在(zai)油田天然氣井叢管網的(de)(de)檢(jian)修中，發(fa)現一(yi)些焊縫(feng)根部(bu)及母材內壁(bi)有(you)腐蝕(shi)(shi)(shi)坑存在(zai)，其(qi)主要形狀為(wei)孔蝕(shi)(shi)(shi)和片蝕(shi)(shi)(shi)，對管道的(de)(de)安(an)全運行構(gou)成(cheng)了極(ji)大隱患，因此需(xu)要對腐蝕(shi)(shi)(shi)深度(du)進行精確(que)(que)測量，作為(wei)RBI(基于風險評估的(de)(de)設備檢(jian)驗)分析的(de)(de)依據。傳(chuan)統的(de)(de)超聲檢(jian)測、相控陣檢(jian)測、渦流檢(jian)測等技術往(wang)往(wang)難以確(que)(que)定內壁(bi)小面(mian)積腐蝕(shi)(shi)(shi)坑的(de)(de)最大腐蝕(shi)(shi)(shi)深度(du)位(wei)置，且對焊縫(feng)及其(qi)鄰近(jin)區域(yu)的(de)(de)腐蝕(shi)(shi)(shi)坑測量可靠性低。

X射(she)線射(she)入金屬材料時會發生衰(shuai)減(jian)(jian)，衰(shuai)減(jian)(jian)量與穿透厚度(du)(du)(du)具有函數(shu)關系，數(shu)字X射(she)線攝影（DR）技(ji)(ji)術(shu)可把不同的透照射(she)線強(qiang)度(du)(du)(du)以灰度(du)(du)(du)記錄(lu)下(xia)來(lai)形成(cheng)數(shu)字圖(tu)像(xiang)。利(li)用該原理(li)，吉(ji)林(lin)亞新(xin)工程檢(jian)測(ce)有限責任公司和包頭市北國無損檢(jian)測(ce)技(ji)(ji)術(shu)有限公司的技(ji)(ji)術(shu)人員通過模擬試驗建立了(le)厚度(du)(du)(du)-灰度(du)(du)(du)數(shu)學模型，采用算(suan)法計算(suan)得出了(le)腐蝕坑(keng)深度(du)(du)(du)，下(xia)面讓(rang)我們(men)來(lai)詳細了(le)解一下(xia)吧。

模擬(ni)試(shi)驗

選擇與天然氣管道形狀(zhuang)、材(cai)料相近的(de)鋼管，加(jia)工不同深度的(de)平(ping)底孔作為模擬試(shi)塊，如圖1所示，設置的(de)平(ping)底孔參(can)數如表1所示。

圖1 模(mo)擬試(shi)塊結構示意

表1 模擬(ni)試塊上設置的平底孔參數

采用(yong)X射(she)線對模擬試(shi)塊不同深度的平底孔(kong)進行(xing)透照，透照時采用(yong)相(xiang)同的透照布置、曝光參數，采集圖像后測量平底孔(kong)及相(xiang)鄰(lin)母材部位的灰度，平底孔(kong)編號順序(xu)如圖2所示，灰度測量結(jie)果如表(biao)2所示。

圖(tu)2 平底孔編號順(shun)序(xu)示意

表2 灰度(du)測(ce)量結果

數據歸一(yi)化處理

理(li)論(lun)上(shang)相(xiang)同的(de)曝光(guang)條件下，母(mu)(mu)材的(de)灰(hui)度應是(shi)相(xiang)同的(de)，但是(shi)在(zai)實際檢(jian)測中(zhong)焦距、照射方向的(de)厚度差(cha)異會(hui)(hui)引(yin)起母(mu)(mu)材的(de)灰(hui)度差(cha)異，亦會(hui)(hui)引(yin)起腐蝕坑(keng)的(de)灰(hui)度差(cha)異，可以通(tong)過歸一化計算(suan)(suan)法降低該偏差(cha)，歸一化計算(suan)(suan)結果如表3所示(shi)。

