石化管道焊缝DRT远程操控便携式定位装置的研究与应用

石化管道焊缝DRT远程操控便携式定位装置的研究与应用

牟志杨1 ,袁卫华1,李保华2

1.山东外国语职业技术大学 山东日照 276800

2.日照市特种设备检验科学研究院 山东日照 276800

摘   要：数字射线检测技术（DR）在是在常规射线检测技术(RT)之后发展并应用的一种新的无损检测方法，近年来已在石化管道等领域的焊缝检验过程中得到了广泛应用。本文针对常规的射线检测技术(RT)技术存在的问题，从安全性、有效性、精准性出发，研制便携式油气管道焊缝数字X射线检测远程操控定位装置。经现场验证，装置平均能够节省人工/工时成本5-6万余元（根据射线拍片数量而定），具有良好的经济效益及发展前景。

关键词：数字射线检测技术；石化管道；无损检测

一、研究意义

石油化工厂不同系统管道众多，大多涉及输送有毒、有害、易燃、易爆或高温、高压介质，根据工作状况的不同，大多纳入承压管道特种设备管理。我国石化管道具有数量大、种类多、发展快的特点，石化管道的安全已成为我国公共安全的重要组成部分。石化管道火灾爆炸风险较高一旦事故，往往经济损失惨重、社会影响强烈、环境污染严重等给应急管理带来极大挑战[1]。因此，石化管道的安全检测历来是世界各国严格控制的重要任务之一[2]。但现有传统常规射线检测技术（RT）存在以下几个方面的问题：

1.常规的射线检测技术(RT)员工操作强度大、效率低。

在分别完成发射源和成像装置的安装定位后，为避免射线对人体的危害，检测人员必须到远离射线发射源的位置处方能启动发射源进行拍摄，当拍摄完成后，才能返回现场，再次调整定位发射源和成像装置在同一焊缝部位的下一个周向位置，一条焊缝的检测要往返奔波3-6次，检测工作劳动强度大，效率也难以提高。

2.精准度低、需要反复调试效率差。

在各类石化管道的环向焊缝的检测过程中，数字射线检测与传统RT胶片成像不太一样。传统RT做好X发射源设备的固定定位后，胶片的粘贴固定较为方便；当采用数字射线检测时，由于发射源和成像装置都相对较重，两套装置均须由人工精确安装定位，方能实施检测[3]。在分别完成发射源和成像装置的安装定位后，为避免射线对人体的危害，检测人员必须到远离射线发射源（根据，GBZ117-2006《工业X射线探伤卫生防护标准》一般要50-100m以上）的位置处方能启动发射源进行拍摄，当拍摄完成后，才能返回现场，再次调整定位发射源和成像装置在同一焊缝部位的下一个周向位置，一条焊缝的检测要往返奔波3-6次，检测工作劳动强度大，效率也难以提高。

为解决实际应用中的痛点，研发一种便携式的定位装置以便于数字射线检测设备远程操作，达到提高无损检测效率和DR成像质量，并且减少射线操作人员的人身危害的目的，从而为石化管道的安全运行提供安全保障。

二、管道焊缝DRT远程操控便携式定位装置的研发

基于常规的射线检测技术(RT)技术存在的问题，从安全性、有效性、精准性出发，研制便携式油气管道焊缝数字X射线检测远程操控定位装置，该定位装置具备一种便于检测人员将数字X射线机的射线源和成像板固定于被检测油气管道上的定位装置，同时还具备将射线源和成像板同步旋转的远程操控装置[4]，同时保证了操作人员的安全，以便实现对油气管道环向焊接接头的高效检测。

便携式石化管道焊缝数字射线检测远程操控定位装置主要有三部分构成：定位小车、操控终端和电动束缚装置。具体如下：

图1 电动束缚装置----定位小车                   图2 工作状态示意图

小车控制单元主要包括：小车12V锂电池、小车总电源开关、遥控开关接收模块、驱动减速电机、摄像头、图传发射模块。

小车12V锂电池、小车总电源开关、遥控开关接收模块、图传发射模块均安装在一个电气盒内，电气盒通过螺栓固定在小车架上。摄像头通过螺栓固定在电气盒的上部，镜头朝向定位小车右侧的驱动轮附近[5]。小车总电源开关接通后，摄像头、图传发射模块也同时得电，图传发射模块将摄像头采集的检测现场定位小车右下侧驱动轮附近的图像无线传输给操控终端。

图3 小车控制单元的电气原理图           图4 操作小车结构示意图

同步带配备两条，用于将定位小车沿焊缝的周向束缚于被检测的压力管道上，同步带除了用于束缚定位小车，还同时用于定位小车的旋转轨道，起到旋转导向作用。实际样机应用操作发现具有以下优点：

（1）采用同步带作为束缚装置的同时兼作定位小车的旋转轨道，使整个装置的重量减轻、尺寸缩小，方便携带到工程现场使用。

（2）采用柔性臂和定位小车将数字X射线的发射源与成像板联接在一起，使检测人员在固定好定位小车后，数字X射线发射源和成像板的定位变得简单并能同步旋转，无需将两套装置分别安装定位，首次定位的效率得到了提高。

（3）采用无线图传模块和无线遥控开关实现对定位小车的远程操控，使检测人员对同一焊缝其他周向位置的检测不必来回奔波，再次定位的效率大大提高。

三、管道焊缝DRT远程操控便携式定位装置的应用效果

便携式石化管道现场DR检测远程操控定位装置，适用于石油、化工等各类管道的焊接接头的检测，因其尺寸和重量适中，适合便携，对提高在用管道的检测优势明显。因其具有遥控调节定位功能，特别在管道环向焊缝的周向多角度检测时，能够明显提高检测效率。该定位装置将在无损检测行业和特种设备检验检测机构中具有良好应用前景。管道焊缝DRT远程操控便携式定位装置分别由两家工程检测检验公司进行试用，通过跟踪调查，效果反馈良好。产品具有操作便捷、携带方便、稳定可靠的优点，避免了操作人员的辐射风险，在健康环境安全防护方面取得良好的社会效益。并且装置提高了射线检测质量和检验效率，从而降低了检验成本，在检修过程中，该装置平均能够节省人工/工时成本5-6万余元（根据射线拍片数量而定），取得良好的经济效益。

参考文献：

[1]程秋平，杨雅玲，刘志云等.薄板对接焊缝缺陷超声波定性分析[J].无损探伤，2010（03）：23.

[2]姚阳明.分析射线数字成像检测(DR)技术在管道对接焊缝检测中的应用[J]. 低碳世界，2020，10(6)：2.

[3]徐永波.X射线数字成像(DR)在天然气管道焊缝探伤中的研究应用[J].化学工程与装备，2018(6):2.

[4]谢广禄，杨素景.X射线数字成像检测技术在输气管道铁路穿越段施工的应用实例[J].石化技术，2018，25(2):2.

[5]LI Shao-yun. DR实时成像技术在双面埋弧焊管焊缝检测中的应用[J]. 焊管，2010(002):033.