石油化工用聚乙烯管道焊接接头X射线数字成像检测方法 编制说明

1《石油化工用聚乙烯管道焊接接头X射线数字成像检测方法》编制说明年第三批推荐性国家标准计划及相关标准外文版计划的本标准起草单位由中国石油集团工程材料研究院有限公司……管道以其重量轻、耐腐蚀、高强韧性、优良挠性、水流阻力小、制造能耗低、造价低、便于搬运和安装等优点，在石油化工流体输送中部分取代传统的金属内衬聚乙烯、聚丙烯、聚四氟、不锈钢管碱腐蚀性液体、气体的工艺管及排污管中，成为优先选用的管材。以城镇燃气行业为例，目前超过由于焊接设备性能、焊接工人经验、天气和环境等多重原因影响，聚乙烯管材焊接接头中不可避免地会存在焊接缺陷，成为管材快速失效最主要的因素，直接影响管道的服役安全。相比金属管道焊接接头，国内、外聚乙烯管道焊接接头无损检测技术的研究和应用相对滞后，在安装施工、服役过程中无法对焊接缺陷进行有效、准确的检测评价，导致安全事故频发。近几年，频繁发生的安全事故已引起政府安全主管部门和行业的高度关注，多次出台政策要求全面排查隐患，及时更换和改造存在质量问题的管道，但是由于现行标准规定的无损检测技术不成熟、不完善、不准确，对隐患的排查和安全管理政策的执行带来很大的困难和问题，不少地方的特种设备监检部门只能采用目测等方式进行在役聚乙烯管道焊缝表面外观检测，这种方法，远远达不到质量监控、隐患排查的要目前，国内外针对聚乙烯管道焊接接头的无损检测方法有射线、超声、相控和相控阵技术对于裂纹、夹杂、孔洞等有型缺陷具有较高的检出率，但对冷焊、过焊、未熔合等聚乙烯管焊接接头特有的、出现频率高、危害性大的缺陷检出率低，因此，工程应用受到很大限制。从技术原理上说，X射线数字成像检测技术基于X射线的穿透性和材料衰减特性，通过探穿透物体后的射线强度差异，生成内部结构图像，具有非破坏性检测、高分辨率成像、多材料适用2焊接接头的内部质量，避免因焊接缺陷（如冷焊、过焊、未熔合等）导致的线数字成像检测技术还可以与其它检测标准相互配套、优势互补，对提高聚乙烯管道焊接接头缺陷检测的准确性、可靠性，保障焊接质量和聚乙烯管道的使用安全性，保证化工生产、人民生命和财本标准依托省部级科研项目《在役聚乙烯管道老化评价技术研究》、中石油集团公司科研项目《油气田非金属管材应用及配套检测评价技术》、《油田用耐温聚乙烯集输油管道在长庆油田工业像检测的投射角度、管电压管电流、透照频率、曝光时间等关键参数优选配成像检测技术可有效检测聚乙烯焊接接头中存在的冷焊、过焊、夹杂、气孔、未熔合等缺陷，检出率大于95%。相关项目均已顺利结题验收，成果应用于油田、城镇燃管道无损检测技术现状、国内外相关标准制定情况以及标准需求情况。经过多次研究，项目组成员一致认为非常有必要将聚乙烯管道焊接接头缺陷检测的X射线数字成像检测技术准，以指导X射线数字成像检测在聚乙烯管道安装过程中科学、规范、准管道安装可靠性，保证聚乙烯管道的长期安全稳定运行，延长复议寿命。由此，项目组联合行业专家团队开展了广泛的研究和讨论，总结了项目组积累的相关经验及国内外先进做法，并结合国内工程的实际情况，开展了《石油化工用聚乙烯管道焊接接头X射线数字成像检试验结果进行了讨论，明确了标准制订工作的任务分工及时工程师协会（SPE）等国际组织获取国际标准、规范和研究现状，分析国际上先进的聚乙烯管道无同行在聚乙烯管道数字射线检测方面的相关技术经验，对标准中的主要技术参数进行了试验验证，包括专用像质计的研发、电压选择的系列试验、冷焊及过焊力学试验、典型缺陷图谱的制定等，完召开了本标准第一次研讨会，对标准工作组讨论稿的内容进行了深入的讨论，提出了进一步补充完测项目中得到应用，通过在实践中应用，对标准规定的技术参数进烯管道生产、施工、使用及检测等相关专家，对标准工作组讨论稿进行了深入的研讨，提出了标准3基于X射线数字成像检测技术在我国聚乙烯管道焊接接头缺陷检测领1、严格按照GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分乙烯管道焊接接头X射线数字检测提供技术依2007—2016年，数字射线技术在金属管道中进行了一些零散的、试验性工程应用。2016年—2021年，中俄东线北段建设，为了满足数字化管道需要，新建项目的管道安装过程中均开展了小规模的数字射线工程应用。