表3 歸一化灰度處(chu)理結果

由曲線斜(xie)(xie)率k的計算公式k=ΔG/Δh（ΔG為(wei)(wei)灰度差(cha)，Δh為(wei)(wei)平底(di)孔(kong)深度）得出平均斜(xie)(xie)率圖片=1262，數據相對(dui)偏移量為(wei)(wei)-1.20%~15.82%，絕對(dui)偏移量為(wei)(wei)-0.12~0.32mm，數據統計結果如表4所示。

表4 曲(qu)線斜(xie)率及不確定度(du)統計結果

腐蝕坑深度h的(de)計算(suan)公式為：h=ΔG×圖片。通過數據(ju)分(fen)析，灰度差(cha)與平底孔深度呈線性關系(xi)，其關系(xi)曲(qu)線如圖3所示。

圖3 灰(hui)度(du)差與平底孔深度(du)關系(xi)曲線

現場檢(jian)測

按照操作指導書采集DR圖像。在選擇灰(hui)度(du)(du)測量點(dian)時，首先應著重考慮散射(she)(she)線的(de)(de)影響(xiang)，盡(jin)可能(neng)選擇散射(she)(she)比接近的(de)(de)兩點(dian)作為參考點(dian)，降(jiang)低散射(she)(she)比不同引(yin)起的(de)(de)灰(hui)度(du)(du)差。散射(she)(she)比與(yu)焦距、照射(she)(she)場、射(she)(she)線能(neng)量、穿透厚度(du)(du)、焊縫余高、鋼管曲(qu)率等均有關系；其次，要(yao)考慮射(she)(she)線束(shu)偏離中(zhong)心(xin)導致(zhi)的(de)(de)透照厚度(du)(du)的(de)(de)變化，射(she)(she)線束(shu)偏心(xin)對透射(she)(she)率也有一定的(de)(de)影響(xiang)。

母材腐蝕坑(keng)測量

受(shou)射線檢測(ce)幾何布置特點(dian)(dian)的(de)影響，鋼管圓(yuan)周方向穿(chuan)透厚度(du)(du)的(de)變化(hua)較大(da)，測(ce)量點(dian)(dian)越(yue)偏離(li)管子中(zhong)軸線，厚度(du)(du)變化(hua)就越(yue)大(da)，而軸向的(de)穿(chuan)透厚度(du)(du)變化(hua)較小。因(yin)此在(zai)選(xuan)(xuan)(xuan)擇母(mu)材(cai)(cai)腐(fu)蝕(shi)坑(keng)測(ce)量點(dian)(dian)時，第(di)(di)(di)1點(dian)(dian)選(xuan)(xuan)(xuan)擇在(zai)被測(ce)腐(fu)蝕(shi)坑(keng)中(zhong)灰(hui)度(du)(du)值(zhi)最大(da)的(de)部位(wei)，第(di)(di)(di)2點(dian)(dian)選(xuan)(xuan)(xuan)擇在(zai)軸向偏移一定距離(li)的(de)母(mu)材(cai)(cai)完好部位(wei)，根據工件情況也可在(zai)腐(fu)蝕(shi)坑(keng)上下對稱部位(wei)取兩點(dian)(dian)（第(di)(di)(di)2點(dian)(dian)，第(di)(di)(di)3點(dian)(dian)）的(de)平均(jun)灰(hui)度(du)(du)作為母(mu)材(cai)(cai)灰(hui)度(du)(du)的(de)測(ce)量值(zhi)，母(mu)材(cai)(cai)腐(fu)蝕(shi)坑(keng)測(ce)量點(dian)(dian)位(wei)置如圖(tu)4所示。

圖4母材腐蝕坑(keng)測量點位(wei)置(zhi)

