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近年來，玻璃鋼管作為一種新型的高性能管道，得到了越來越廣泛的應(yīng)用，特別是在油氣田領(lǐng)域，其優(yōu)良性能得到了充分利用。玻璃鋼管具有耐腐蝕、高強(qiáng)度、輕質(zhì)、易安裝、輸送阻力小及成本較低等優(yōu)點(diǎn)，目前已成為傳統(tǒng)金屬管道腐蝕問題的重要解決方案。

然而，受材料缺陷、安裝或使用不當(dāng)、超服役工況運(yùn)行以及第三方破壞等因素影響，玻璃鋼管失效行為也時(shí)有發(fā)生，主要包括裂紋、變形及連接失效等。而針對(duì)玻璃鋼的缺陷評(píng)價(jià)，目前還缺乏有效的實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)及識(shí)別手段，評(píng)價(jià)工作多在實(shí)驗(yàn)室開展，甚至是在事故發(fā)生后才進(jìn)行失效分析，對(duì)失效過程進(jìn)行復(fù)盤及失效原因推斷，屬于有損評(píng)價(jià)及事后評(píng)價(jià)。

無損檢測(cè)技術(shù)具有非破壞性及時(shí)效性，對(duì)于玻璃鋼管質(zhì)量控制具有重要意義。傳統(tǒng)的玻璃鋼管檢測(cè)方法主要包括目視檢測(cè)、超聲檢測(cè)等，這些方法存在一定的局限性，如檢測(cè)精度不高、操作繁瑣等。

隨著科技的不斷發(fā)展，數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)逐漸應(yīng)用于玻璃鋼管的質(zhì)量檢測(cè)。數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)具有高精度、操作簡(jiǎn)便、檢測(cè)結(jié)果直觀等優(yōu)點(diǎn)，在各類工程材料的缺陷檢測(cè)中得到了廣泛應(yīng)用。

為進(jìn)一步明確數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)在玻璃鋼管道缺陷檢測(cè)中的適用性，中石油工程材料研究院有限公司等單位的技術(shù)人員對(duì)含各種預(yù)制缺陷的玻璃鋼管本體及接頭位置的試樣進(jìn)行了檢測(cè)分析，以期為數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)后續(xù)在油氣輸送用玻璃鋼管缺陷識(shí)別的規(guī)模化應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

 

01試驗(yàn)方法

1試驗(yàn)對(duì)象

試驗(yàn)對(duì)象為玻璃鋼管，對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品分別為地面集輸用高壓玻璃鋼管和井下用玻璃鋼油管，采用的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)分別為SY/T 6267—2018和SY/T 7043—2016。

在玻璃鋼管的管體上和接頭位置處預(yù)制缺陷后進(jìn)行數(shù)字射線檢測(cè)識(shí)別，從而研判數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)用于玻璃鋼管（包括管體、連接螺紋及密封圈等結(jié)構(gòu)）缺陷檢測(cè)的可行性。

在實(shí)際檢測(cè)過程中，調(diào)整數(shù)字射線檢測(cè)設(shè)備的參數(shù)，如曝光時(shí)間和管電壓等，可以提高檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。

另外采用先進(jìn)的圖像處理技術(shù)（如去噪、對(duì)比度增強(qiáng)等），可以對(duì)檢測(cè)圖像進(jìn)行優(yōu)化處理，從而提高缺陷識(shí)別的準(zhǔn)確率。

2試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)選用YXLON-300DS型便攜式高頻數(shù)字射線機(jī)，如圖1所示。該射線機(jī)焦點(diǎn)尺寸為1 mm，成像板型號(hào)為1717M，對(duì)應(yīng)的像素為139 μm。

圖1 數(shù)字射線檢測(cè)設(shè)備實(shí)物

3缺陷設(shè)置

為了模擬油氣田用玻璃鋼管常見失效形式，預(yù)制了5種類型的缺陷形式，分別為槽型缺陷、孔型缺陷、螺紋缺陷、密封圈不完整以及外力載荷破壞。

預(yù)制缺陷一：

槽型缺陷

玻璃鋼管在制造及施工過程中，受到劃傷或剮蹭時(shí)，管道上可能會(huì)出現(xiàn)不同深度的槽型缺陷。為了模擬該類缺陷，在管道的內(nèi)外表面分別預(yù)制了環(huán)向和軸向刻槽，如圖2所示。

圖2 預(yù)制刻槽缺陷示意

其中，分別在玻璃鋼管的外壁和內(nèi)壁預(yù)制一條環(huán)向刻槽缺陷。該刻槽距軸向端部約30 mm，刻槽長(zhǎng)度約50 mm，刻槽深度為玻璃鋼管管體壁厚的10%，刻槽寬度不大于0.5 mm。同樣，在玻璃鋼管的外壁和內(nèi)壁預(yù)制一條軸向刻槽缺陷，刻槽深度為玻璃鋼管管體壁厚的10%，刻槽寬度不大于0.5 mm。

預(yù)制缺陷二：

孔型缺陷

玻璃鋼管可能存在孔型缺陷，該缺陷形成后可能發(fā)展成為輸送介質(zhì)的泄漏通道，從而導(dǎo)致管道整體失效。為了模擬該類型缺陷，在玻璃鋼油管接箍外表面預(yù)制不同規(guī)格的孔型缺陷，如圖3所示。

