劉保平

(中國石油長慶油田分公司技術(shù)監(jiān)測中心， 西安 710018)

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油氣管道小徑管X射線檢測工藝技術(shù)及要點(diǎn)

劉保平

(中國石油長慶油田分公司技術(shù)監(jiān)測中心， 西安 710018)

針對油氣管道小徑管X射線檢測工藝，重點(diǎn)介紹了野外施工現(xiàn)場射線檢測的技術(shù)要點(diǎn)，指出了小徑管道焊縫定位、移動式射線機(jī)架的平移距離、布片和檢測方法的主要特點(diǎn)，對各工序進(jìn)行了分析。最后對油氣管道小徑管X射線底片評定和焊縫返修通知單中缺陷位置的表示方法進(jìn)行了詳細(xì)說明。

小徑管；焊縫定位標(biāo)記；射線檢測機(jī)架；缺陷定位

在油氣集輸管道建設(shè)過程中，大量使用直徑φ89 mm以下的小徑管，按照標(biāo)準(zhǔn)SY/T4109-2013，對這類管道的射線檢測采用雙壁雙影橢圓透照法，在90°方向各透照一次，焦距不小于600 mm[1]。采油小徑管管道主要有以下規(guī)格：φ60 mm×3.5 mm，φ76 mm×4.5 mm，φ89 mm×4.5 mm;注水小徑管道有：φ48 mm×4.5 mm，φ60 mm×5 mm;單井采氣小徑管道規(guī)格主要有:φ76 mm×9 mm，φ89 mm×9 mm，φ89 mm×10 mm等規(guī)格。這類管道有一個共同的特點(diǎn)就是在野外施工，管道焊接機(jī)組采用組對、打底、填充蓋面流水作業(yè)組進(jìn)行施工，焊接速度快，平均每個機(jī)組每天焊接40～80道焊口[2],對于正常的無損檢測射線拍片來說，一個檢測機(jī)組配合一個焊接機(jī)組。第一天完成焊接的焊口；第二天檢測機(jī)組要完成檢測；第三天就要將檢測結(jié)果告知監(jiān)理和施工單位，如有返修焊口還要出具焊縫返修通知單，以便焊接機(jī)組及時組織力量返修，返修后再由監(jiān)理下發(fā)檢測指令進(jìn)行復(fù)檢。每條管道建設(shè)周期較短，一般一個星期甚至二、三天即可完成管道的焊接任務(wù)。為使檢測工作準(zhǔn)確高效，筆者從現(xiàn)場透照技術(shù)和底片評定的缺陷定位兩大方面出發(fā)，對檢測技術(shù)及要點(diǎn)進(jìn)行分析。

1　現(xiàn)場透照技術(shù)及要點(diǎn)分析

1.1管道焊縫定位標(biāo)記

圖1　管道焊縫的定位標(biāo)記

圖2　小徑管透照示意

1.2X射線機(jī)布置

油氣田小徑管X射線拍片工作量很大，按照正常的焊接速度,每天按40～80道焊口計算，拍片量為80～160張[2]，對一個檢測機(jī)組來說野外檢測作業(yè)任務(wù)非常艱巨，而且要求拍片成功率達(dá)到100%，不允許透照失誤，否則每天檢測過后第二天再去補(bǔ)拍透照底片質(zhì)量不合格的焊口，就很難跟上焊接進(jìn)度，從而使檢測環(huán)節(jié)延誤而影響整個施工工期。因此對油氣田小徑管設(shè)計制作一個移動式射線機(jī)探傷架十分必要，而且同一條管線規(guī)格相同，壁厚也一樣；使用小徑管專用檢測架之后，焦距就固定了，只要控制好平移距離，所拍的底片橢圓開口大小一致，只要暗室處理環(huán)節(jié)操作得當(dāng)，即可保證X射線拍片成功率為100%。如圖3所示為射線機(jī)移動架示意，為保證250 kV和300 kV的射線機(jī)通用，可將機(jī)架長度方向制成可伸縮的橫桿，射線機(jī)放置在檢測機(jī)架上之后，用卡扣將射線機(jī)架與邊寬為30 mm的角鋼固定在一起，機(jī)架本身高度約450 mm，加上射線機(jī)焦點(diǎn)與窗口之間的距離為150 mm左右，而且機(jī)架的滾輪放置在管道0點(diǎn)位的位置，再加上管道直徑，保證了焦距至少可達(dá)到600 mm以上的標(biāo)準(zhǔn)要求[1]。檢測機(jī)可實(shí)現(xiàn)在管道上以滾動的方式移動，大大減輕了現(xiàn)場人員的勞動強(qiáng)度。

