)字探測器組成，探測器可以是平板探測器（flat panel detector）或其他類型的直接數(shù)字化感應(yīng)器。在成像過程中，X射線穿過對象直接照射到數(shù)字探測器上，探測器內(nèi)部包含了大量的小型傳感器單元，這些單元可直接將射線能量轉(zhuǎn)換成電信號或先轉(zhuǎn)換成光信號再轉(zhuǎn)換為電信號，通過ADC成為數(shù)字圖像數(shù)據(jù)[3]。目前，根據(jù)掃描方式的不同可以將DR技術(shù)分為面陣探測器和線陣探測器，根據(jù)材質(zhì)的不同可以分為CMOS平板探測器與非晶硅探測器（其結(jié)構(gòu)圖如圖2所示）等。

DR技術(shù)的主要優(yōu)勢是成像速度快、圖像質(zhì)量高。由于省去了讀取PSP板的過程，DR系統(tǒng)可以實現(xiàn)幾乎實時的圖像cR7QgLtSUCiaXsUfJlTHcw==獲取。這為快速診斷和實時監(jiān)測提供了可能。

3 在壓力管道檢測中CR與DR技術(shù)的對比分析

在壓力管道運行過程中CR技術(shù)與DR技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)十分廣泛，但是這2項技術(shù)在工作效率、成像質(zhì)量、設(shè)備成本等方面各有優(yōu)勢，下文將從不同角度進行對比分析。

3.1 工作效率對比

CR技術(shù)的工作流程包括射線照射、IP板讀取和圖像處理3個主要步驟。IP板需要在射線曝光后進行掃描，掃描過程和隨后的圖像重建過程需要一定時間，導(dǎo)致了CR在成像速度上相對較慢。在大量連續(xù)檢測的情況下，這種速度差異尤其明顯。相較之下，雖然DR技術(shù)可以將射線信息直接轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，省去了IP板信息讀取時間，但是在連續(xù)監(jiān)測過程中，這項技術(shù)受技術(shù)水平限制，經(jīng)常需要對同一個檢測面進行多次曝光，這就導(dǎo)致其工作效率降低，而且DR技術(shù)還會受到電池電量、評定片數(shù)量的限制，而CR技術(shù)中使用的IP板為柔性材質(zhì)，所以在檢測過程中可以將IP板圍繞管道焊縫上，所以CR檢測可以適用于不同管道尺寸的檢測，這就大大提高了工作效率[4]。

3.2 設(shè)備成本對比

從設(shè)備成本的角度來看，CR技術(shù)由于不需要高昂的直接轉(zhuǎn)換探測器，其初始投資相對較低。同時，CR的IP板可以重復(fù)使用多次，減少了消耗品的成本。此外，現(xiàn)有的射線設(shè)備往往可以通過升級來適配CR技術(shù)，不需要更換整套裝置，這進一步降低了CR技術(shù)的整體成本。與之相對，DR技術(shù)的使用往往需要購買平板探測器和專業(yè)計算機，所以需要更高的初期投入。所以，綜合來看，傳統(tǒng)的膠片照相的初期投入成本最低，但是其成像質(zhì)量較低，而且工作效率慢，所以使用價值較低，而CR的初期投入要遠低于DR技術(shù)。但是從長期的運營成本來看，DR設(shè)備只需要在前期進行投入，后期投入較少，而CR技術(shù)則需要定期更換IP板，這就會產(chǎn)生一定投入，但是鑒于CR技術(shù)具有更好的適應(yīng)性，所以CR技術(shù)的投入性價比最高。

