摘 要:保溫層下腐蝕是壓力管道中經常發生且難以避免的一種損傷,脈沖渦流和超聲導波 等方法對該損傷的檢測精度較低,無法滿足管道定期精確測厚的要求。采用數字射線邊界法對帶 保溫層管道的壁厚進行檢測,對檢測誤差進行了理論分析。結果表明,數字射線邊界法檢測精度較 高,可用于工程實際。 

關鍵詞:壓力管道;數字射線;邊界法;壁厚檢測 

中圖分類號:TG115.28                                                    文獻標志碼:B                             文章編號:1000-6656(2022)07-0072-03

保溫層下腐蝕是水等介質滲入保溫層后與金屬 形成的電化學腐蝕,是壓力管道中經常發生且難以 避免的一種損傷,具有隱蔽性強、范圍大的特點[1]。 在定期檢驗過程中,拆除保溫層進行壁厚檢測是常 用方法[2]?？紤]生產周期和工藝要求等因素,無法 拆除保溫層時常用超聲導波檢測技術、脈沖渦流檢 測技術和數字射線檢測技術進行檢測。超聲導波和 脈沖渦流檢測技術的檢測精度很容易受外部因素影 響,檢測可靠性較難保證。數字射線檢測技術通過對 數字圖像的處理分析,可以實現對腐蝕深度的檢測。 

數字 射 線 檢 測 技 術 通 過 數 字 陣 列 探 測 器 (DDA)將射線轉換成電信號傳輸至電腦形成數字 圖像,相比傳統膠片射線檢測技術,其具有曝光時間 小、寬 容 度 高 的 特 點,更 適 用 于 在 役 管 道 檢 測。 DDA 在進行成像時每個像素黑度存在不一致性,會 導致成像時的黑度偏差大于10%,因此依據黑度進 行壁厚檢測的精度不高。文章采用邊界法,根據管 壁影像的邊界進行帶保溫層管道壁厚檢測。

1 數字射線檢測理論 

采用數字射線檢測技術對帶保溫層管道進行檢 測,根據成像邊界進行壁厚檢測(見圖1)。檢測設 備為微焦點 X 射線機,其焦點尺寸遠小于焦距,射 線近似看成平行入射,且方向垂直 DDA 探測器。

理論上,如圖1所示,射線 A 與管道外壁a 點 相切,可以對管道外輪廓進行成像。射線 B與管道 內壁c點相切,對管道內壁輪廓進行成像。通過已 知尺寸的標定物對檢測圖像的像素尺寸進行標定 后,系統可以測量a,c 兩點的距離或者管道外徑, 從而實現管道壁厚的精確檢測,實現對保溫層下腐蝕尺寸的檢測。

采用邊界法對管道內壁腐蝕進行檢測時,需要 計算射線 B的最大透照厚度,常用標準規格管道的 最大透照厚度如表1所示。由表1可知,對于公稱 直徑不小于250mm 的管道,已經不適合采用邊界 法進行檢測。 

當已知最大透照厚度 w 時,可由式(1)計算數 字射線成像內壁邊界與真實邊界的偏離值 X(即誤 差,見圖2)。 

邊界法理論檢測誤差主要來源于 X 射線無法 穿透內 壁 導 致 的 邊 界 定 位 偏 差。 采 用 管 電 壓 為 200kV 的微焦點 X射線機(穿透能力為51mm)對 DN150~DN400的管道進行壁厚檢測,得到的誤差如表2所示。

在實際檢測時,可以參考誤差對檢測數據進行補償。 

2 檢測試驗

試驗采用較低管電壓的 X 射線進行檢測,射線 將穿過外保溫層與管道外壁相切,此時可以對管道 外壁輪廓進行成像。

試驗樣管材料為碳鋼,直徑為114.5mm,壁厚為 6mm。樣管外觀如圖3所示。管道上存在兩處缺陷 (1 # 腐蝕和2 # 腐蝕)。檢測時采用焦點直徑為0.5mm 的微射線機,焦距為900mm,管電壓為50kV。

采用直徑為10mm 的小球作為標定物對圖像 中的像素尺寸進行標定。在圖像中通過輔助線可以 清晰發現2處腐蝕缺陷(見圖4)。當管道外壁包裹 厚為75mm 的保溫層時,檢測圖像如圖5所示。 

無保溫層時,檢測數據與實際尺寸相同。當管道包裹保溫層后,X 射線經過保溫層外鐵皮的衰減 及受散射線的影響,圖像邊界清晰度下降,檢測數據出現誤差,結果偏小。

現場檢測時,DDA 較難保證 X 射線垂直入射 檢測面。為了測試 DDA 偏轉對檢測結果的影響, 進行了相應的試驗。試驗結果顯示,當 DDA 發生 10°的偏轉時,檢測結果出現較大誤差。DDA 出現 周向偏轉時,周向缺陷的檢測誤差較小,軸向缺陷的 檢測誤差大。當 DDA 出現軸向偏轉時,1 # 缺陷和 2 # 缺陷的檢測誤差均較大。這是因為當成像板軸 向偏轉時,管道的檢測圖像發生更嚴重的變形。樣 管外腐蝕檢測結果如表3所示。試驗結果表明,數 字射線可以對保溫層下的腐蝕深度進行檢測,檢測 誤差小于10%,最高為3.8%。

3 結語 

(1)研究了邊界法檢測管道壁厚的理論誤差, 推導了 誤 差 的 計 算 公 式,并 且 給 出 常 用 管 電 壓 200kV 下不同管徑壁厚的檢測誤差,在實際檢測 時,可以參考誤差對檢測數據進行適當補償。

(2)保溫層下腐蝕檢測試驗表明,數字射線檢 測精度較高,在實際應用中探測器應盡量垂直入射 檢測面,偏轉應小于10°。

參考文獻: 

[1] 袁細強.煤化工壓力管道定期檢驗中壁厚測定工藝要 點探討[J].中國特種設備安全,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.

<文章來源   > 材料與測試網> 期刊論文 > 無損檢測 > 44卷 > 7期 (pp:72-74)>