圖3　射線機(jī)移動架示意

每一條管道直徑不一樣時，需要先選擇好射線機(jī)，按照圖2所示計算射線機(jī)的平移距離S0[2]：

(1)

式中:S0為平移距離，mm；L1為射線源到工件上表面的距離，mm；L2為工件上表面到膠片的距離，mm；b為焊縫寬度，mm；g為橢圓開口寬度，mm。

透照φ76 mm×9 mm的采氣管道時，焊縫寬度約10 mm，余高按2 mm計，橢圓開口寬度取8 mm，那么平移距離S0為[4]：

(2)

L2=D0+Δh

(3)

S0=(b+g)L1L2=120

(4)

式中：F為焦距；D0為管道外徑；Δh為焊縫余高。

透照φ76 mm×9 mm的管道時，射線機(jī)焦點(diǎn)的垂線與環(huán)焊縫截面之間的水平距離為120 mm時，可保證透照出的每一張底片橢圓開口8 mm左右。通過式(1)計算的值只是射線機(jī)焦點(diǎn)與管道環(huán)焊縫之間垂直方向的水平位移，實(shí)際檢測過程中并不容易測量，可采用簡易辦法測量出前滾輪或后滾輪與環(huán)焊縫之間的水平距離。測量方法是先將射線機(jī)固定在檢測機(jī)架上，射線機(jī)水平放置，用吊線墜通過射線機(jī)窗口中心位置使線墜垂直落下，保持線墜與管道環(huán)焊縫之間的距離為120 mm，這樣在管道上檢測時只需測量前滾輪或后滾輪與管道環(huán)焊縫之間的距離即可完成射線機(jī)的平移距離，實(shí)際檢測過程中只需測量這個距離即可。

1.3不同管徑管道的布片

油氣田管道工程均有工程編號，采用英文字母與阿拉伯?dāng)?shù)字組成，每張底片有工程編號、焊口號、底片號及位號，可采用鉛字直接貼在暗袋上。對小徑管透照，X射線底片暗袋、增感屏常見的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格有150 mm×80 mm,180 mm×80 mm，底片寬度為80 mm。對外徑為48 mm和60 mm的管道進(jìn)行透照時，底片標(biāo)識、焊縫投影等相對位置可按圖4所示的形式布片；對管徑為7689 mm的管道進(jìn)行透照時，按圖5所示的形式布片，主要是由于管徑較大時，如采用圖4的布片形式，底片寬度只有80 mm，焊縫影像很容易出現(xiàn)在底片外。所以工程名稱、底片編號及位號等鉛字標(biāo)記直接貼于暗袋表面，并盡量靠近邊緣處，以防檢測操作過程中貼片時發(fā)生移位而導(dǎo)致鉛字壓焊縫。也可采用“片頭”的作法，即在膠片一端疊放多層增感屏(或薄鉛板)制成“片頭”，然后鉛字貼在“片頭”上，如圖6所示。

對于管徑48 mm或60 mm的管道來說，由于底片寬度為80 mm，這樣透照此類管道時宜將裝好膠片的暗袋沿管道長度方向放置，而且貼在暗袋上的鉛字在透照時射線穿透上下兩個管壁，就會清晰地顯示在底片上，因?yàn)榫嚯x焊縫較遠(yuǎn)，鉛字放置時的位置可隨意擺放，并可將透照日期也順便貼上。要注意等徑像質(zhì)計鋼絲沿長度方向1/3處緊貼焊縫，并保證像質(zhì)計鋼絲橫跨射線源側(cè)焊縫透照影像。