熔(rong)合線附近腐蝕坑測(ce)量

射線透照焊縫時，較(jiao)薄(bo)部位(wei)(wei)的(de)(de)(de)射線會向較(jiao)厚(hou)部位(wei)(wei)散射，不同(tong)部位(wei)(wei)的(de)(de)(de)散射比變化復雜，難(nan)以量(liang)化，因此(ci)需(xu)要通過選(xuan)(xuan)擇(ze)(ze)合適的(de)(de)(de)測(ce)量(liang)點來(lai)降低散射比的(de)(de)(de)影響。熔合線附(fu)(fu)(fu)近(jin)(jin)腐蝕坑測(ce)量(liang)點的(de)(de)(de)選(xuan)(xuan)擇(ze)(ze)主要考慮(lv)內外余(yu)高疊加引起的(de)(de)(de)透照厚(hou)度的(de)(de)(de)變化。因此(ci)在選(xuan)(xuan)擇(ze)(ze)測(ce)量(liang)點時，第1點選(xuan)(xuan)擇(ze)(ze)在腐蝕坑灰度最(zui)大(da)的(de)(de)(de)部位(wei)(wei)，第2點選(xuan)(xuan)擇(ze)(ze)在該點附(fu)(fu)(fu)近(jin)(jin)沿著(zhu)焊縫偏(pian)移至無腐蝕的(de)(de)(de)部位(wei)(wei)，熔合線附(fu)(fu)(fu)近(jin)(jin)腐蝕坑測(ce)量(liang)點位(wei)(wei)置如(ru)圖5所示。

圖5熔合線附近腐(fu)蝕坑測(ce)量(liang)點位(wei)置

焊縫(feng)腐蝕坑測量

選(xuan)擇(ze)(ze)焊(han)縫(feng)腐蝕(shi)(shi)坑測量(liang)(liang)點(dian)(dian)時(shi)，應(ying)主要考慮(lv)焊(han)縫(feng)余高(gao)的變化、內外余高(gao)疊加、雙壁透照時(shi)兩個(ge)焊(han)縫(feng)疊加等引(yin)起的透照厚度和(he)散射(she)比的變化。第1點(dian)(dian)選(xuan)擇(ze)(ze)在(zai)腐蝕(shi)(shi)坑灰度最大(da)的部位(wei)(wei)(wei)，第2點(dian)(dian)選(xuan)擇(ze)(ze)在(zai)該點(dian)(dian)附近沿著焊(han)縫(feng)偏(pian)移(yi)至無腐蝕(shi)(shi)的部位(wei)(wei)(wei)；在(zai)選(xuan)擇(ze)(ze)第2點(dian)(dian)時(shi)也(ye)應(ying)考慮(lv)射(she)線(xian)束偏(pian)離中心帶(dai)來的透照厚度的變化，隨(sui)著測量(liang)(liang)點(dian)(dian)遠(yuan)離曝光中心點(dian)(dian)，厚度偏(pian)差變大(da)，因(yin)此將曝光中心設在(zai)第1點(dian)(dian)和(he)第2點(dian)(dian)的中間位(wei)(wei)(wei)置可降低該因(yin)素的影響(xiang)，焊(han)縫(feng)腐蝕(shi)(shi)坑測量(liang)(liang)點(dian)(dian)位(wei)(wei)(wei)置如圖6所(suo)示。

圖(tu)6焊縫(feng)腐蝕坑測量點位置

數據整理

根據測量的灰度(du)數(shu)據，按上述計算(suan)方法得出腐(fu)蝕(shi)坑深度(du)，腐(fu)蝕(shi)坑灰度(du)及深度(du)數(shu)據如表5所示。

表5腐蝕坑(keng)灰度及深(shen)度數據

結語(yu)

在役管道腐蝕(shi)坑深(shen)度(du)的DR檢測(ce)中，圖像(xiang)灰度(du)與工(gong)件厚(hou)度(du)、射(she)線能量、材料吸收(shou)系數(shu)、散射(she)線、照射(she)場、管內(nei)介質、腐蝕(shi)坑內(nei)容物等均有(you)關；透(tou)(tou)照部位偏(pian)離射(she)線束中心的程度(du)也會對透(tou)(tou)照厚(hou)度(du)和射(she)線透(tou)(tou)射(she)率產生影響(xiang)；受鋼管曲率的影響(xiang)圖像(xiang)各個部位的散射(she)比(bi)也不同，在實際應(ying)用中只(zhi)有(you)綜合考慮(lv)上述(shu)因(yin)素，才能提高管道腐蝕(shi)坑深(shen)度(du)的測(ce)量精度(du)。