圖3 預(yù)制孔型缺陷示意

其中，在其正面預(yù)制7個(gè)孔型缺陷，孔徑為2 mm，孔的深度為1~10 mm不等；在接箍頂部預(yù)制1個(gè)貫穿型孔狀缺陷，直徑為2 mm。

預(yù)制缺陷三：

螺紋缺陷

玻璃鋼管的螺紋由螺紋牙型（環(huán)氧樹脂材料制成）黏結(jié)于管體端部制作而成，極容易在外力條件下受損，從而降低連接強(qiáng)度及密封性能，形成失效薄弱點(diǎn)。

為了模擬螺紋受損情況，在外螺紋內(nèi)側(cè)破壞原有螺紋牙型，缺陷長(zhǎng)度約10 mm，預(yù)制螺紋缺陷如圖4所示。

圖4 預(yù)制螺紋缺陷示意

預(yù)制缺陷四：

密封圈不完整

部分玻璃鋼連接部分采用了密封圈與螺紋組合的形式，如圖5所示，其中密封圈主要起到密封完整性的作用，當(dāng)密封圈受損或移位時(shí)，管道整體密封性會(huì)變差甚至發(fā)生泄漏，最終導(dǎo)致管道失效。

圖5 帶密封圈的玻璃鋼管實(shí)物

模擬了密封圈常見的兩種失效形式，一種是密封圈滑移變形，通過移動(dòng)密封圈使其離開所在的密封槽位置來實(shí)現(xiàn)缺陷預(yù)制；一種是密封圈受損，通過切除長(zhǎng)約5 mm的密封圈上的短節(jié)實(shí)現(xiàn)缺陷預(yù)制。

預(yù)制缺陷五：

外力載荷破壞缺陷

玻璃鋼管的基體樹脂為熱固性的環(huán)氧樹脂，在外力作用下易變形開裂，服役過程中管體常出現(xiàn)裂紋缺陷，進(jìn)而降低管道的承壓能力。

模擬玻璃鋼管在承受外力載荷時(shí)管體出現(xiàn)裂紋的情況，即將玻璃鋼管置于夾緊裝置上并進(jìn)行擠壓，使得鋼管受到環(huán)向載荷作用，導(dǎo)致管體表面出現(xiàn)裂紋，預(yù)制外力載荷破壞過程與缺陷形貌如圖6所示。

圖6 預(yù)制外力載荷破壞過程與缺陷形貌

 

02試驗(yàn)結(jié)果

槽型缺陷識(shí)別

圖7 槽型缺陷數(shù)字射線檢測(cè)結(jié)果

由圖7可見，槽型缺陷能被明顯識(shí)別出。圖像呈現(xiàn)明顯的條形橫線，其形狀及幾何尺寸與預(yù)制缺陷的相當(dāng)，從而可明顯判別缺陷類型及位置。

孔型缺陷識(shí)別

圖8 孔型缺陷數(shù)字射線檢測(cè)結(jié)果

由圖8可見，通過數(shù)字射線成像后，直徑為2 mm的不同深度（1~10 mm）的7個(gè)孔型缺陷，以及1個(gè)貫穿型的孔型缺陷，均可清晰地識(shí)別出。

螺紋缺陷識(shí)別

圖9 螺紋缺陷數(shù)字射線檢測(cè)結(jié)果

由圖9可以明顯看出預(yù)制螺紋缺陷形貌，較為直觀地反映出缺陷的真實(shí)狀態(tài)?？梢娐菁y缺陷也可通過數(shù)字射線進(jìn)行識(shí)別。

密封圈缺陷識(shí)別

圖10 密封圈不完整缺陷數(shù)字射線檢測(cè)結(jié)果

由圖10可見，彎折的密封圈可以被清晰地識(shí)別出來，密封圈被截?cái)嗪笠部杀煌暾爻尸F(xiàn)出來。由此可見，密封圈的安裝狀態(tài)可以通過數(shù)字射線進(jìn)行檢測(cè)識(shí)別。另外，數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)也可用于服役過程中管道連接位置處的檢驗(yàn)，以判別密封圈的老化狀態(tài)或位置的變化等。

外力載荷破壞缺陷識(shí)別

圖11 外力載荷破壞缺陷的檢測(cè)結(jié)果

由圖11可以識(shí)別出受擠壓而產(chǎn)生的條形裂紋缺陷，且與試樣中的裂紋分布狀態(tài)一致。

 

結(jié)束語

對(duì)試樣的檢測(cè)結(jié)果表明，數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)可以有效檢測(cè)出玻璃鋼管內(nèi)部存在的平底孔、刻槽、模擬裂紋等缺陷，以及接頭螺紋損傷、內(nèi)部密封膠圈質(zhì)量狀況，數(shù)字射線對(duì)試樣中各類預(yù)制缺陷的識(shí)別率均較高，特別是對(duì)螺紋損傷和密封圈缺陷的識(shí)別效果尤為突出。

在進(jìn)一步完善像質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)以及驗(yàn)收指標(biāo)等相關(guān)參數(shù)后，數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)有望作為玻璃鋼管現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量控制的有效手段。