圖4　管徑不大于60 mm的布片示意

圖5　管徑φ(76～89) mm的布片示意

圖6　管徑φ(76～89) mm采用“片頭法”的布片示意

對于管徑相對較大，即7689 mm的管道來說，因?yàn)榈灼瑢挾戎挥?0 mm，如果按圖4方式放置，由于89 mm的管道直徑大于底片寬度80 mm,無法按圖4方式布置，76 mm的管道稍不注意就會使焊縫橢圓成像的長軸一側(cè)出了底片邊緣，一不美觀，二有可能造成廢片。所以應(yīng)當(dāng)以圖5的方式布置鉛字標(biāo)記，貼片時緊貼焊縫一側(cè)應(yīng)使焊縫置于暗袋寬度方向的1/3位置，保證射線源側(cè)焊縫透照在寬度方向的另外1/3處，這樣透照出的底片成像美觀，由于底片位置有限，透照日期可省略。若采用圖6所示的布片形式，底片上的標(biāo)記也可全部貼在“片頭”區(qū)。

1.4透照參數(shù)

由于小徑管透照厚度差過大，只要滿足靈敏度要求,宜用高電壓短時間的方式拍片透照，這樣也可提高拍片速度。針對油氣田小徑管X射線檢測實(shí)際，總結(jié)出小徑管透照的條件，見表1[2]。焦距不小于600 mm,平移距離為射線機(jī)窗口中心至環(huán)焊縫的水平距離，橢圓開口間距58 mm,使用等徑專用像質(zhì)計。

像質(zhì)計最好選用等徑專用像質(zhì)計，雖然SY/T 4109-2013標(biāo)準(zhǔn)允許使用普通線型像質(zhì)計，但由于普通線型像質(zhì)計寬度較大，在小徑管透照檢測中效果不理想，很容易造成需要看到像質(zhì)指數(shù)的那根鋼絲不在底片中心部位而無法識別，所以選用等徑專用像質(zhì)計，識別兩根以上鋼絲即可滿足要求[1]。像質(zhì)計橫跨焊縫放置于射線源側(cè)鋼管焊縫表面，這時像質(zhì)計旁邊貼一個字母“S”以示區(qū)別[1]，也可直接將像質(zhì)計放置在膠片側(cè)，環(huán)焊縫橫跨鋼絲1/3處，保證射線源側(cè)焊縫影像橫跨并投影于專用像質(zhì)計鋼絲上。

射線機(jī)設(shè)定好透照參數(shù)條件，根據(jù)平移距離測量好前滾輪或后滾輪與環(huán)焊縫之間的水平距離，實(shí)際檢測時只需測量這個距離便可確定位置，以便現(xiàn)場檢測時間大大縮短。

表1　油氣田小徑管雙壁雙影透照條件

2　底片評定的缺陷定位及要點(diǎn)分析

由于管徑大小和壁厚相同，底片經(jīng)過暗室處理后，底片黑度均勻一致，橢圓開口間隙幾乎全部一樣，底片質(zhì)量好，底片晾干后可進(jìn)行評定。以下重點(diǎn)對油氣田小徑管返修片的缺陷定位和“焊縫返修通知單”的表示方法加以說明。

2.1射線源側(cè)的缺陷定位

射線源側(cè)的缺陷，也就是管道焊縫0點(diǎn)位或3點(diǎn)位附近的缺陷，由于透照時定位標(biāo)記置于射線源側(cè)，如果出現(xiàn)1號位或2號位附近的缺陷，則可直接在底片上進(jìn)行測量。如圖7所示φ60 mm×5 mm的管道焊縫，缺陷為密集氣孔，那么缺陷定位時可記錄為：順1號位20～30 mm處密集氣孔。這時密集氣孔處于焊縫上表面1點(diǎn)位至2點(diǎn)位之間的位置。

圖7　射線源側(cè)的缺陷位置

油氣田小徑管透照時，定位標(biāo)記置于射線源側(cè)，對于射線源側(cè)的缺陷定位可直接在底片上測量。如圖7所示，在檢測單位評片記錄和報告中可記錄為：順1號位20～30 mm處密集氣孔。但對施工單位下發(fā)“無損檢測返修通知單”時，最好將缺陷位置適當(dāng)放大一些，可直接出具返修位置：順1號位10～40 mm處密集氣孔，其目的就是防止現(xiàn)場返修打磨缺陷時向一個方向錯位而使缺陷未完全消除。