2016年以来，随着聚乙烯管道事故频发，数字烯管道焊接接头的检测，大量实验及工程应用结果表明，数字射线能够对聚乙烯管道焊接接头的多国内针对聚乙烯管道缺陷的无损检测技术及相关标准均较缺乏，未形成聚乙烯管道焊接的无损法》等，但均因检测效果不佳和可检测的缺陷受限等原因仍无法在现场得到广泛应用。在数字射线金属管道及压力容器的X射线数字成像检测，自标准发布以来，通过实践证明4属管道及压力容器中的应用不断成熟。近年来，X射线数字成像检测技术也在聚乙烯管无损检测中得到了广泛应用，但却没有有关国家标准对X射线数字成像检测方法进行规范X射线数字成像检测技术在聚乙烯管道焊接质量无损检测领域的应用，本标准的制订将线检测第2部分：使用数字化探测器的第1部分：丝型像质计像质值的测定》、GB/T214728:2019；在规定检测方法时，参考了GB/T33488.3-201孔型像质计的结构型式、尺寸和要求时，参考了GB/T23901.1-2019和G在基于聚乙烯材料焊接接头中缺陷的特点以及在大量试验验证的基础上47013.11规定的检测设备参数要求、像质计放壁厚管段的管电压选择曲线、灵敏度值、分辨率，该壁厚范围几乎覆盖了GB/所有壁厚，又完全包含了目前化工流体输送工程常用的聚乙烯管道壁厚，因此将本标准适用的被检工件公称厚度范围确定为2mm~100mm，本标准规定的检测对于针对X射线数字成像检测技术的术语和定义，在GB/T3323.2、GB/T12604.本部分对各缺陷的定义均基于在项目实施过程中对缺陷形成的原因、特征以及项目组在研究过程中的经验总结形成，其中，热熔焊接头和电熔焊接头并未在现有的标准中有定义，标准起草组参和电熔焊接接头的定义；对于冷焊、未熔合、孔洞、过焊、夹杂、承插不到位及裂纹的定义，标准起草组在查阅了大量的相关文献，并结合了在项目中的发现、积累、总结的大量数据的基础上而提出，定义中除了对缺陷形成的原因及特征进行描述外，还以注的形式描述了这些缺陷在数字射线影5本章对环境条件、辐射安全防护、人员要求提出了要求，基于及特征缺陷均有很大差异，需要检测人员对此有基本的了解，才能对检测结果的准确性提供帮助，因此本章规定“从事聚乙烯材料焊接接头X射线数字成像无损检测的人员，应了解聚乙烯管道的检测设备及器材的性能选择和参数的合理设置是保证检测结果有效的基础，本文件中的检测设测设备及器材的各项性能要求以及检测过程中需要的本文件对X射线探伤机的参数要求，依据项目组在PE管材的密度为0.91~0.97g/cm³,依据X射线的基本理论，对低密度材料只有采用小焦点、大电射线源的焦点越小则影像的分辨率越高，因此小焦点可能的小焦点并大电流。通过试验验证得出：管电流不宜小于30时，能够满足对聚乙烯管道缺陷检测灵敏度的最低要求，目前，市面上满足该要求的成熟数字射线射线影像上表现为一条线，如果采用的数字探测器成像板的像素点过大，则熔合面的成像放大后难指标的科学性和可靠性也在大量的试验验证得到了证实：目前工业领域使用的DR平板像素点在6密度特征，其缺陷部位的灰度差异比金属小很多，采用一般的显示器虽然也能够通过灰度对比识别出缺陷，但效果较差，不理想。灰阶显示器是一种通过精确控制亮度层次实现画面细节还原的显示现出缺陷与非缺陷部位的灰度对比，从而帮助检测人员更快速准确地识别出缺陷，因此本章节推荐使用灰阶显示器，并对灰阶显示器的主要参数提出了最本标准中规定的检测方法使用的像质计包括双丝型像质计、丝型像质计和阶梯孔型像质计三种类型。系统分辨率的标定采用双丝型像质计，因为与金属像质计是通用的，所以其型号和规格应符标准针对的是金属材质像质计，其丝或孔的尺寸、误差等规定都适合金属材料，并不适用于聚乙烯材料。为了保证聚乙烯管道焊接接头检测方法的科学性、可靠性和准确性，项目组研发了适用于聚乙烯工件的丝型像质计和阶梯孔型像质计，具体结构、主要尺寸及偏差以避免塑封对聚乙烯丝显像灰度的影响。