成品油管道無(wú)損檢測(cè)方法的分析

肖麗婧XIAO Li-jing；陳樹高CHEN Shu-gao；王素雷WANG Su-lei

（①國(guó)家石油天然氣管網(wǎng)集團(tuán)有限公司華中分公司，合肥 231200；②河南安能檢測(cè)技術(shù)有限公司，新鄉(xiāng) 453700；③河南省啄木鳥地下管線檢測(cè)有限公司，新鄉(xiāng) 453700）

0 引言

隨著全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)逐漸成為無(wú)損檢測(cè)市場(chǎng)的主要增長(zhǎng)區(qū)域。成品油管道無(wú)損檢測(cè)技術(shù)發(fā)展迅速，逐步向多元化、便捷化等方向發(fā)展。

本文介紹了成品油管道無(wú)損檢測(cè)的主要方法，分析了膠片射線和X 射線數(shù)字成像檢測(cè)方法的優(yōu)缺點(diǎn)，比較了超聲檢測(cè)和相控陣檢測(cè)方法的優(yōu)劣勢(shì)，對(duì)今后成品油管道工程選擇無(wú)損檢測(cè)的方法有指導(dǎo)作用。

1 成品油管道工程的無(wú)損檢測(cè)方法

成品油管道在焊接完成后，一般采用射線、磁粉、滲透、超聲和相控陣檢測(cè)等方法來(lái)檢測(cè)，通過(guò)對(duì)近期成品油管道工程無(wú)損檢測(cè)方法的統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表1。

表1 近期成品油管道工程選用的檢測(cè)方法

由表1 可以看出，以上七項(xiàng)工程中，有六項(xiàng)工程在管道環(huán)焊縫檢測(cè)時(shí)都采用了射線檢測(cè)和超聲檢測(cè)方法，對(duì)于角焊縫等無(wú)法開展射線檢測(cè)的地方，就會(huì)使用滲透或磁粉檢測(cè)方法。由此而見(jiàn)，超聲檢測(cè)和射線檢測(cè)是成品油管道工程最常用的兩種檢測(cè)方法。對(duì)于以上六種檢測(cè)方法的應(yīng)用范圍，總結(jié)如表2。

表2 無(wú)損檢測(cè)方法的應(yīng)用范圍

成品油管道基本上都是由直縫高頻鋼管焊接而成。管道直徑有273.1mm、323.9mm、406.4mm 等多種規(guī)格，管道壁厚在6.4～9.5mm 之間。從表2 中可以看出，成品油管道的壁厚和直徑，均在以上六種無(wú)損檢測(cè)方法的要求范圍之內(nèi)。因此，以上六種檢測(cè)方法，都可以用于成品油管道無(wú)損檢測(cè)，在應(yīng)用時(shí)期上有所不同。其中，相控陣檢測(cè)和X 射線數(shù)字成像檢測(cè)法可以應(yīng)用于數(shù)字化工地。

2 膠片射線和X 射線數(shù)字成像檢測(cè)方法

2.1 檢測(cè)機(jī)理

2.1.1 膠片射線檢測(cè)機(jī)理

①射線特點(diǎn)。目前，成品油管道中的射線檢測(cè)一般采用的是X 射線，波長(zhǎng)從0.001nm 到100nm，穿透能力強(qiáng)、能發(fā)生電離作用。

②顯影原理。射線輻射穿透成品油管道輻射膠片時(shí)，使膠片產(chǎn)生潛影，由于不同密度的物質(zhì)對(duì)射線吸收的系數(shù)不同，射線輻射到膠片各處強(qiáng)度不同，底片顯示的黑度不同，通過(guò)底片成像來(lái)判斷成品油管道中的缺陷。檢測(cè)機(jī)理如圖1[1]所示。

圖1 射線檢測(cè)方法檢測(cè)機(jī)理

2.1.2 X 射線數(shù)字成像檢測(cè)機(jī)理

X 射線數(shù)字成像檢測(cè)無(wú)損檢測(cè)方法就是通過(guò)儀器檢測(cè)成品油管道，獲得數(shù)字圖像的檢測(cè)方法，原理如圖2[2]。