2.2底片側(cè)的缺陷定位

由于管道焊縫的影像在底片上為橢圓形，若出現(xiàn)的缺陷位于射線源的另一側(cè)，即靠近膠片側(cè)，那么就不能直接在底片上進(jìn)行測量了，通常需要計算才能確定缺陷的位置。如圖8所示,φ89 mm×4.5 mm的條狀夾渣缺陷，2號位的定位標(biāo)記在管道焊縫的3點(diǎn)位置，而缺陷則在管道焊縫另一側(cè)8點(diǎn)至9點(diǎn)之間的位置上。缺陷位置計算步驟如下：

C=D0π=89×3.14≈280mm

式中:C為管道周長。

半周長為140 mm，而缺陷位于沿箭頭所示方向的半周內(nèi)，那么缺陷位置可表示為：順2號位120～130 mm處條狀夾渣。

圖8　底片側(cè)的缺陷位置

油氣田常用小徑管的周長、半周長見表2，也可隨時計算得出。

表2　油氣田常用小徑管周長、半周長　mm

如圖8所示的條狀夾渣缺陷，“焊縫返修通知單”中表示為：順2號位110～140 mm處條狀夾渣，即把整個缺陷描述在缺陷位置的中間，可避免返修時位置出錯。2號位在管道焊縫的3點(diǎn)位置，但必須在焊縫旁邊標(biāo)注出來，一旦出現(xiàn)9點(diǎn)位的缺陷返修時，施工單位要用鋼卷尺纏繞管道底部進(jìn)行測量。有的檢測人員認(rèn)為1號位已經(jīng)標(biāo)注了，2號位順時針只旋轉(zhuǎn)90°，而不進(jìn)行標(biāo)注，結(jié)果有時會使缺陷返修時出現(xiàn)過大的位置誤差而將未返修缺陷去除。因?yàn)槿搜塾^察有誤差，現(xiàn)場拍片人員與施工單位返修人員觀察位置的誤差疊加以后，誤差會更大。所以2號位必須在管道3點(diǎn)位焊縫旁邊進(jìn)行標(biāo)注。

有些檢測人員為了使返修時容易測量，計算出來用1號位來表示，即逆1號位70～100 mm處為條狀夾渣，這樣大多數(shù)時候缺陷會返修出來，但檢測單位現(xiàn)場拍片人員誤以為是由1號位出具的返修單，返修后復(fù)檢時在1號位進(jìn)行復(fù)拍，結(jié)果造成原片與返修片無法吻合。

3　結(jié)語

[1]SY/T 4109-2013石油天然氣鋼質(zhì)管道無損檢測[S].

[2]劉保平.油氣田小徑管X射線探傷技術(shù)[J].無損探傷，2006，30(6)：46-48.

[3]裴潤有，劉保平，魏增安.油氣田建設(shè)工程焊接質(zhì)量無損檢測技術(shù)[M].北京：石油工業(yè)出版社，2014.

[4]強(qiáng)天鵬.射線檢測[M].北京：中國勞動社會保障出版社，2007.

Technology and Key Points of X-ray Detection for Small Diameter Tubes in Oil and Gas Field

LIU Bao-ping

(Technical Monitoring Center of Petrochina Changqing Oilfield Company, Xi′an 710018, China)

For the small diameter tube X-ray inspection in oil and gas fields, the technical key points of the field site radiographic inspection was introduced emphatically. The main technical characteristics of pipeline weld positioning, mobile X-ray machine translation distance, and film layout and testing operation were described. An analysis of the main points of each process was given. Finally the negative film assessment and weld repair notice representation method of defect location in the oil and gas pipe was presented in detail.

Small diameter tube; Weld position mark; Ray flaw detection frame; Defect locating

2015-09-02

劉保平(1963-)，男，高級工程師，主要從事無損檢測和石油天然氣管道工程質(zhì)量監(jiān)督工作。

10.11973/wsjc201603006

TG115.28

A

1000-6656(2016)03-0018-04