劉新凌 李強 于航 梁強

廣東大鵬液化天然氣有限公司

 

摘 要：焊縫射線(xiàn)底片是檢測焊縫質(zhì)量的重要文件，但由于焊縫射線(xiàn)底片數據量大，信息多，完全通過(guò)人工進(jìn)行缺陷識別的有效性差。通過(guò)對焊縫底片進(jìn)行數字化，建立圖像自動(dòng)識別的大數據分析模型及焊縫底片數字化管理系統，對某在役管道57 500張焊縫底片質(zhì)量的自動(dòng)評判以及對焊縫底片中隱藏的超標缺陷進(jìn)行再識別，找出了需重點(diǎn)關(guān)注的環(huán)焊縫未熔合缺陷。

關(guān)鍵詞：焊縫底片；數字化；識別；復評；技術(shù)研究；實(shí)踐

 

 

油氣管道是長(cháng)距離輸送的線(xiàn)性工程，主要采取焊接方式連接、埋地方式敷設。環(huán)焊縫是管道整體質(zhì)量的薄弱環(huán)節，其質(zhì)量好壞直接影響到管道的運行安全。近年來(lái)國內相繼出現多起與管道環(huán)焊縫有關(guān)的泄漏和斷裂事故，造成了重大經(jīng)濟損失和消極影響。因此需要借助有效的技術(shù)方法和手段，全面排查管道環(huán)焊縫存在的質(zhì)量安全風(fēng)險。但由于焊縫射線(xiàn)底片量大，信息多，完全通過(guò)人工進(jìn)行缺陷識別有效性較差，效率也很低。

通過(guò)對焊縫底片進(jìn)行數字化，建立圖像自動(dòng)識別的大數據分析模型及焊縫底片數字化管理系統，解決了建設期焊縫底片長(cháng)期保存的問(wèn)題，實(shí)現了對在役管道運行期焊縫底片質(zhì)量的自動(dòng)評判以及對焊縫底片中隱藏的超標缺陷進(jìn)行再識別。

1 主要步驟

1.1 焊縫射線(xiàn)底片數字化

使用工業(yè)射線(xiàn)檢測工業(yè)膠片的專(zhuān)用數字化系統： MII-900plus，進(jìn)行射線(xiàn)底片數字化，并將其轉化為一定格式的單個(gè)文件（圖 1）。要求色彩深度：8 bit/16 bit灰階（256灰階層/65536灰階層）；光學(xué)分辨率：預設每英寸300點(diǎn)（300 dpi），最大應能達到2400 dpi；焊縫掃描黑度達到2.5以上，最大黑度能達到4.7。

1.2 建立焊縫底片數據庫并入庫

由于原始底片的保存條件受時(shí)間和環(huán)境的影響較 大，其調閱也存在一定的問(wèn)題，為實(shí)現焊縫底片原始信息的保存，并且能夠進(jìn)行快速、準確的調取查看，進(jìn)行了射線(xiàn)底片的數字化掃描過(guò)程，使長(cháng)輸管線(xiàn)的底片在自然環(huán)境下的物理保存轉化為數字化保存。

建立焊縫底片數據庫。包括索引表設計，索引表數據錄入，索引表數據入庫，按照已有焊縫編號，對各個(gè)焊縫底片進(jìn)行編碼，最后將射線(xiàn)底片掃描結果入庫，數字化流程如圖 2所示。焊縫底片文件的命名采用箱號+焊口編號的方式，便于查詢(xún)。

1.3 掃描底片識別前進(jìn)行修片

采用數字化系統中的圖像處理系統和Microsoftoffice Picture manager共同對底片進(jìn)行圖形操作，處理焊縫底片的紋理特征。針對質(zhì)量不好的底片，采用圖片變計軟件增加圖像的亮度、對比度、中心區域的中間色調調正等，使缺陷充分暴露，保證管道焊縫底片的缺陷易識別、無(wú)死角、無(wú)盲區。對部分質(zhì)量有問(wèn)題的底片，需對其表面的異物進(jìn)行清理和重新掃描數字化，盡可能的保持底片原始信息的完整性。對焊縫底片兩邊存在偽缺欠以及非焊縫底片信息給予清除。