圖2 X 射線數(shù)字成像檢測(cè)機(jī)理

2.2 檢測(cè)方法比較

將X 射線數(shù)字成像檢測(cè)無(wú)損檢測(cè)方法與傳統(tǒng)的膠片射線檢測(cè)方法相比較，從檢測(cè)結(jié)果、檢測(cè)過(guò)程和設(shè)備材料等分析，如表3。

由表3 可以看出，膠片射線檢測(cè)方法與X 射線數(shù)字成像檢測(cè)方法各有特點(diǎn)。X 射線數(shù)字成像檢測(cè)方法在設(shè)備材料、圖像保存載體、成像速度等方面，都比膠片射線檢測(cè)好。

X 射線數(shù)字成像檢測(cè)現(xiàn)已在醫(yī)學(xué)、建筑、機(jī)械等行業(yè)應(yīng)用，未來(lái)在成影像素、儀器成本上優(yōu)化后，會(huì)更加優(yōu)于傳統(tǒng)膠片射線檢測(cè)方法。X 射線數(shù)字成像檢測(cè)方法在成品油管道中應(yīng)用，可以縮短工期，加快檔案驗(yàn)收速度。在今后的數(shù)字化工地中，X 射線數(shù)字成像檢測(cè)技術(shù)可以實(shí)時(shí)傳輸檢測(cè)結(jié)果、遠(yuǎn)程評(píng)定，逐漸替代傳統(tǒng)的膠片射線檢測(cè)技術(shù)。

3 超聲檢測(cè)和相控陣超聲檢測(cè)方法

3.1 檢測(cè)機(jī)理

3.1.1 超聲檢測(cè)機(jī)理

超聲檢測(cè)方法是，用超聲儀發(fā)出的超聲波，在成品油管道中傳播，并與成品油管道發(fā)生相互作用，使其傳播方向和特性發(fā)生改變，再用儀器接收、處理和分析。根據(jù)接收超聲波的數(shù)據(jù)，判斷成品油管道是否存在缺陷。檢測(cè)機(jī)理如圖3[3]。超聲檢測(cè)是利用超聲波與成品油管道作用產(chǎn)生的波長(zhǎng)，來(lái)研究成品油管道中缺陷的檢測(cè)、幾何特性的測(cè)量、材料厚度的測(cè)量等。

圖3 超聲檢測(cè)方法檢測(cè)機(jī)理

3.1.2 相控陣超聲檢測(cè)方法的機(jī)理

相控陣超聲檢測(cè)是根據(jù)設(shè)定的延遲法則激發(fā)相控陣陣列探頭各獨(dú)立壓電晶片，合成聲束并實(shí)現(xiàn)聲束的移動(dòng)、偏轉(zhuǎn)和聚焦等功能，對(duì)接收的超聲數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，變成圖像的形式展示成品油管道的內(nèi)部情況。

兩種檢測(cè)方法都是利用超聲波與試件的作用產(chǎn)生的波長(zhǎng)來(lái)檢測(cè)，但是在探頭和檢測(cè)信號(hào)處理方面不一樣，相控陣檢測(cè)在探頭和檢測(cè)結(jié)果方面，都優(yōu)于超聲檢測(cè)方法。

3.2 相控陣超聲檢測(cè)方法和超聲檢測(cè)方法相比較

將相控陣超聲檢測(cè)方法和超聲檢測(cè)方法進(jìn)行比較，結(jié)果如表4。

表4 超聲檢測(cè)和相控陣超聲檢測(cè)方法比較

由表4 中可以看出，從檢測(cè)速度、檢測(cè)過(guò)程和檢測(cè)結(jié)果等方面，相控陣超聲檢測(cè)技術(shù)比超聲檢測(cè)有進(jìn)步。但是在校準(zhǔn)、調(diào)節(jié)、技術(shù)要求等方面，超聲檢測(cè)比相控陣超聲檢測(cè)有優(yōu)勢(shì)。