因为在金属材料的射线检测中，射线束强度较大，聚乙烯塑封对像质计的金属丝射线显像的影响可以忽略的；但是聚乙烯结构的数字射线检测需要采用较弱的射线束，塑封会对像质计的成像灰度产生极大的影响，导致检测人员判断错误，因此需要在聚乙烯丝部位开镂空窗口，使聚乙烯丝直接暴露于空气中，这样在数字射线成像时，能够保证在聚乙烯丝部位的图像是纯粹的丝的影像，而没有塑料封70.13和0.10，尺寸公差由原来的±0.005烯材料具有较大的变形能力，过小的缺陷尺寸对管道整体的变形和承载能力影响不大，可以忽略不8丝√√√√√√√√√√√√√W10√√W11√√W12√W13√W14√W15√W16烯孔加工尺寸公差最小为±0.02mm，本文件规定的像质计加工公差不能低于这个值，因此GB/T几个孔径的尺寸公差改成±0.02mm，那以满足聚乙烯材料的孔加工精度。另外，聚乙烯材料具有较大的变形能力，过小的缺陷尺寸对管道陷识别。最后，根据GB/T23901.2对孔的编号规9√√√√√√√√√√√√√√√√√√小距离fmin计算、技术分级、管电压选择射线检测》，采用了管道透照布置的相关内容，并结合本标准规定的检测对象热熔焊和电熔焊接头特点，分别创新性地制定了专有的透照布置方案，使标准使用者能够更加清晰地理解本标准规定的当单壁透照无法实现时，可选择垂直透照，最后才是倾斜透照。这种规定主要是考虑到聚乙烯管道焊接接头的特殊性，聚乙烯管道的冷焊、过焊等危害性缺陷均表现为数字射线图像上的一条线，因只有当检测条件不允许的情况下，才能退而求其次地选择倾斜射线源至受检部位距离f的计算属于射线类检测的通用要常规工业用数字探测器的管电压范围为40kV－320kV，但是这种管电压只适材料密度较低，需要采用低电压20kV~120kV之间压，确保数字成像质量，确定了每种壁厚下的最大允许中对金属焊缝的透照次数要求，可以满足聚乙烯管道热熔接头的透照要求。对于电熔焊接接头，由于是电熔套筒结构，按照热熔接头透照次数时，数字射线检测方法只能将电熔接头熔合面的两个切线进行成像，能够检测出的缺陷仅限于360°圆周的两条线，所以检测次数越多，其对缺陷的检出率越高，但是如果要把360°圆周全覆盖显然不现实。实际工程中，业主既要考虑检测成本，又要图像处理是数字射线检测区别于传统射线检测的重要部分，图像的灵敏度和分辨率应同时满足1）、图像分辨率采用双丝型像质计进行测定，项目组针对目前常见的透照厚度范围），），本章主要包含缺陷识别、缺陷几何尺寸测量。本标准中提出缺陷的识别可采用人工识别或计算机辅助识别，人工识别可通过图谱对比进行，典型缺陷特征图谱见附录C缺陷几何尺寸的测量方法属于数字射线检测技术的通用做法。参考本部分首先提出了X射线数字成像检测技术能检测出的化工用聚乙烯管道焊接接头的缺陷类管道的热熔焊接的特殊缺陷，是本标准中的创新性规定，因为化工流体腐蚀性较强，当电熔接头有金属丝裸露时，一旦输送介质与金属丝接触，会迅速腐蚀金属丝，造成腐蚀穿孔，导致介质泄漏；集孔洞时、或电阻丝错乱、或卷边过大影响管道有效流通面积时，此缺陷为不可接受缺陷；未熔合检测报告属于数字射线检测的通用要求，本部分参考了NB/T4项目组在大量试验验证的过程中，不断调整仪器参数，确保检测结果最优化，总结了典型缺陷的影像图，以此作为资料性附录，供三、主要试验（或验证）的分析、综述报告，技术经济论证本标准依托省部级科研项目《在役聚乙烯管道老化评价技术研究》、中石油集团公司科研项目《油气田非金属管材应用及配套检测评价技术》、《油田用耐温聚乙烯集输油管道在长庆油田工业字成像系统参数要求，采用满足要求的射线数字成像设备，通过大量试验验证了射线数字成像技术试验过程中对PE管焊接接头检测数字成像系统由TXGXP70WD/TWK700型PE管专用高频恒字平板间为无线通讯方式，在笔记本计算机上对高频恒压X射线机和TDR射线照相工艺的合格性以及缺陷检验能力，是确保检测结果准确性和可靠性的关键通过近半年的设计和尝试，研发了丝型像质计（图6a和阶梯型像质计（图6b。丝型像质计采用特殊工艺对聚乙烯材质进行拉丝加工，保证聚乙烯丝线直径和材质的均匀性，部位采用镂空方式，避免了封装塑料对检测精度的影响。阶梯孔型像a）丝型像质计b）项目组采用研发的丝型像质计对聚乙烯管道热熔接头缺陷项目组采用常见聚乙烯管材制作了一批电熔接头和热熔接头试样，采用本标准规定的测试方法1/2/34/5/6/789/熔接压力过大造成粘流态熔质挤对正常的合格电熔接头进行检测，检测结果见图9，本标准规定的检测方法能够检测出电熔接对电熔接头金属丝夹杂、孔洞、冷焊及过焊等缺陷试样分别进行X射线