成品油管道无损检测方法的分析

肖丽婧XIAO Li-jing；陈树高CHEN Shu-gao；王素雷WANG Su-lei

（①国家石油天然气管网集团有限公司华中分公司，合肥 231200；②河南安能检测技术有限公司，新乡 453700；③河南省啄木鸟地下管线检测有限公司，新乡 453700）

0 引言

随着全球经济的发展，我国逐渐成为无损检测市场的主要增长区域。成品油管道无损检测技术发展迅速，逐步向多元化、便捷化等方向发展。

本文介绍了成品油管道无损检测的主要方法，分析了胶片射线和X 射线数字成像检测方法的优缺点，比较了超声检测和相控阵检测方法的优劣势，对今后成品油管道工程选择无损检测的方法有指导作用。

1 成品油管道工程的无损检测方法

成品油管道在焊接完成后，一般采用射线、磁粉、渗透、超声和相控阵检测等方法来检测，通过对近期成品油管道工程无损检测方法的统计，结果如表1。

表1 近期成品油管道工程选用的检测方法

由表1 可以看出，以上七项工程中，有六项工程在管道环焊缝检测时都采用了射线检测和超声检测方法，对于角焊缝等无法开展射线检测的地方，就会使用渗透或磁粉检测方法。由此而见，超声检测和射线检测是成品油管道工程最常用的两种检测方法。对于以上六种检测方法的应用范围，总结如表2。

表2 无损检测方法的应用范围

成品油管道基本上都是由直缝高频钢管焊接而成。管道直径有273.1mm、323.9mm、406.4mm 等多种规格，管道壁厚在6.4～9.5mm 之间。从表2 中可以看出，成品油管道的壁厚和直径，均在以上六种无损检测方法的要求范围之内。因此，以上六种检测方法，都可以用于成品油管道无损检测，在应用时期上有所不同。其中，相控阵检测和X 射线数字成像检测法可以应用于数字化工地。

2 胶片射线和X 射线数字成像检测方法

2.1 检测机理

2.1.1 胶片射线检测机理

①射线特点。目前，成品油管道中的射线检测一般采用的是X 射线，波长从0.001nm 到100nm，穿透能力强、能发生电离作用。

②显影原理。射线辐射穿透成品油管道辐射胶片时，使胶片产生潜影，由于不同密度的物质对射线吸收的系数不同，射线辐射到胶片各处强度不同，底片显示的黑度不同，通过底片成像来判断成品油管道中的缺陷。检测机理如图1[1]所示。

图1 射线检测方法检测机理

2.1.2 X 射线数字成像检测机理

X 射线数字成像检测无损检测方法就是通过仪器检测成品油管道，获得数字图像的检测方法，原理如图2[2]。

图2 X 射线数字成像检测机理

2.2 检测方法比较

将X 射线数字成像检测无损检测方法与传统的胶片射线检测方法相比较，从检测结果、检测过程和设备材料等分析，如表3。

由表3 可以看出，胶片射线检测方法与X 射线数字成像检测方法各有特点。X 射线数字成像检测方法在设备材料、图像保存载体、成像速度等方面，都比胶片射线检测好。

X 射线数字成像检测现已在医学、建筑、机械等行业应用，未来在成影像素、仪器成本上优化后，会更加优于传统胶片射线检测方法。X 射线数字成像检测方法在成品油管道中应用，可以缩短工期，加快档案验收速度。在今后的数字化工地中，X 射线数字成像检测技术可以实时传输检测结果、远程评定，逐渐替代传统的胶片射线检测技术。

3 超声检测和相控阵超声检测方法

3.1 检测机理

3.1.1 超声检测机理

超声检测方法是，用超声仪发出的超声波，在成品油管道中传播，并与成品油管道发生相互作用，使其传播方向和特性发生改变，再用仪器接收、处理和分析。根据接收超声波的数据，判断成品油管道是否存在缺陷。检测机理如图3[3]。超声检测是利用超声波与成品油管道作用产生的波长，来研究成品油管道中缺陷的检测、几何特性的测量、材料厚度的测量等。

图3 超声检测方法检测机理

3.1.2 相控阵超声检测方法的机理

相控阵超声检测是根据设定的延迟法则激发相控阵阵列探头各独立压电晶片，合成声束并实现声束的移动、偏转和聚焦等功能，对接收的超声数据进行分析和处理，变成图像的形式展示成品油管道的内部情况。

两种检测方法都是利用超声波与试件的作用产生的波长来检测，但是在探头和检测信号处理方面不一样，相控阵检测在探头和检测结果方面，都优于超声检测方法。

3.2 相控阵超声检测方法和超声检测方法相比较

将相控阵超声检测方法和超声检测方法进行比较，结果如表4。

表4 超声检测和相控阵超声检测方法比较

由表4 中可以看出，从检测速度、检测过程和检测结果等方面，相控阵超声检测技术比超声检测有进步。但是在校准、调节、技术要求等方面，超声检测比相控阵超声检测有优势。

相控阵超声检测是在超声检测技术基础上，发展进步的一种新型无损检测方法。相控阵超声检测技术可以实时传输检测结果，实现远程评定，适合于数字化工地。而超声检测需要人工记录数据，无法实现远程评定。因此，随着数字化技术的发展，相控阵超声检测技术会逐步取代传统的超声检测技术。

4 检测成本比较

成品油管道管径在273.1～406.4mm 之间，钢管长度在12m 左右，连接钢管的焊口需要做无损检测，因此，成品油管道的无损检测一般按照每道焊口来计算价格。无损检测的价格也受到焊口数量、作业距离、检测周期等因素的影响，每个工程的价格也不一样。根据近年来的成品油管道工程的无损检测费用，从仪器设备、仪器维护、管理成本等方面去比较，如表5。

表5 成品油管道无损检测方法的成本比较

从表5 可以看出，四种成品油管道无损检测方法的价格不一样。胶片射线检测成本总体比X 射线数字成像检测低，超声检测成本总体比相控阵超声检测价格低。

同时也可以看出，胶片射线检测和超声检测价格在市场上相差小，而X 射线数字成像检测和相控阵超声检测的价格在市场上差异幅度大。主要是因为目前X 射线数字成像检测和相控阵超声检测应用范围小、取证人员数量少、检测成本高等因素造成的。因此，目前大多数成品油管道工程选择胶片射线检测和超声检测方法，这两种方法价格低，也能对焊口的缺陷定性定量。

胶片射线检测和超声检测无法实现实时传输检测数据。随着数字化工地的逐步推广，X 射线数字成像检测和相控阵超声检测实时传输数据的优势突出，很快就能融入数字化工地中去，会逐渐取代胶片射线检测和超声检测。随着后期X 射线数字成像检测和相控阵超声检测应用范围的推广、技术日趋成熟、人员专业水平普及，检测成本也会逐渐降低。

5 结论

①成品油管道用X 射线数字成像检测和相控阵超声检测方法，可以实时传输检测数据、远程评定，适用于数字化工地，在检测速度、过程、结果等方面，优于胶片射线检测和超声检测。

②展望未来，在数字化发展趋势下，成品油管道数字化工地会逐步全覆盖，X 射线数字成像检测和相控阵超声检测方法，会取代传统的胶片射线和超声检测方法。