相控陣超聲檢測(cè)是在超聲檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)上，發(fā)展進(jìn)步的一種新型無(wú)損檢測(cè)方法。相控陣超聲檢測(cè)技術(shù)可以實(shí)時(shí)傳輸檢測(cè)結(jié)果，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程評(píng)定，適合于數(shù)字化工地。而超聲檢測(cè)需要人工記錄數(shù)據(jù)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程評(píng)定。因此，隨著數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，相控陣超聲檢測(cè)技術(shù)會(huì)逐步取代傳統(tǒng)的超聲檢測(cè)技術(shù)。

4 檢測(cè)成本比較

成品油管道管徑在273.1～406.4mm 之間，鋼管長(zhǎng)度在12m 左右，連接鋼管的焊口需要做無(wú)損檢測(cè)，因此，成品油管道的無(wú)損檢測(cè)一般按照每道焊口來(lái)計(jì)算價(jià)格。無(wú)損檢測(cè)的價(jià)格也受到焊口數(shù)量、作業(yè)距離、檢測(cè)周期等因素的影響，每個(gè)工程的價(jià)格也不一樣。根據(jù)近年來(lái)的成品油管道工程的無(wú)損檢測(cè)費(fèi)用，從儀器設(shè)備、儀器維護(hù)、管理成本等方面去比較，如表5。

表5 成品油管道無(wú)損檢測(cè)方法的成本比較

從表5 可以看出，四種成品油管道無(wú)損檢測(cè)方法的價(jià)格不一樣。膠片射線檢測(cè)成本總體比X 射線數(shù)字成像檢測(cè)低，超聲檢測(cè)成本總體比相控陣超聲檢測(cè)價(jià)格低。

同時(shí)也可以看出，膠片射線檢測(cè)和超聲檢測(cè)價(jià)格在市場(chǎng)上相差小，而X 射線數(shù)字成像檢測(cè)和相控陣超聲檢測(cè)的價(jià)格在市場(chǎng)上差異幅度大。主要是因?yàn)槟壳癤 射線數(shù)字成像檢測(cè)和相控陣超聲檢測(cè)應(yīng)用范圍小、取證人員數(shù)量少、檢測(cè)成本高等因素造成的。因此，目前大多數(shù)成品油管道工程選擇膠片射線檢測(cè)和超聲檢測(cè)方法，這兩種方法價(jià)格低，也能對(duì)焊口的缺陷定性定量。

膠片射線檢測(cè)和超聲檢測(cè)無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)傳輸檢測(cè)數(shù)據(jù)。隨著數(shù)字化工地的逐步推廣，X 射線數(shù)字成像檢測(cè)和相控陣超聲檢測(cè)實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)的優(yōu)勢(shì)突出，很快就能融入數(shù)字化工地中去，會(huì)逐漸取代膠片射線檢測(cè)和超聲檢測(cè)。隨著后期X 射線數(shù)字成像檢測(cè)和相控陣超聲檢測(cè)應(yīng)用范圍的推廣、技術(shù)日趨成熟、人員專業(yè)水平普及，檢測(cè)成本也會(huì)逐漸降低。

5 結(jié)論

①成品油管道用X 射線數(shù)字成像檢測(cè)和相控陣超聲檢測(cè)方法，可以實(shí)時(shí)傳輸檢測(cè)數(shù)據(jù)、遠(yuǎn)程評(píng)定，適用于數(shù)字化工地，在檢測(cè)速度、過(guò)程、結(jié)果等方面，優(yōu)于膠片射線檢測(cè)和超聲檢測(cè)。

②展望未來(lái)，在數(shù)字化發(fā)展趨勢(shì)下，成品油管道數(shù)字化工地會(huì)逐步全覆蓋，X 射線數(shù)字成像檢測(cè)和相控陣超聲檢測(cè)方法，會(huì)取代傳統(tǒng)的膠片射線和超聲檢測(cè)方法。