X射线数字成像(DR)在天然气管道焊缝探伤中的研究应用

权涛（中油工程西南分公司四川石油天然气建设工程有限责任公司，四川 泸州646300）

近些年来，我国经济与科技发展速度令人瞠目结舌，人民生活水平同样获得了质的飞跃，这些都离不开天然气提供的能源。天然气的开采和使用大大提高了生产工作效率，也带来了一定的问题，例如天然气运输设备和管道设备的检测问题。它虽然是一种热值高、无污染的理想能源，同时也具有一定的危险性，天然气泄漏极易引发火灾核爆炸，为从业人员和附近居民的生命财产安全带来威胁。本文结合生产过程的实际问题，分析目前最适合应用于天然气管道检测的X 射线数字成像技术的使用策略。

1 天然气简介

1.1 成分与用途

天然气和石油等具有相似的诞生过程，都是古代动植物尸体逐渐演化而来，但二者成分区别较大，天然气当中虽然混杂一些其它的气体杂质，但占据绝大部分的甲烷和为数不多的其它低分子烷烃都是清洁能源，燃烧后不会产生污染性气体。而石油则不然，其燃烧产物中含有大量污染性气体，本身的杂质也具有毒性或者腐蚀性，在热值和环保方面远远不如天然气。此外，使用天然气来做饭烧水不会产生一氧化碳气体，杜绝了煤气中毒的可能性，天然气运输也十分方便，且价格低廉，因此天然气在近些年成为了我国居民家用的主要生活燃料，随着燃气装备设施的逐渐发展，部分汽车也开始将其作为能源，以减少汽车尾气对大气的污染。

除了作为清洁燃料应用于交通、家用、冶金等方面之外，天然气还能作为化工原料生产其它有机物，它杂质较少、便于处理，且能够降低生产成本，提高企业的经济效益。

1.2 天然气的运输

我国天然气的运输有两种方式，其中液化天然气的方式成本较高，且对设备有很高要求，需要采用专门的压力容器来运送，因此虽然它输送能力高、具备较强的灵活性，但并未被广泛使用，我国目前普遍采用的输送方式仍然是管道运输，并且在短时间内不会发生改变，因此提高天然气管道的检测技术、保障管道安全迫在眉睫。

天然气的管道运输系统十分复杂和庞大，它包括从采气井到用户间的所有运输环节，一般来说，天然气从气井中被开采出来后会先运往矿场的集输管网，对其进行净化除杂和加压后再将其运往输气干线，然后通过长达数公里的管道送往目标城镇的配气管网，再根据用户的需求为他们供气。在整个送气流程的每个环节，都不容有半点疏漏，尤其是在天然气进行集中运输和调配的场所，一旦发生泄漏，后果不堪设想。

1.3 天然气的爆炸

天然气与空气的混合物中，当天然气浓度达到一定范围后，若温度足够，就会引发爆炸，且温度越高，爆炸范围就越大，因此在某些化工企业中天然气爆炸的危害会更大，而在夏季和气温较高的地区，天然气泄漏更容易引发爆炸。

2 X 射线数字成像(DR)技术在天然气管道焊缝探伤的应用

2.1 X射线数字成像技术简介

X 射线数字成像技术起源于发达国家，在19 世纪后期，他们就已经开始研究和使用该技术，并在90年代末期基本实现了自动化检测。而过去我国一直采用的天然气管道检测技术是胶片照相检测技术，X射线数字成像技术被引入我国的时间较短，实际应用也较少，技术还不够成熟。但随着电子技术的发展，X射线探测器所给出图像越来越清晰，分辨率远远超出胶片照相检测技术，而且如今计算机和网络技术十分成熟，在它们的辅助下，能够实现动态连续检测，这标志着该技术可以直接应用于天然气管道焊缝探伤。事实上，欧美国家已经做过实验，在曝光量较低的条件下，采用X 射线数字成像技术能够直接得到较为清晰的图像，精准判断出管道有无伤损，大大提升了检测效率。

2.2 原理

这项检测技术的原理是让穿透力极强的X 射线透过待测设备，根据不同厚度的材料对于射线的通透性来生成按照试件厚度变化的影像，利用信息技术呈现管道的内部情况，从而获得管道设备各个部分的厚度情况，判断有无伤损。与传统的胶片照相检测方法相比，它增加了一些机械支撑和传动的硬件设备，和用于数据的采集、处理的软件，在一定程度上增加了检测成本，但减少了胶片照相必须的暗室处理环节，能够节省时间。

2.3 优点

2.3.1成像速度快

目前X 射线数字成像技术的成像速度早已远远超出胶片检测技术，它能够达到20mm/s以上，其检测过程类似于医院为人体拍摄X 光片，只需将设备缓慢通过射线发射装置即可，且随着设备通过就能够在计算机上产生图像，不需进行其它处理，大大提高了检测效率。

2.3.2能够使用计算机保存数据

X射线的主要作用是检测，而数据的分析、处理和保存都是由计算机来完成，传统的胶片检测技术所产生的图像是纸质的，容易出现受潮和氧化等情况，而且会自然褪色，清晰度降低，无法将其作为建立天然气运输管道档案的依据，也不能用于记录管道维修损坏和维修情况，只能作为一次性用品。而计算机中的图像可以长时间保存，不会占据太多空间。

2.3.3远程诊断

计算机可以通过互联网将检测图像传输到其它人员处，提高文件传输效率，如此一来，就能够请该行业的专家帮忙判断管道的情况，对于一些复杂情况还可以进行网上会审，增加判断结果的正确性和可靠性。

2.3.4对人体危害小

使用射线对天然气管道进行检测时，射线会对人体造成辐射，长期从事该项工作的人员健康水平会降低，而利用计算机和电气自动化技术进行操控后，可实现全自动检测，操作人员不必在辐射现场工作，因此不会受到损伤。

2.3.5消除污染

X射线数字成像技术唯一的危害就是对人体的辐射，解决这一问题后，它节能环保、效率较高，不需进行冲洗洗片环节，也不会产生废液污水，避免了某些检测方肆意排放洗片废水、污染环境的风险。

2.4 注意事项

在使用X 射线数字成像技术对天然气管道焊缝进行检测时，需要将探伤机置于爬行器上，利用指令源操纵其运行，使射线源的焦点对准焊缝，不可出现偏差。另外需要对每道焊缝进行多次测量，综合所得数据对其有无损伤进行评判，以增加结果的可靠性。对于较长运输管道的焊缝检测，可使用车辆运送设备，并采用无线传输技术来运送信号。

2.5 影响因素

2.5.1对比度

提高检测图像与背景的灰度差值能够提高对比度，从而提升图片质量，将管道焊缝内部的特征清晰地检测出。

2.5.2信噪比

噪声会影响图像的获取，因此尽量降低甚至消除周围环境中的噪声，可以获得更加清晰的图像。另外可以通过增加曝光时间来减少散射噪声的影响。

3 结语

近年来，世界范围都迎来了科技的迅猛发展，许多新型技术崛起，为各个行业带来重大变革，X 射线数字成像技术作为一种无损检测技术，具有很大潜能，将其应用于天然气运输管道的焊缝检测，可降低检测成本、提高结果的可靠性，提升检测水平。