1.4 開(kāi)展焊縫缺陷識別及復評

開(kāi)展焊縫圖像的缺陷特征提取和自動(dòng)識別。對數字化圖像進(jìn)行預處理，并采用邊緣檢測、缺陷跟蹤、圖像增強、線(xiàn)性變換、圖像形態(tài)學(xué)處理、算子融合等方法，獲取圖像的紋理特征，計算出缺陷圖像特征值，對焊縫缺陷特征進(jìn)行提取。自動(dòng)對缺陷類(lèi)型進(jìn)行分類(lèi)，如裂紋、未焊透、未熔合、圓形缺陷、條形缺陷等。最小識別缺陷尺寸特征應不大于1 mm。焊縫射線(xiàn)底片識別與評價(jià)系統如圖 3所示。系統功能如圖 4所示。缺陷識別分析過(guò)程如圖 5所示。

          

（1）數字化圖像自動(dòng)分割。焊縫底片長(cháng)度過(guò)長(cháng)，會(huì )導致數據分析時(shí)數字化底片信息的失真，并且無(wú)法準確識別其中的缺陷。為便于對底片中存在的缺陷識別與分析，采用本軟件對底片進(jìn)行數字化分割，如圖 6所示，根據底片實(shí)際尺寸進(jìn)行拆分。

（2）數字化圖像去噪。在原始圖像的基礎上， 采用空域變換方法，處理圖像的灰度值，針對變換域中的某些數值的系數進(jìn)行邏輯運算，從多維度減少圖像中的噪聲，再進(jìn)行反變化的降低維度處理，將含有噪聲圖像轉回原來(lái)的空間域，過(guò)濾除去妨礙計算以及不便于接受的信息。

（3）圖像增強技術(shù)。掃描后的數字化底片信息量大，清晰度有限，缺陷處能量值不足。為改善圖像質(zhì)量，提高焊縫識別軟件系統對目標區域的識別，采用圖像增強技術(shù)對原圖像進(jìn)行數據變換，達到增強底片對比色的目的。

（4）邊緣檢測與焊縫數字化底片特征提取。對已經(jīng)數字化處理的焊縫底片，采用焊縫圖像的邊緣檢測方法，包括Robert算子、 Sobel算子、 Prewitt算子、Canny算子等，基于形態(tài)學(xué)圖像處理技術(shù)和多算子融合處理技術(shù)，來(lái)提高圖像邊緣檢測精度。

（5）數字化底片分析識別。依據NB/T 47013.2―2015標準，對數字化底片中存在的基礎信息進(jìn)行預處理，采用邊緣檢測與閾值分析的方法提取特征參數，提取的參數采用典型缺陷SVM多類(lèi)分類(lèi)器方法構造函數，對其中存在的焊縫缺陷進(jìn)行分析、識別。如裂紋、未焊透、未熔合、圓形夾渣、條形夾渣等缺陷，利用表 1所示的5個(gè)特征參數集劃分缺陷類(lèi)型，并對其可接受性進(jìn)行評價(jià)。

1.5 人工復核軟件識別結果

考慮到軟件可靠性的問(wèn)題，選擇RT-III級人員，對焊縫底片數字化、識別、復評結果進(jìn)行一定比例的人工復核，確保質(zhì)量。

1.6 內檢測信號并行復查

對焊縫底片的焊縫內檢測信號進(jìn)行復查。結合管道環(huán)焊縫的位置信息，重點(diǎn)關(guān)注施工期間評級為II級的底片、返修口、金口、短節（長(cháng)度1.5 m以下）兩端焊縫、彎頭兩端焊縫、穿跨越管道兩端焊縫、地質(zhì)災害高風(fēng)險管段焊縫及內檢測報告的焊縫異常。

1.7 焊縫底片與內檢測信號對齊

將焊縫底片與內檢測焊縫信號進(jìn)行對齊，建立一一對應關(guān)系，篩選出多余的焊縫底片以及無(wú)底片的焊縫。

1.8 焊縫底片數字化文件及識別、復評結果入庫

將焊縫底片數字化文件以及識別結果錄入管道信息管理系統進(jìn)行數字化存檔。

1.9 缺陷開(kāi)挖驗證及修復

根據焊縫底片識別及復評結果，并結合內檢測信號復查結果，確定現場(chǎng)開(kāi)挖驗證點(diǎn)；根據現場(chǎng)開(kāi)挖驗證缺陷復測情況，進(jìn)行含缺陷管道適用性評價(jià)，并及時(shí)進(jìn)行修復。

