X射線數字成像(DR)在天然氣管道焊縫探傷中的研究應用

權濤（中油工程西南分公司四川石油天然氣建設工程有限責任公司，四川 瀘州646300）

近些年來，我國經濟與科技發展速度令人瞠目結舌，人民生活水平同樣獲得了質的飛躍，這些都離不開天然氣提供的能源。天然氣的開采和使用大大提高了生產工作效率，也帶來了一定的問題，例如天然氣運輸設備和管道設備的檢測問題。它雖然是一種熱值高、無污染的理想能源，同時也具有一定的危險性，天然氣泄漏極易引發火災核爆炸，為從業人員和附近居民的生命財產安全帶來威脅。本文結合生產過程的實際問題，分析目前最適合應用于天然氣管道檢測的X 射線數字成像技術的使用策略。

1 天然氣簡介

1.1 成分與用途

天然氣和石油等具有相似的誕生過程，都是古代動植物尸體逐漸演化而來，但二者成分區別較大，天然氣當中雖然混雜一些其它的氣體雜質，但占據絕大部分的甲烷和為數不多的其它低分子烷烴都是清潔能源，燃燒后不會產生污染性氣體。而石油則不然，其燃燒產物中含有大量污染性氣體，本身的雜質也具有毒性或者腐蝕性，在熱值和環保方面遠遠不如天然氣。此外，使用天然氣來做飯燒水不會產生一氧化碳氣體，杜絕了煤氣中毒的可能性，天然氣運輸也十分方便，且價格低廉，因此天然氣在近些年成為了我國居民家用的主要生活燃料，隨著燃氣裝備設施的逐漸發展，部分汽車也開始將其作為能源，以減少汽車尾氣對大氣的污染。

除了作為清潔燃料應用于交通、家用、冶金等方面之外，天然氣還能作為化工原料生產其它有機物，它雜質較少、便于處理，且能夠降低生產成本，提高企業的經濟效益。

1.2 天然氣的運輸

我國天然氣的運輸有兩種方式，其中液化天然氣的方式成本較高，且對設備有很高要求，需要采用專門的壓力容器來運送，因此雖然它輸送能力高、具備較強的靈活性，但并未被廣泛使用，我國目前普遍采用的輸送方式仍然是管道運輸，并且在短時間內不會發生改變，因此提高天然氣管道的檢測技術、保障管道安全迫在眉睫。

天然氣的管道運輸系統十分復雜和龐大，它包括從采氣井到用戶間的所有運輸環節，一般來說，天然氣從氣井中被開采出來后會先運往礦場的集輸管網，對其進行凈化除雜和加壓后再將其運往輸氣干線，然后通過長達數公里的管道送往目標城鎮的配氣管網，再根據用戶的需求為他們供氣。在整個送氣流程的每個環節，都不容有半點疏漏，尤其是在天然氣進行集中運輸和調配的場所，一旦發生泄漏，后果不堪設想。

1.3 天然氣的爆炸

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

2 X 射線數字成像(DR)技術在天然氣管道焊縫探傷的應用

2.1 X射線數字成像技術簡介

X 射線數字成像技術起源于發達國家，在19 世紀后期，他們就已經開始研究和使用該技術，并在90年代末期基本實現了自動化檢測。而過去我國一直采用的天然氣管道檢測技術是膠片照相檢測技術，X射線數字成像技術被引入我國的時間較短，實際應用也較少，技術還不夠成熟。但隨著電子技術的發展，X射線探測器所給出圖像越來越清晰，分辨率遠遠超出膠片照相檢測技術，而且如今計算機和網絡技術十分成熟，在它們的輔助下，能夠實現動態連續檢測，這標志著該技術可以直接應用于天然氣管道焊縫探傷。事實上，歐美國家已經做過實驗，在曝光量較低的條件下，采用X 射線數字成像技術能夠直接得到較為清晰的圖像，精準判斷出管道有無傷損，大大提升了檢測效率。

2.2 原理

這項檢測技術的原理是讓穿透力極強的X 射線透過待測設備，根據不同厚度的材料對于射線的通透性來生成按照試件厚度變化的影像，利用信息技術呈現管道的內部情況，從而獲得管道設備各個部分的厚度情況，判斷有無傷損。與傳統的膠片照相檢測方法相比，它增加了一些機械支撐和傳動的硬件設備，和用于數據的采集、處理的軟件，在一定程度上增加了檢測成本，但減少了膠片照相必須的暗室處理環節，能夠節省時間。

2.3 優點

2.3.1成像速度快

目前X 射線數字成像技術的成像速度早已遠遠超出膠片檢測技術，它能夠達到20mm/s以上，其檢測過程類似于醫院為人體拍攝X 光片，只需將設備緩慢通過射線發射裝置即可，且隨著設備通過就能夠在計算機上產生圖像，不需進行其它處理，大大提高了檢測效率。

2.3.2能夠使用計算機保存數據

X射線的主要作用是檢測，而數據的分析、處理和保存都是由計算機來完成，傳統的膠片檢測技術所產生的圖像是紙質的，容易出現受潮和氧化等情況，而且會自然褪色，清晰度降低，無法將其作為建立天然氣運輸管道檔案的依據，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。而計算機中的圖像可以長時間保存，不會占據太多空間。

2.3.3遠程診斷

計算機可以通過互聯網將檢測圖像傳輸到其它人員處，提高文件傳輸效率，如此一來，就能夠請該行業的專家幫忙判斷管道的情況，對于一些復雜情況還可以進行網上會審，增加判斷結果的正確性和可靠性。

2.3.4對人體危害小

使用射線對天然氣管道進行檢測時，射線會對人體造成輻射，長期從事該項工作的人員健康水平會降低，而利用計算機和電氣自動化技術進行操控后，可實現全自動檢測，操作人員不必在輻射現場工作，因此不會受到損傷。

2.3.5消除污染

X射線數字成像技術唯一的危害就是對人體的輻射，解決這一問題后，它節能環保、效率較高，不需進行沖洗洗片環節，也不會產生廢液污水，避免了某些檢測方肆意排放洗片廢水、污染環境的風險。

2.4 注意事項

在使用X 射線數字成像技術對天然氣管道焊縫進行檢測時，需要將探傷機置于爬行器上，利用指令源操縱其運行，使射線源的焦點對準焊縫，不可出現偏差。另外需要對每道焊縫進行多次測量，綜合所得數據對其有無損傷進行評判，以增加結果的可靠性。對于較長運輸管道的焊縫檢測，可使用車輛運送設備，并采用無線傳輸技術來運送信號。

2.5 影響因素

2.5.1對比度

提高檢測圖像與背景的灰度差值能夠提高對比度，從而提升圖片質量，將管道焊縫內部的特征清晰地檢測出。

2.5.2信噪比

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

3 結語

近年來，世界范圍都迎來了科技的迅猛發展，許多新型技術崛起，為各個行業帶來重大變革，X 射線數字成像技術作為一種無損檢測技術，具有很大潛能，將其應用于天然氣運輸管道的焊縫檢測，可降低檢測成本、提高結果的可靠性，提升檢測水平。