分享：带保温层管道壁厚的数字射线检测

摘 要:保温层下腐蚀是压力管道中经常发生且难以避免的一种损伤,脉冲涡流和超声导波 等方法对该损伤的检测精度较低,无法满足管道定期精确测厚的要求。采用数字射线边界法对带 保温层管道的壁厚进行检测,对检测误差进行了理论分析。结果表明,数字射线边界法检测精度较 高,可用于工程实际。 

关键词:压力管道;数字射线;边界法;壁厚检测 

中图分类号:TG115.28                                                    文献标志码:B                             文章编号:1000-6656(2022)07-0072-03

保温层下腐蚀是水等介质渗入保温层后与金属 形成的电化学腐蚀,是压力管道中经常发生且难以 避免的一种损伤,具有隐蔽性强、范围大的特点[1]。 在定期检验过程中,拆除保温层进行壁厚检测是常 用方法[2]。考虑生产周期和工艺要求等因素,无法 拆除保温层时常用超声导波检测技术、脉冲涡流检 测技术和数字射线检测技术进行检测。超声导波和 脉冲涡流检测技术的检测精度很容易受外部因素影 响,检测可靠性较难保证。数字射线检测技术通过对 数字图像的处理分析,可以实现对腐蚀深度的检测。 

数字 射 线 检 测 技 术 通 过 数 字 阵 列 探 测 器 (DDA)将射线转换成电信号传输至电脑形成数字 图像,相比传统胶片射线检测技术,其具有曝光时间 小、宽 容 度 高 的 特 点,更 适 用 于 在 役 管 道 检 测。 DDA 在进行成像时每个像素黑度存在不一致性,会 导致成像时的黑度偏差大于10%,因此依据黑度进 行壁厚检测的精度不高。文章采用边界法,根据管 壁影像的边界进行带保温层管道壁厚检测。

1 数字射线检测理论 

采用数字射线检测技术对带保温层管道进行检 测,根据成像边界进行壁厚检测(见图1)。检测设 备为微焦点 X 射线机,其焦点尺寸远小于焦距,射 线近似看成平行入射,且方向垂直 DDA 探测器。

理论上,如图1所示,射线 A 与管道外壁a 点 相切,可以对管道外轮廓进行成像。射线 B与管道 内壁c点相切,对管道内壁轮廓进行成像。通过已 知尺寸的标定物对检测图像的像素尺寸进行标定 后,系统可以测量a,c 两点的距离或者管道外径, 从而实现管道壁厚的精确检测,实现对保温层下腐蚀尺寸的检测。

采用边界法对管道内壁腐蚀进行检测时,需要 计算射线 B的最大透照厚度,常用标准规格管道的 最大透照厚度如表1所示。由表1可知,对于公称 直径不小于250mm 的管道,已经不适合采用边界 法进行检测。 

当已知最大透照厚度 w 时,可由式(1)计算数 字射线成像内壁边界与真实边界的偏离值 X(即误 差,见图2)。 

边界法理论检测误差主要来源于 X 射线无法 穿透内 壁 导 致 的 边 界 定 位 偏 差。 采 用 管 电 压 为 200kV 的微焦点 X射线机(穿透能力为51mm)对 DN150~DN400的管道进行壁厚检测,得到的误差如表2所示。

在实际检测时,可以参考误差对检测数据进行补偿。 

2 检测试验

试验采用较低管电压的 X 射线进行检测,射线 将穿过外保温层与管道外壁相切,此时可以对管道 外壁轮廓进行成像。

试验样管材料为碳钢,直径为114.5mm,壁厚为 6mm。样管外观如图3所示。管道上存在两处缺陷 (1 # 腐蚀和2 # 腐蚀)。检测时采用焦点直径为0.5mm 的微射线机,焦距为900mm,管电压为50kV。

采用直径为10mm 的小球作为标定物对图像 中的像素尺寸进行标定。在图像中通过辅助线可以 清晰发现2处腐蚀缺陷(见图4)。当管道外壁包裹 厚为75mm 的保温层时,检测图像如图5所示。 

无保温层时,检测数据与实际尺寸相同。当管道包裹保温层后,X 射线经过保温层外铁皮的衰减 及受散射线的影响,图像边界清晰度下降,检测数据出现误差,结果偏小。

现场检测时,DDA 较难保证 X 射线垂直入射 检测面。为了测试 DDA 偏转对检测结果的影响, 进行了相应的试验。试验结果显示,当 DDA 发生 10°的偏转时,检测结果出现较大误差。DDA 出现 周向偏转时,周向缺陷的检测误差较小,轴向缺陷的 检测误差大。当 DDA 出现轴向偏转时,1 # 缺陷和 2 # 缺陷的检测误差均较大。这是因为当成像板轴 向偏转时,管道的检测图像发生更严重的变形。样 管外腐蚀检测结果如表3所示。试验结果表明,数 字射线可以对保温层下的腐蚀深度进行检测,检测 误差小于10%,最高为3.8%。

3 结语 

(1)研究了边界法检测管道壁厚的理论误差, 推导了 误 差 的 计 算 公 式,并 且 给 出 常 用 管 电 压 200kV 下不同管径壁厚的检测误差,在实际检测 时,可以参考误差对检测数据进行适当补偿。

(2)保温层下腐蚀检测试验表明,数字射线检 测精度较高,在实际应用中探测器应尽量垂直入射 检测面,偏转应小于10°。

参考文献: 

[1] 袁细强.煤化工压力管道定期检验中壁厚测定工艺要 点探讨[J].中国特种设备安全,2020,36(9):62-65. 

[2] HUTHWAITE P,RIBICHINIR,CAWLEY P,et al.Modeselectionforcorrosiondetectioninpipesand vessels via guided wave tomography [J].IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and FrequencyControl,2013,60(6):1165-1177.

<文章来源   > 材料与测试网> 期刊论文 > 无损检测 > 44卷 > 7期 (pp:72-74)>