带保温层管道壁厚的数字射线检测

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。在定期检验过程中，拆除保温层进行壁厚检测是常用方法。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，其具有曝光时间短、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。上海市特种设备监督检验技术研究院的技术人员采用边界法，根据管壁影像的边界进行带保温层管道壁厚检测。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，如图1所示。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。图1

边界法壁厚检测示意理论上，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。表1

常用标准规格管道的最大透照厚度当已知最大透照厚度w时，可由下式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，如图2所示）。

式中：D为管道外半径；d为管道内半径。图2数字射线成像内壁边界与真实边界偏离值示意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。表2

管电压为200kV时的管道壁厚检测误差（mm）在实际检测时，可以参考误差对检测数据进行补偿。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。图3试验样管外观采用直径为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两处腐蚀缺陷，如图4所示。当管道外壁包裹厚为75mm的保温层时，检测图像如图5所示。图4

无保温层样管的数字射线检测图像图5

带保温层样管的数字射线检测图像无保温层时，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%。表3

样管外腐蚀检测结果结语

(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