CR检测技术在长输管道上的应用

张辉宇,张瑞轩

( 1.中石化集团胜利石油管理局 海上石油工程技术检验中心，东营 257064;2.南京大学 现代工程及应用科学学院,南京 210009)



CR检测技术在长输管道上的应用

张辉宇1,张瑞轩2

( 1.中石化集团胜利石油管理局 海上石油工程技术检验中心，东营 257064;2.南京大学 现代工程及应用科学学院,南京 210009)

介绍了长输管道检测中使用计算机射线照相(Computered radiography,CR)技术的注意事项及要求，并以某工程管道中的CR检测为例，对底片出现的典型影像进行了分析，介绍了伪缺陷和真实缺陷的评定方法，以供同行参考。

CR;IP；空间分辨率；双线型像质计；IQI；3D图形

笔者在某国际工程长输管道无损检测中使用了计算机射线照相(Computered radiography,CR)技术，它由IP板、专用激光扫描仪、计算机硬件和专用软件等组成，其能将IP板上的信息转换成数字图像。IP板是一种涂有稀土元素铕、钡、氟化合物的柔性板，曝光后能以潜影形式储存信息，可以代替胶片用于射线照相检测。目前，CR检测技术在国际长输管道上的应用较为普遍。国际标准有ISO 17636-2《X和γ射线数字射线检测技术》；EN 14784-2 《X和γ射线使用磷光影像屏计算机射线成像部分》；ASME V 《锅炉及压力容器规范 第V卷 无损检测》第二部分的附录Ⅷ《磷光影像屏射线照相检验》以及相关的ASTM 2007 《计算机射线成像标准导则》及ASTM 2445 《计算机射线成像系统长期稳定及性能评估准则》等。笔者参与的此项工程执行的CR检测标准是ISO 17636-2，对于缺陷的评定执行标准为API 1104 《管道及相关设施焊接标准(管道部分)》。

1　IP板、激光扫描仪和软件系统的应用

CR技术最大的特点是检测中使用IP板而无需暗室，可在阳光下操作且可反复擦除和读写。IP板理论上可重复使用约3 000次，实际应用中如果考虑环境因素影响可实际使用约1 500次左右。为了延长IP板的使用寿命，每次处理完一道焊口需要清洁CR成像板和专用激光扫描仪，将IP板装在暗袋里。清洁IP板时应避免环境过于潮湿，因为IP板使用的是对水分敏感的荧光粉。潮湿环境中的水会使磷分解并释放出碘，而碘吸收X射线后会产生蓝光，而导致IP板成像速度的损失；水分不仅会导致图像质量问题，还会造成即时或未来的IP板损坏和图像失真。

对IP板的清洁不当会影响IP板的使用寿命和图像质量。清洁时应使用干燥、干净、柔软的工具。CR底片上的伪缺陷大多是由于对IP板和激光扫描仪的清洁不彻底而造成的。

该工程使用的激光扫描仪是VMI 5100MS scanner，显示器是巴克E 3620 灰度显示器，现场采用GE-2005管道爬行器中心曝光法，管道壁厚为8.7 mm。由于采用IP板，现场曝光电压普遍比传统底片曝光电压低20～30 kV,例如采用传统底片曝光电压230 kV，使用IP板曝光电压200 kV即可。施工车中要求清洁，现场一般准备10道焊缝的IP板。工程采用平面尺寸(长×宽)为360 mm×80 mm的IP板。每道焊缝采用5张，一般先曝光10道焊缝，统一收片，现场扫描集中处理，5张底片可在扫描器上进行一次扫描，扫描2 min后即可以评定图形。随后将扫描后的IP板清洁后装好，继续重复使用。

2　检测系统的工艺认证

CR检测技术的图像分辨率低于传统射线底片的分辨率，其主要影响因素是激光扫描仪的扫描分辨率，及计算机系统的数字图像处理效果。计算机对数字图像的处理包括放大、缩小、分割、灰度变换、对比度变换性能等，处理效果决定了CR技术的空间分辨率是否达到标准要求。

对于该工程的检测，美国VMI系统的IP板型号为Kodak308，VMI设备性能规格书提供的VMI检测系统的空间分辨率(线对值)为4.0。此工程管线最小壁厚为8.7 mm，查询1SO 17636-2标准中的表13(采用A级无损检测技术最小图像不清晰度要求)，可得最小空间分辨率线径为0.13 mm,线径加上线径间隙就是0.26 mm,得到空间分辨率(线对值)为3.84。于是，按照ISO 17636-2附录C 基础空间分辨率的确定方法，采用双线型像质计在现场进行试验来确定这套设备系统是否满足要求，试验结果满足标准要求。

3　CR检测图形的分析

CR技术在提供普通底片的基础上，还提供3D立体图形(浮雕图像)。射线检测图形属于立体图形的平面化，浮雕形式就是利用图形的灰度映像将图形都显示在物体表面，以便更形象地进行观察。对于这两种形式图形的评定，标准中规定以普通底片的评级为准。3D立体图形仅作为辅助参考。

