浦定艷* 華羅懿 劉書宏

（1.上海化學(xué)工業(yè)公共管廊有限公司 2.上海市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗技術(shù)研究院）

0 引言

在化工企業(yè)中，保溫層常應(yīng)用于管道、容器和設(shè)備表面，不僅可以降低散熱損失，同時還能確保設(shè)備及管道的生產(chǎn)安全，有效節(jié)約能源，提高經(jīng)濟(jì)效益[1]。

保溫層下腐蝕（CUI） 一直是煉油廠發(fā)生頻率較高和難以避免的腐蝕事件[2]。在工藝環(huán)境下，氯離子和硫化物在金屬表面聚集，無論是碳鋼、低合金鋼，還是不銹鋼，都會產(chǎn)生嚴(yán)重腐蝕[3]。在石化行業(yè)，每年因CUI 引發(fā)泄漏、停工等造成的損失可達(dá)上百億元。

數(shù)字射線(DR)檢測不同于常規(guī)射線檢測。DR 檢測將常規(guī)射線檢測使用的膠片替換為成像板，將X射線經(jīng)過成像板轉(zhuǎn)換成為電信號傳輸至電腦生成數(shù)字圖像[4]，最終實現(xiàn)了以數(shù)字圖像替代膠片成像的目標(biāo)，如圖1 所示。

圖1 數(shù)字射線檢測原理

DR 檢測與常規(guī)射線檢測相比具有明顯的優(yōu)勢。DR 檢測具有更高的對比度，可以發(fā)現(xiàn)檢測對象中的微小缺陷；其次，DR 檢測可以使不同厚度的檢測對象同時成像，因此可以帶物料、帶保溫進(jìn)行檢測[5-6]。本文提出了一種基于數(shù)字射線的他比式管道壁厚測量方法，可以更加直觀、精確地測量管道壁厚，及時發(fā)現(xiàn)CUI，避免管道出現(xiàn)泄漏和失效等嚴(yán)重后果。

1 他比式壁厚測量方法

根據(jù)DR 檢測特點可知，該技術(shù)可以在不拆除保溫和停輸物料的情況下進(jìn)行他比式管道壁厚測量。具體步驟如下：

（1）采用已知尺寸的物體作為標(biāo)定物，緊挨著被檢測管道并放置在側(cè)面，且要確保與管道軸線在同一平面上；

（2）采用較低能量的X 射線檢測拍攝被檢測管道圖像，低能量的X 射線要求能清晰觀測到管道外壁輪廓；

（3）在射線影像上選中標(biāo)定物，統(tǒng)計該區(qū)域內(nèi)的像素數(shù)量。將標(biāo)定物的實際尺寸除以像素數(shù)量，得到圖像的單個像素尺寸；

（4）采用較高能量的X 射線檢測拍攝被檢測管道圖像；

（5）將步驟3 和步驟4 拍攝的圖像進(jìn)行合并。統(tǒng)計圖像中管道側(cè)壁的壁厚方向上的像素數(shù)量，乘以單個像素尺寸，從而得到管道2 個側(cè)壁的壁厚絕對值；

（6）分別重復(fù)步驟（3）～步驟（5），測量管道不同部位的壁厚絕對值。

2 試驗

此次檢測對象為在役高溫蒸汽管道，采用直徑為10 mm 的鋼球進(jìn)行標(biāo)定。射線機(jī)型號為YXLON 300 DS，數(shù)字射線成像板型號為DeReO UP 2530。采用低能量的X 射線檢測拍攝，X 射線電壓為50 kV，電流為0.5 mA，時間為30 s，得到如圖2 所示管道圖像，其中可以清晰觀測到標(biāo)定物。采用高能量的X 射線檢測拍攝被檢測管道圖像，X 射線電壓為200 kV，電流為1.5 mA，時間為30 s，得到如圖3 所示的管道圖像。二者合并后的圖像如圖4 所示，可以清晰觀測到管壁輪廓。

