帶保溫層管道壁厚的數(shù)字射線檢測

保溫層下腐蝕是水等介質(zhì)滲入保溫層后與金屬形成的電化學(xué)腐蝕，是壓力管道中經(jīng)常發(fā)生且難以避免的一種損傷，具有隱蔽性強(qiáng)、范圍大的特點。在定期檢驗過程中，拆除保溫層進(jìn)行壁厚檢測是常用方法。考慮生產(chǎn)周期和工藝要求等因素，無法拆除保溫層時常用超聲導(dǎo)波檢測技術(shù)、脈沖渦流檢測技術(shù)和數(shù)字射線檢測技術(shù)進(jìn)行檢測。超聲導(dǎo)波和脈沖渦流檢測技術(shù)的檢測精度很容易受外部因素影響，檢測可靠性較難保證。數(shù)字射線檢測技術(shù)通過對數(shù)字圖像的處理分析，可以實現(xiàn)對腐蝕深度的檢測。數(shù)字射線檢測技術(shù)通過數(shù)字陣列探測器（DDA）將射線轉(zhuǎn)換成電信號傳輸至電腦形成數(shù)字圖像，相比傳統(tǒng)膠片射線檢測技術(shù)，其具有曝光時間短、寬容度高的特點，更適用于在役管道檢測。DDA在進(jìn)行成像時每個像素黑度存在不一致性，會導(dǎo)致成像時的黑度偏差大于10%，因此依據(jù)黑度進(jìn)行壁厚檢測的精度不高。上海市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗技術(shù)研究院的技術(shù)人員采用邊界法，根據(jù)管壁影像的邊界進(jìn)行帶保溫層管道壁厚檢測。數(shù)字射線檢測理論采用數(shù)字射線檢測技術(shù)對帶保溫層管道進(jìn)行檢測，根據(jù)成像邊界進(jìn)行壁厚檢測，如圖1所示。檢測設(shè)備為微焦點X射線機(jī)，其焦點尺寸遠(yuǎn)小于焦距，射線近似看成平行入射，且方向垂直DDA探測器。圖1

邊界法壁厚檢測示意理論上，如圖1所示，射線A與管道外壁a點相切，可以對管道外輪廓進(jìn)行成像。射線B與管道內(nèi)壁c點相切，對管道內(nèi)壁輪廓進(jìn)行成像。通過已知尺寸的標(biāo)定物對檢測圖像的像素尺寸進(jìn)行標(biāo)定后，系統(tǒng)可以測量a，c兩點的距離或者管道外徑，從而實現(xiàn)管道壁厚的精確檢測，實現(xiàn)對保溫層下腐蝕尺寸的檢測。采用邊界法對管道內(nèi)壁腐蝕進(jìn)行檢測時，需要計算射線B的最大透照厚度，常用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格管道的最大透照厚度如表1所示。由表1可知，對于公稱直徑不小于250mm的管道，已經(jīng)不適合采用邊界法進(jìn)行檢測。表1

常用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格管道的最大透照厚度當(dāng)已知最大透照厚度w時，可由下式計算數(shù)字射線成像內(nèi)壁邊界與真實邊界的偏離值X（即誤差，如圖2所示）。

式中：D為管道外半徑；d為管道內(nèi)半徑。圖2數(shù)字射線成像內(nèi)壁邊界與真實邊界偏離值示意邊界法理論檢測誤差主要來源于X射線無法穿透內(nèi)壁導(dǎo)致的邊界定位偏差。采用管電壓為200kV的微焦點X射線機(jī)（穿透能力為51mm）對DN150~DN400的管道進(jìn)行壁厚檢測，得到的誤差如表2所示。表2

管電壓為200kV時的管道壁厚檢測誤差（mm）在實際檢測時，可以參考誤差對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償。檢測試驗試驗采用較低管電壓的X射線進(jìn)行檢測，射線將穿過外保溫層與管道外壁相切，此時可以對管道外壁輪廓進(jìn)行成像。試驗樣管材料為碳鋼，直徑為114.5mm，壁厚為6mm。樣管外觀如圖3所示。管道上存在兩處缺陷（1#腐蝕和2#腐蝕)。檢測時采用焦點直徑為0.5mm的微射線機(jī)，焦距為900mm，管電壓為50kV。圖3試驗樣管外觀采用直徑為10mm的小球作為標(biāo)定物對圖像中的像素尺寸進(jìn)行標(biāo)定。在圖像中通過輔助線可以清晰發(fā)現(xiàn)兩處腐蝕缺陷，如圖4所示。當(dāng)管道外壁包裹厚為75mm的保溫層時，檢測圖像如圖5所示。圖4

無保溫層樣管的數(shù)字射線檢測圖像圖5

帶保溫層樣管的數(shù)字射線檢測圖像無保溫層時，檢測數(shù)據(jù)與實際尺寸相同。當(dāng)管道包裹保溫層后，X射線經(jīng)過保溫層外鐵皮的衰減及受散射線的影響，圖像邊界清晰度下降，檢測數(shù)據(jù)出現(xiàn)誤差，結(jié)果偏小?，F(xiàn)場檢測時，DDA較難保證X射線垂直入射檢測面。為了測試DDA偏轉(zhuǎn)對檢測結(jié)果的影響，進(jìn)行了相應(yīng)的試驗。試驗結(jié)果顯示，當(dāng)DDA發(fā)生10°的偏轉(zhuǎn)時，檢測結(jié)果出現(xiàn)較大誤差。DDA出現(xiàn)周向偏轉(zhuǎn)時，周向缺陷的檢測誤差較小，軸向缺陷的檢測誤差大。當(dāng)DDA出現(xiàn)軸向偏轉(zhuǎn)時，1#缺陷和2#缺陷的檢測誤差均較大。這是因為當(dāng)成像板軸向偏轉(zhuǎn)時，管道的檢測圖像發(fā)生更嚴(yán)重的變形。樣管外腐蝕檢測結(jié)果如表3所示。試驗結(jié)果表明，數(shù)字射線可以對保溫層下的腐蝕深度進(jìn)行檢測，檢測誤差小于10%，最高為3.8%。表3

樣管外腐蝕檢測結(jié)果結(jié)語

(1)研究了邊界法檢測管道壁厚的理論誤差，推導(dǎo)了誤差的計算公式，并且給出常用管電壓200kV下不同管徑壁厚