CR计算机的底片分析功能强大，如果在普通模式过滤底片IQI(像质计，见图1(a))，在焊缝上仅可见第9号丝(标准要求见到第7号丝)，在30～35位置处未发现缺陷；使用计算机中的不清楚影像过滤模式后得到的底片影像(见图1(b)),可清楚发现缺陷图形，而且可对CR图形进行放大和缩小，以上功能是普通射线底片无法比拟的。

图1　使用普通模式与不清楚影像过滤模式得到的底片影像对比

3.1伪缺陷影像

3.1.1焊丝、飞溅坠落引起的伪缺陷影像

焊丝、飞溅坠落在底片上的影像及3D图像显示，如图2所示。

图2　焊丝、飞溅坠落引起的伪缺陷影像

对图2进行如下分析：

(1) 由于管道外径×壁厚为φ508 mm×8.7 mm，周长为1 595 mm,则在800 mm处(管道6点的位置)为管道最低点，采用全自动焊接容易产生焊丝坠落和焊接飞溅。

(2) 根据ASME V标准，壁厚为8.7 mm时，要求达到IQI丝号为6号，底片可见。

(3) 采用3D图像(浮雕)形式，对于75～80 mm的内凹及飞溅缺欠，可清晰显示。

3.1.2扫描仪故障造成的伪缺陷影像

扫描仪故障造成的伪缺陷影像如图3所示,缺欠显示为密集气孔，伪缺陷有竖格、焊丝、长直白线。

图3　扫描仪故障引起的伪缺陷影像

3.1.3IP板上的划伤引起的伪缺陷影像

IP板上有划伤时引起的伪缺陷影像，如图4所示。

图4　IP板上有划伤引起的伪缺陷影像

3.1.4扫描仪或者IP板不清洁造成的不良影像

扫描仪或IP板不清洁造成的不良影像，如图5所示。

图5　扫描仪或IP板不清洁造成的不良影像

3.2缺陷图形显示

管道材质为X65M，焊接采用STT(气保护半自动根焊)打底，热焊、填充和盖面采用全自动焊接，焊接方法全部为下向焊。

3.2.1未焊透

未焊透显示如图6所示。由图可见，由于未焊透就是表面缺陷，这种缺陷图形在3D的显示上较清晰，更形象化。

图6　未焊透缺陷的底片与3D图形显示

3.2.2坡口未熔合

坡口未熔合的底片与3D图形显示如图7所示。由图可见，该缺陷处于返修位置5 mm深度处，为全自动焊接在热焊层时，焊丝移动到坡口处停留时间短，焊接热容量不足而造成的。从3D影像中看，缺陷在焊缝表面，为开口缺陷；但由于3D图像是将平面图形立体化后根据底片的灰度值形成的图像，故实际上该缺陷属于埋藏缺陷。

图7　坡口未熔合缺陷的底片与3D图形显示

3.2.3气孔

气孔的底片与3D图形显示如图8所示。由图可见：该缺陷为密集气孔，处于返修位置3～4 mm深度处，并不是3D图形显示的表面气孔缺陷。

图8　气孔缺陷的底片与3D图形显示

3.2.4夹渣

夹渣的底片与3D图形显示如图9所示。由图可见：该缺陷为夹渣，处于返修位置6 mm深度处，并不是3D图形显示的表面夹渣缺陷。

图9　夹渣缺陷的底片与3D图形显示

3.2.5连续气孔

连续气孔的底片与3D图形显示如图10所示。由图可见：缺陷为连续气孔，处于焊缝内，没有浮出焊缝。

图10　连续气孔缺陷的底片3D图形显示

3.2.6内凹

内凹的底片与3D图形显示如图11所示。由图可见：内凹在底片显示中比较难评定，主要是内凹的深度难于判断；而依据3D图形判定则比较直观，利于评定。

图11　内凹缺陷的底片与3D图形显示

3.2.7内部根部咬边

内部根部咬边的底片与3D图形显示如图12所示，API 1104中允许有根部咬边存在。

图12　内部根部咬边的底片与3D图形显示

3.2.8焊缝外表面盖面层单层多道焊形成的影像

焊缝外表面盖面层单层多道焊形成的影像如图13所示。

图13　焊缝外表面盖面层单层多道焊形成影像

4　结语

介绍了长输管道工程检测中使用CR检测技术的注意事项及要求；并以某工程管道中的CR检测为例，对底片出现的典型影像进行了分析，介绍了伪缺陷和真实缺陷的评定方法，可供同行借鉴。

Application of CR Detection Technology in Long Distance Pipeline

ZHANG Hui-yu1,ZHANG Rui-xuan2

(1.Offshore Oil Engineering Technology Inspection Center,Sinopec Shengli Petroleum Administration Bureau， Dongying 257064,China;2.College of Engineering and Applied Science,Nanjing University,Nanjing 210009,China)

This paper introduced the precautions and requirements of computed radiography (CR) detection technology for long distance pipelines. A typical example in a project was taken to show how to analyze the typical film images and the pseudo defects. The defect evaluation method was also introduced,which might provide useful reference.

CR;IP;Basic spatial resolution;Duplex wire;IQI;3D image

2015-10-28

张辉宇(1970-),男，高级工程师，主要从事无损检测工作。

张辉宇，E-mail: zhanghuiyu1970@163.com。

10.11973/wsjc201608015

TG115.28

B

1000-6656(2016)08-0060-04