圖2 低能量檢測

圖3 高能量檢測

圖4 圖像合并

在本次測量中，選用鋼制圓球作為標(biāo)定物，圓球直徑為10 mm。對壁厚進(jìn)行測量前，需要對圓球進(jìn)行標(biāo)定。通過上述3 個圖像可知，在低能模式下，在管道檢測圖像中，標(biāo)定物的外輪廓清晰，因此在低能模式下對圖像單個像素尺寸進(jìn)行標(biāo)定，建立單個像素尺寸與實際被檢管道尺寸的關(guān)系。在數(shù)字射線編輯軟件中選定標(biāo)定圓球進(jìn)行標(biāo)定，如圖5 所示。

圖5 圓球進(jìn)行標(biāo)定

在圖像中，測量工具穿過圓心，生成一維的圖像灰度曲線，分別將灰度突變的波峰和波谷平均值處作為起點和終點，如圖6 所示 。在標(biāo)定圓球左邊邊界測得位置為2 593，右側(cè)邊界位置為5 877，因此圓球直徑方向上的像素數(shù)量為3 284。由于已知圓球直徑為10 mm，因此計算得到單個像素尺寸約為0.003 mm。

圖6 標(biāo)定圓球的圖像灰度曲線

在標(biāo)定完成后進(jìn)行管道壁厚測量，最終測量管道左側(cè)邊緣壁厚為4.63 mm，右側(cè)邊緣壁厚為4.53 mm，管道壁厚無減薄。超聲測厚儀測量數(shù)據(jù)顯示，左側(cè)邊緣壁厚為4.80 mm，右側(cè)邊緣壁厚為4.68 mm。他比式數(shù)字射線壁厚測量技術(shù)與超聲測厚方法2 種方法測量得到的數(shù)據(jù)較為接近，測量最大誤差為3.5%。

根據(jù)上述檢測設(shè)備和檢測方法，再次測量不同尺寸的管道。此次測量管道直徑為60.3 mm，標(biāo)稱壁厚為3.91 mm，選用10 mm 鋼制圓球為標(biāo)定物。采用型號為YXLON 300 DS 的射線機(jī)，數(shù)字射線成像板型號為DeReO UP 3543。采用較低能量的X 射線檢測拍攝被檢測管道圖像，X 射線電壓為50 kV，電流為0.5 mA，時間為30 s；采用高能量的X 射線檢測拍攝被檢測管道圖像，X 射線電壓為170 kV，電流為1.5 mA，時間為30 s。最終測量管道左側(cè)邊緣壁厚為3.86 mm，右側(cè)邊緣壁厚為3.84 mm，管道壁厚無減薄。超聲測厚儀測量數(shù)據(jù)顯示，左側(cè)邊緣壁厚為4.02 mm，右側(cè)邊緣壁厚為3.95 mm。他比式數(shù)字射線壁厚測量技術(shù)與超聲測厚方法2 種方法測量得到的數(shù)據(jù)接近，測量最大誤差為4%。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

在現(xiàn)場應(yīng)用中，針對某化工企業(yè)在役壓力管道進(jìn)行保溫層下腐蝕壁厚測量。此次試驗的檢測對象規(guī)格為DN 100 mm ×6.02 mm，該管道設(shè)計工作溫度為120 ℃，材料為碳鋼。檢測時不拆除管道外保溫層，檢測設(shè)備參數(shù)可見表1。

表1 數(shù)字射線檢測參數(shù)

通過上述檢測方法對管道壁厚進(jìn)行測量，檢測結(jié)果如圖7 所示。由圖7 可見，管道保溫層和管道本體圖像清晰，還可以觀察到保溫中纏繞的金屬鐵絲。

圖7 在役壓力管道保溫層下腐蝕檢測

根據(jù)他比式數(shù)字射線方法，對管道內(nèi)彎和外彎進(jìn)行測量，測得管道內(nèi)彎處的最小壁厚為6.22 mm，管道外彎處的最小壁厚為5.88 mm。在制造管道彎頭時，其內(nèi)彎受到的擠壓程度大于外彎，所以測量結(jié)果顯示外彎壁厚小于內(nèi)彎，測量結(jié)果在誤差范圍內(nèi)。由圖7可知，管道本體壁厚均勻，不存在壁厚減薄部位。