3.3 成像質(zhì)量對比

壓力管道的成像質(zhì)量主要的影響因素有動態(tài)范圍、信噪比和空間分辨率。一個廣闊的動態(tài)范圍可以讓成像系統(tǒng)在非常亮或非常暗的條件下都能夠保留更多的細節(jié)，這對于壓力管道的檢測尤其重要，因為這關(guān)乎到能否精確地識別出管壁的損傷或缺陷，DR技術(shù)因為其電子處理方式，通常具有更廣的動態(tài)范圍，能夠更好地處理不同光照條件下的成像需求。信噪比（Signal-to-Noise Ratio， SNR）是衡量成像質(zhì)量的重要參數(shù)之一，代表有用信號與背景噪聲的比例，信噪比越高，成像質(zhì)量便越好，細節(jié)也就越清晰，在DR系統(tǒng)中，由于采用先進的電子處理技術(shù)，信噪比通常比傳統(tǒng)CR技術(shù)要高，這意味著在相同條件下，DR可以提供更清晰、更精準的成像結(jié)果?？臻g分辨率描述的是成像系統(tǒng)分辨物體細節(jié)的能力。在這方面，CR（計算機成像）技術(shù)有時可能優(yōu)于DR，因為CR使用顯影劑等物質(zhì)來增強圖像細節(jié)，使其在捕捉一些微小結(jié)構(gòu)時更為敏感。這也解釋了為何CR技術(shù)在檢測復(fù)雜管道結(jié)構(gòu)時，尤其是當需要分辨細小缺陷或損傷時，能夠達到更高的靈敏度，而DR技術(shù)則因為其物理和工藝限制，在靈敏度上可能不及CR。

綜上所述，從動態(tài)范圍和信噪比上來看，DR具有絕對優(yōu)勢，但是從空間分辨率上來看，CR在細節(jié)上要高于DR。同時，由于DR技術(shù)的工藝限制，其照相靈敏度最低，沒有CR檢測技術(shù)靈敏，目前CR對于復(fù)雜的管道結(jié)構(gòu)其檢測靈敏度可以達到C7膠片水平，具有良好的靈敏水平。

3.4 缺陷檢出率對比

在壓力管道的檢測中，缺陷的檢出率是評價一種檢測技術(shù)性能的關(guān)鍵指標。CR技術(shù)依靠IP板作為介質(zhì)，捕捉經(jīng)過被檢材料的射線圖像。盡管現(xiàn)代化的CR系統(tǒng)對缺陷具有較高的檢出靈敏度，但由于其成像過程涉及物理介質(zhì)到數(shù)字信號的多步轉(zhuǎn)換，可能降低對某些微小缺陷的檢出能力。相對而言，DR技術(shù)通過高精度的平板探測器直接轉(zhuǎn)換射線信息為數(shù)字圖像，減少了圖像信息的損失，提高了對微小裂紋、腐蝕點等缺陷的識別率。此外，DR技術(shù)的后期處理能力更強，如數(shù)字圖像增強、濾波等，可進一步提高缺陷的可視化，從而使得DR在檢出率上往往優(yōu)于CR技術(shù)（圖3為DR孔洞檢測圖片）。

3.5 勞動時間與勞動強度對比

從勞動時間角度，CR技術(shù)的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在其處理過程的高效率上。CR技術(shù)與傳統(tǒng)膠片照相法的工作流程相同，但其可以消除了暗室處理這一環(huán)節(jié)——用這種方式處理照片通常是一個耗時且工藝復(fù)雜的過程。相反，CR技術(shù)能直接將感光板進行掃描，數(shù)碼化的處理方式大大縮短了處理時間，使成像表現(xiàn)得更為高效。這種效率的提升，降低了勞動時間，減少了工作流程的復(fù)雜性，從而降低了勞動者的工作強度。另一方面，盡管DR技術(shù)在檢測速度上的優(yōu)勢是顯著的，DR能夠為用戶提供實時的成像結(jié)果，有效提高了檢測的效率。然而，從整個檢測的工藝流程來看，DR技術(shù)比傳統(tǒng)的膠片法的工作強度要大得多，大概是其的6倍。這是因為，DR技術(shù)在檢濟過程中需要掃描全射線場，而且這個過程還必須要在一個均勻的射線場中完成，否則將無法得到滿意的圖像。此外，DR技術(shù)的檢測系統(tǒng)還需要進行精細的調(diào)節(jié)以優(yōu)化圖像質(zhì)量，包括等效球徑、光譜范圍、空間分辨率等多個參數(shù)的互相配合。對操作者來說，這一系列操作無疑增加了工作強度[5]。