2 成果介紹

焊縫底片數字化管理系統通過(guò)某管道57 500張長(cháng)輸管道焊縫底片的數字化存檔、缺陷識別及復評，復評出需要重點(diǎn)關(guān)注的環(huán)焊縫未熔合缺陷，有效降低了因焊縫缺陷失效而帶來(lái)的風(fēng)險。

2.1 建立管道環(huán)焊縫底片數字化、識別及復評技術(shù)方法

（1）執行標準規范。 GB/T 26141―1―2010/ISO 14096―1:2005《無(wú)損檢測射線(xiàn)照相底片數字化 系統的質(zhì)量鑒定》第1部分：定義、像質(zhì)參數的定量測量、標準參考底片和定性控制。 GB/T 26141―2―2010/ISO 14096―2:2005《無(wú)損檢測射線(xiàn)照相底片數字化系統的質(zhì)量鑒定》第2部分：最低要求。 NB/T 47013.2―2015 承壓設備無(wú)損檢測第2部分:射線(xiàn)檢測。 API 579―1/ASME FFS―1―2016《管道適用性評價(jià)標準》。 BS7910《金屬結構裂紋驗收評定方法指南》。 GB 31267―2015《油氣輸送管道完整性管理規范》。

（2）焊縫底片數字化、識別及復評技術(shù)流程。根據焊縫射線(xiàn)底片可獲得性，可以找到管道焊縫射線(xiàn)底片的部分；無(wú)焊縫射線(xiàn)底片的部分。技術(shù)流程如圖 7所示，可篩選出需要重點(diǎn)關(guān)注的焊縫、建設期多余的底片以及無(wú)底片的焊縫。

2.2 實(shí)現焊縫底片數字化并形成焊縫底片數字化管理系統

為方便查詢(xún)和調用，根據各焊口編號，進(jìn)行焊縫編碼的同時(shí)進(jìn)行數據庫的建設，其主要包括以下各支線(xiàn)無(wú)損檢測報告、復評數據統計、數字化掃描結果、識別評價(jià)分析報告等。圖 8所示為焊縫數字化管理系統。

2.3 識別出需重點(diǎn)關(guān)注的管道環(huán)焊縫

在對管道環(huán)焊縫底片識別與復評的過(guò)程中，結合人工復評與自動(dòng)識別技術(shù)綜合判斷，發(fā)現部分焊片存在未熔合缺陷。經(jīng)組織國內權威焊縫評片專(zhuān)家組進(jìn)行聯(lián)合評審，進(jìn)一步識別出了需要給予重點(diǎn)關(guān)注的環(huán)焊縫。后續將結合現場(chǎng)周邊環(huán)境是否具備開(kāi)挖條件，實(shí)施開(kāi)挖驗證，完成缺陷評價(jià)和修復。

3 結論

（1）基于圖像自動(dòng)識別的焊縫底片大數據分析模型，對運營(yíng)期管道焊縫底片進(jìn)行缺陷識別及復評是有效的。

（2）完善了管道基礎數據庫以及數據準確性，提升了管道日常管理水平及事故事件時(shí)的應急效率。

（3）實(shí)現了對歷史焊縫底片數據信息的深度挖掘，發(fā)現部分焊片存在未熔合缺陷，并結合地理位置、缺陷嚴重情況等因素，找出了需要重點(diǎn)關(guān)注的環(huán)焊縫隱患。

（4）降低管道環(huán)焊縫風(fēng)險水平，避免重大管道事故發(fā)生，保障管道安全運行，經(jīng)濟和社會(huì )效益顯著(zhù)。

 

作者：劉新凌，女， 1973年生，碩士，現在廣東大鵬液化天然氣有限公司技術(shù)服務(wù)部工作，主要從事管道完整性管理相關(guān)的技術(shù)工作。 

2019年第4期（總第47期）