采用數(shù)字射線檢測的他比式方法測量結(jié)果顯示管道內(nèi)沒有發(fā)生腐蝕，為了驗證結(jié)果的準(zhǔn)確性，拆除了該彎頭處的保溫，如圖8 所示。該管道正在運行，根據(jù)紅外測溫顯示，管道壁溫為113.6 ℃，管道外部殘留外保溫材料附著在管道表面，如圖9 所示。傳統(tǒng)超聲測厚儀的測厚方式通常一次只能測量單點壁厚，不能透過保溫層進(jìn)行測厚。當(dāng)保溫層下存在嚴(yán)重腐蝕時，表面出現(xiàn)大量凹坑，超聲耦合難度增大，測量精度也降低。對于高溫管道，聲速發(fā)生改變，檢測人員容易燙傷，操作難度增大。采用高溫測厚儀對管道進(jìn)行測厚，未發(fā)現(xiàn)管道腐蝕，測厚數(shù)據(jù)顯示管道內(nèi)彎處的壁厚為6.18 mm，外彎處的壁厚為6.03 mm。超聲測厚結(jié)果比試驗結(jié)果更厚，這是因為超聲測厚還受到管道外表面油漆的影響，而采用數(shù)字射線可以避免管道外表面狀況的影響。

圖8 現(xiàn)場拆除管道保溫進(jìn)行驗證

圖9 采用紅外線進(jìn)行檢測

本文提出的數(shù)字射線測量方法通過圖像測量的方式得到壁厚測量數(shù)據(jù)，可以更加直觀地觀測到管道本體狀況。當(dāng)發(fā)現(xiàn)管道存在腐蝕減薄情況時，通過數(shù)字射線檢測圖像更容易測量減薄程度，并得到管道腐蝕最嚴(yán)重部位的壁厚最小值。因此，數(shù)字射線壁厚測量技術(shù)相比傳統(tǒng)單點超聲壁厚測量更容易發(fā)現(xiàn)腐蝕減薄情況。

該方法基于數(shù)字射線檢測技術(shù)，測量在役管道側(cè)壁部位的壁厚絕對值，現(xiàn)階段其他無損檢測方法目前還無法實現(xiàn)這一功能。將已知尺寸的物體作為標(biāo)定物，可以實現(xiàn)在不知道管道尺寸的情況下，直接測量管道壁厚絕對值。該方法可以與數(shù)字射線缺陷檢測合并進(jìn)行，從而降低檢測次數(shù)，提高檢測效率。在測量管道側(cè)面外部邊緣線性區(qū)域內(nèi)的壁厚，與傳統(tǒng)超聲檢測的單點測厚相比，測量區(qū)域更大。另外，該方法在測量過程中，可以根據(jù)灰度發(fā)現(xiàn)管道是否存在腐蝕，并能精確對腐蝕最嚴(yán)重區(qū)域進(jìn)行壁厚測量。相比超聲測厚，只能測量超聲探頭部位下的管道厚度，常常無法精準(zhǔn)發(fā)現(xiàn)壁厚最小部位。

4 結(jié)語

綜上所述，本文采用數(shù)字射線對管道保溫層下腐蝕深度進(jìn)行測量，相比傳統(tǒng)超聲測厚方法，數(shù)字射線壁厚測量的結(jié)果更加直觀，測厚精度更高。

通過選定標(biāo)定物來標(biāo)定圖像中的像素尺寸，計算單個像素與已知尺寸的比例關(guān)系，得到圖像中管道壁厚的尺寸。他比式的管道壁厚數(shù)字射線在役測量方法可以對保溫層下管道進(jìn)行壁厚測量，測量最大誤差為4%，測量精度能滿足現(xiàn)場應(yīng)用需求。

在實際應(yīng)用過程中，數(shù)字射線在檢測時需要搭設(shè)專用腳手架用于放置射線機(jī)和成像板，檢測效率相對較低。因此該方法主要用于在役管道不停車狀況下的壁厚測量。