石油化工压力管道射线无损检测质量控制

2020-11-27张利园

商品与质量 2020年40期

张利园

海洋石油工程股份有限公司天津 300452

压力管道在化工生产环境中长期使用会出现多种破坏性问题，主要包括腐蚀、疲劳、蠕变、冲刷损耗等，为了保证压力管道的正常运行，必须采取相应的检测技术。有损检测方法会对压力管道造成一定伤害，并且检测不便或精度不高。随着科学技术的发展，无损检测技术在压力管道检测中的应用愈加广泛，同时也取得了很高的成就[1]。

1 压力管道破坏形式

1.1 脆性破坏

在管道低应力条件下可能产生脆性破坏问题，主要是受到了低温影响，脆性破坏面积较小且深，断口部位迅速开裂。如果管道生产中所使用的材料韧性不足就容易出现脆性破坏。所以在压力管道设计、制造中，必须严格控制低温制造工艺，并保证材料质量。

1.2 疲劳破坏

压力管道在实际运行中会受到多种荷载作用，在各种载荷作用下可能发生没有出现塑性变形直接产生断裂。在疲劳破坏中，管壁应力不会发生破坏，管道截面保持弹性，所以对管道变形作用不够明显。疲劳破坏可能会造成裂纹、断裂情况，并且可以用肉眼观察到破坏情况。

1.3 腐蚀破坏

①电化学腐蚀。在管道法兰、弯头部位最容易产生电化学腐蚀，出现变薄情况。②点腐蚀。点腐蚀现象不容易察觉，主要存在于焊缝等受热影响区域。③缝隙腐蚀。缝隙溶液渗透、阻碍等影响，加速管道缝隙腐蚀速率，多数存在于焊接缺陷部位。④晶间腐蚀。主要是在焊缝部位出现腐蚀，但不会减小壁厚或金属色泽。⑤应力腐蚀。受到介质腐蚀以及拉应力影响加速腐蚀，主要出现于奥氏体不锈钢焊缝、热影响区，同样不容易被察觉，但有较大的破坏性。⑥氢腐蚀。氢离子进入到金属中会导致性能发生变化，主要出现在低合金钢管、不锈钢管中出现。

2 射线无损检测技术

2.1 X 射线散射成像原理

X 射线散射成像技术利用的康普顿散射光子对物体成像，重构物体内部电子密度分布。康普顿散射检测技术利用康普顿散射光子来获得材料密度信息；如图1 所示，探测系统由三部分组成：X 射线源、X 射线探测器和两个准直器组成。两个准直器开孔的大小决定了探测单元体素的体积大小。根据Klein-Nishina 模型，计算入射X 射线能量分别为300，200，100keV 时，其康普顿散射截面跟角度的关系如图2 所示。可见散射截面与入射光子的能量和角度非常大的相关行。高能射线前向散射概率大，即大概率会穿透物质；低能射线，背散射概率大。

2.2 把握管道的直径和X 射线管的散射角两者关系

现阶段，常用X 射线机所产生周向的辐射线、长输管线环焊缝检测，均需借助平面的阳极靶才可完成。但平面的阳极靶手段之下产生辐射角相对较小一些，并不符合国产25° X 射线管标准，故若处于相对较小焦距情况之下，针对于X 射线的检测几何条件和透照范围各项因素控制，有着一定难度系数。如借助X 射线管道的爬行装置，对于外径为Φ325×12mm 管道的环焊缝，设它平面的阳极靶所产生有效的辐射角β25°，带入到tga=(L/2）r 该列式实施计算分析，a=β/2 当中，L 代表有效辐射宽，r 代表管道直径。经计算分析后可了解到，有效辐射的宽度最终计算结果是72mm，若实操期间，借助宽度为80mm 胶片，则均匀透照的两侧和焊缝，均做好爬行装置位置的精准定位操作，以便于更好地把握长输管道的直径和X 射线管的散射角两者关系，为后期无损检测实操工作顺利实施奠定良好基础[2]。

2.3 把握径向和轴向精度的影响因素

无损检测实施期间，若需上下坡，务必要关注爬行装置自重这一方面因素，主要是因实测期间，上下坡段和正常段定位精度有差异性存在，故实测期间，需结合实际的坡度，把偏差值有效把控至最合理范围，把正常段定位距离当成参照物加以校正处理，在后续定位操作期间，需以校正处理结果为依据事实。长期使用管道爬行装置，刹车和传动位置难免会有磨损或者老化情况出现。电子系统的稳定性方面，主要包含着不同温度条件下稳定性、抗电磁的干扰和电路设计，焊接作业通常需和爬行装置同步实施，焊接作业期间所产生电磁、电离，会和电子系统之间有干扰形成，此时务必要将屏蔽措施做好。爬行装置实际运行期间所遇温度环境往往有差异存在，故温度变化会影响到电子系统整体稳定性，更会影响到定位，电路设计指令源在接近于射线机光时，射线机实际运行期间，指令接受装置会处于激发状态，影响到它的性能，接受管实际灵敏度必然大大降低。对于精度偏差范围确定，前文中提到射线有效的辐射范围与管道直径为正比例的关系，线性呈现着逐渐上升的趋势。若设平面的阳极靶25°实施计算分析，便可进一步确定不同管径条件下，有效辐射及偏差可允许的范围。实测期间，对于定位精度实际范围的确定，需要以全部片覆盖的宽度为参考，尽量把控偏差范围，将其控制到最适宜范围内，一般在±10mm 范围之内。