3.6 兼容性與技術(shù)成熟度比較

兼容性和技術(shù)成熟度的比較中，CR和DR技術(shù)各有所長。CR技術(shù)已被市場驗證多年，以其穩(wěn)定的性能和相對簡單的技術(shù)要求，在眾多工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，技術(shù)成熟度較高。CR設(shè)備通常也更易于與現(xiàn)有的射線檢測設(shè)備兼容，能夠較為方便地集成到現(xiàn)有的檢測系統(tǒng)中。而DR技術(shù)作為較新的技術(shù)，雖然在成像速度和質(zhì)量方面具有顯著優(yōu)勢，但在廣泛應(yīng)用和用戶習(xí)性方面尚需時間積累。然而，隨著技術(shù)的不斷演進和成本的降低，DR技術(shù)的兼容性和成熟度正在逐漸提升，其先進的數(shù)字化特征越來越受到工業(yè)界的認可。

4 DR、CR在壓力管道檢測中的實際應(yīng)用

為了對DR、CR技術(shù)進行進一步驗證，確保這2項技術(shù)能夠滿足壓力管道的無損檢測需求。CR系統(tǒng)的應(yīng)用中使用了GE公司的CR×25P系統(tǒng)，結(jié)合ISOVOLT320hp型射線機，在這個系統(tǒng)中激光束焦點為13.5 μm，與之配套的射線機焦點尺寸為0.4 mm。在檢測過程中，對φ150×10 mm的鋼管對接焊縫使用單壁透照的方式進行。像質(zhì)計置于射線源側(cè)，檢測條件包括管電壓150 kV，管電流5 mA，積分時間設(shè)為50 s，焦點與被檢物體的距離為1 000 mm。經(jīng)過這一系列精心設(shè)定的參數(shù)后，CR系統(tǒng)能夠清晰辨識14號絲，結(jié)合實際檢測結(jié)果可知，利用該CR系統(tǒng)進行檢測時，其檢測靈敏度可以滿足B級的靈敏度要求，這個標準能夠滿足膠片照相需要的基礎(chǔ)靈敏度需要。

在采用DR技術(shù)檢測液氨充滿的壓力管道時，使用的是來自以色列NOVO的便攜式數(shù)字射線成像系統(tǒng)，以及ICM公司生產(chǎn)的CP160連續(xù)源射線機，該連續(xù)源射線機的焦點尺寸為0.7 mm，該設(shè)備組合帶來了更為便捷靈活的操作體驗。在對φ76×3.5 mm的氨制冷管道進行在役檢測時，為了確保結(jié)果的準確性，采用雙壁雙影的透照方法，檢測的具體參數(shù)如下：管電壓160 kV、管電流0.5 mA、積分時間4.5 s，以及450 mm的焦距值。在參數(shù)設(shè)置完畢之后，工作人員可以從像質(zhì)計上成功識別到14號絲，其檢測靈敏度可以滿足AB級靈敏度要求，同樣可以滿足膠片照相需要的靈敏度需要。

通過本次試驗可以充分說明CR與DR技術(shù)在壓力管道檢測中具有良好的應(yīng)用前景，工作人員可以根據(jù)壓力管檢測的實際需要選擇CR或者DR技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的膠片照相法。而且這2種數(shù)字化的檢測技術(shù)不僅滿足了傳統(tǒng)檢測的靈敏度需求，還以其更佳的成像效果，更快捷的操作流程，為行業(yè)提供了新的解決方案。

5 結(jié)論

綜上所述，CR與DR無損檢測技術(shù)在不同的領(lǐng)域中各具優(yōu)勢，本文從2種技術(shù)的工作原理、應(yīng)用效果、檢測效果等方面進行了對比，得出以下結(jié)論。

1）2種檢測技術(shù)的工作原理不同，CR技術(shù)與傳統(tǒng)的膠片照相法操作流程類似，利用IP板進行數(shù)據(jù)收集和傳播，比傳統(tǒng)的膠片照相法具有更高效率。而DR技術(shù)無需使用IP板，通常由一個數(shù)字探測器組成，可以直接進行數(shù)據(jù)化呈現(xiàn)。

2）CR技術(shù)在實際檢測中具有勞動強度低、勞動時間段、工作效率高等優(yōu)勢，與DR技術(shù)相比具有更高的適應(yīng)性，所以綜合來看CR技術(shù)的性價比最高。

未來的壓力管道檢測將更依賴于高效、智能的檢測技術(shù)。CR和DR技術(shù)在不斷的技術(shù)升級和優(yōu)化中，必將為壓力管道的安全檢測提供更加強大、靈活的技術(shù)支持，保障能源輸送的安全與可靠。

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