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

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

0 引言

隨著全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國逐漸成為無損檢測市場的主要增長區(qū)域。成品油管道無損檢測技術(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損檢測的主要方法，分析了膠片射線和X 射線數(shù)字成像檢測方法的優(yōu)缺點(diǎn)，比較了超聲檢測和相控陣檢測方法的優(yōu)劣勢，對今后成品油管道工程選擇無損檢測的方法有指導(dǎo)作用。

1 成品油管道工程的無損檢測方法

成品油管道在焊接完成后，一般采用射線、磁粉、滲透、超聲和相控陣檢測等方法來檢測，通過對近期成品油管道工程無損檢測方法的統(tǒng)計，結(jié)果如表1。

表1 近期成品油管道工程選用的檢測方法

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

表2 無損檢測方法的應(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，均在以上六種無損檢測方法的要求范圍之內(nèi)。因此，以上六種檢測方法，都可以用于成品油管道無損檢測，在應(yīng)用時期上有所不同。其中，相控陣檢測和X 射線數(shù)字成像檢測法可以應(yīng)用于數(shù)字化工地。

2 膠片射線和X 射線數(shù)字成像檢測方法

2.1 檢測機(jī)理

2.1.1 膠片射線檢測機(jī)理

①射線特點(diǎn)。目前，成品油管道中的射線檢測一般采用的是X 射線，波長從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，使膠片產(chǎn)生潛影，由于不同密度的物質(zhì)對射線吸收的系數(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，通過底片成像來判斷成品油管道中的缺陷。檢測機(jī)理如圖1[1]所示。

圖1 射線檢測方法檢測機(jī)理

2.1.2 X 射線數(shù)字成像檢測機(jī)理

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

圖2 X 射線數(shù)字成像檢測機(jī)理

2.2 檢測方法比較

將X 射線數(shù)字成像檢測無損檢測方法與傳統(tǒng)的膠片射線檢測方法相比較，從檢測結(jié)果、檢測過程和設(shè)備材料等分析，如表3。

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

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

3 超聲檢測和相控陣超聲檢測方法

3.1 檢測機(jī)理

3.1.1 超聲檢測機(jī)理

超聲檢測方法是，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。檢測機(jī)理如圖3[3]。超聲檢測是利用超聲波與成品油管道作用產(chǎn)生的波長，來研究成品油管道中缺陷的檢測、幾何特性的測量、材料厚度的測量等。

圖3 超聲檢測方法檢測機(jī)理

3.1.2 相控陣超聲檢測方法的機(jī)理

相控陣超聲檢測是根據(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，合成聲束并實現(xiàn)聲束的移動、偏轉(zhuǎn)和聚焦等功能，對接收的超聲數(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。

兩種檢測方法都是利用超聲波與試件的作用產(chǎn)生的波長來檢測，但是在探頭和檢測信號處理方面不一樣，相控陣檢測在探頭和檢測結(jié)果方面，都優(yōu)于超聲檢測方法。

3.2 相控陣超聲檢測方法和超聲檢測方法相比較

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

表4 超聲檢測和相控陣超聲檢測方法比較

由表4 中可以看出，從檢測速度、檢測過程和檢測結(jié)果等方面，相控陣超聲檢測技術(shù)比超聲檢測有進(jìn)步。但是在校準(zhǔn)、調(diào)節(jié)、技術(shù)要求等方面，超聲檢測比相控陣超聲檢測有優(yōu)勢。

相控陣超聲檢測是在超聲檢測技術(shù)基礎(chǔ)上，發(fā)展進(jìn)步的一種新型無損檢測方法。相控陣超聲檢測技術(shù)可以實時傳輸檢測結(jié)果，實現(xiàn)遠(yuǎn)程評定，適合于數(shù)字化工地。而超聲檢測需要人工記錄數(shù)據(jù)，無法實現(xiàn)遠(yuǎn)程評定。因此，隨著數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，相控陣超聲檢測技術(shù)會逐步取代傳統(tǒng)的超聲檢測技術(shù)。

4 檢測成本比較

成品油管道管徑在273.1～406.4mm 之間，鋼管長度在12m 左右，連接鋼管的焊口需要做無損檢測，因此，成品油管道的無損檢測一般按照每道焊口來計算價格。無損檢測的價格也受到焊口數(shù)量、作業(yè)距離、檢測周期等因素的影響，每個工程的價格也不一樣。根據(jù)近年來的成品油管道工程的無損檢測費(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 成品油管道無損檢測方法的成本比較

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

同時也可以看出，膠片射線檢測和超聲檢測價格在市場上相差小，而X 射線數(shù)字成像檢測和相控陣超聲檢測的價格在市場上差異幅度大。主要是因為目前X 射線數(shù)字成像檢測和相控陣超聲檢測應(yīng)用范圍小、取證人員數(shù)量少、檢測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和超聲檢測方法，這兩種方法價格低，也能對焊口的缺陷定性定量。

膠片射線檢測和超聲檢測無法實現(xiàn)實時傳輸檢測數(shù)據(jù)。隨著數(shù)字化工地的逐步推廣，X 射線數(shù)字成像檢測和相控陣超聲檢測實時傳輸數(shù)據(jù)的優(yōu)勢突出，很快就能融入數(shù)字化工地中去，會逐漸取代膠片射線檢測和超聲檢測。隨著后期X 射線數(shù)字成像檢測和相控陣超聲檢測應(yīng)用范圍的推廣、技術(shù)日趨成熟、人員專業(yè)水平普及，檢測成本也會逐漸降低。

5 結(jié)論

①成品油管道用X 射線數(shù)字成像檢測和相控陣超聲檢測方法，可以實時傳輸檢測數(shù)據(jù)、遠(yuǎn)程評定，適用于數(shù)字化工地，在檢測速度、過程、結(jié)果等方面，優(yōu)于膠片射線檢測和超聲檢測。

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