γ射線數字化掃描自動檢測技術的研究

林筱華,何鳳岐,何 石

(1.中國石油化工股份有限公司茂名分公司,廣東茂名 525011;2.中國核動力研究設計院,四川成都 610041;3.核工業管理干部學院,北京 102618)

γ射線數字化掃描自動檢測技術的研究

林筱華1,何鳳岐2,何 石3

(1.中國石油化工股份有限公司茂名分公司,廣東茂名 525011;2.中國核動力研究設計院,四川成都 610041;3.核工業管理干部學院,北京 102618)

文章介紹了切線照相法 (TRT)與由 TRT技術發展而來的γ射線數字掃描檢測技術(GSDM)的原理。根據射線強度的衰減與射線能量譜有關,與被檢測材料性質及其厚度有關的原理確定了解決問題的技術方案,研制出了具有自主知識產權的樣機。該樣機安裝了定向安全聯鎖機構源機、高靈敏度探測器、光電倍加放大器、程控自動掃描裝置和計算機實時處理技術。適用范圍:鋼管直徑 φ50-159 mm;保溫層外徑小于 300 mm。該技術的應用范圍主要有高溫管道測厚、管道和爐管結垢厚度檢測以及高溫管道在線監測等方面。

管道 保溫 壁厚 測厚 檢測技術

現有測厚技術的局限性主要有以下幾點:一是必須打開保溫層;二是被測表面必須清潔,一般需要用銼刀挫甚至用砂輪機打磨;三是在探頭與金屬表面之間必須有耦合劑;四是高溫測厚由于探頭的溫度漂移而數據不準。所以,現有的測厚技術不能完全滿足需要。因此,新型測厚技術應是不用耦合劑甚至是不必打開保溫層就可測厚;不僅可以檢測金屬壁厚,而且還可以檢測管內的垢層厚度;讀數應準確,管道壁溫不影響測厚精度。

1 測厚技術基本原理

1.1 切線照相法 (TRT)

當一束 x/γ射線穿透物質時,射線強度將由于吸收、散射而衰減。射線強度的衰減與射線能量譜有關,與被檢測材料性質及其厚度有關。TRT檢測包覆管腐蝕及結垢原理見圖 1。

采用強γ/X射線源 (如:高能 X射線、Ir-192和 Co-60),射線從管切線方向入射檢測管,在底片(或圖像板)上得到管壁和沉淀的投影圖像,然后用目視法或用計算機圖像處理技術測量出管壁厚和結垢厚度。

采用 TRT檢測管壁厚度時,必須考慮射線穿透鋼管內切點處最大厚度,見圖 2。

鋼管內切點時的最大穿透厚度是管直徑和壁厚的函數,公式如下:

式中:Tmax——最大穿透厚度,mm;

D——管直徑,mm;

W——壁厚,mm。

1.2 GSDM原理

GS DM原理與 TRT原理相同,它是 TRT技術的發展。國內專家何鳳岐在參加 IAEA CRP-CORDEP項目中,針對 TRT輻射劑量場大等缺點,利用成熟的檢測核電站燃料元件射線測量技術,研究改進了射線切線照相法,研究發展了包覆管腐蝕及結垢 GS DM技術。此技術已取得國家發明專利。

在 GSDM檢測技術中采用了單能譜窄束γ射線源,窄束射線從管切線方向入射檢測管,并從管外向管內掃描包覆管壁;采用高靈敏度探測器和光電倍加放大器將射線強度的衰減信息動態存儲和計算機實時數字圖像進行技術處理,見圖 3。其γ射線源強度僅為切線照相法的 1/1000,輻射劑量場大大縮小,并實現了實時數字圖像化顯示。

2 GSDM-S樣機利用的技術及技術指標

目前已經研制出來的帶保溫層管道測厚儀型號為 GSDM-S-159-16,該測厚儀選用定向安全聯鎖機構源機、高靈敏度探測器、光電倍加放大器、程控自動掃描裝置和計算機等設備進行實時技術處理。適用范圍:鋼管直徑 φ50～159 mm;保溫層外徑小于 300 mm。管壁厚測量靈敏度:±0.5 mm。在理論研究的基礎上,編制了程控掃描、數據曲線處理和智能測量等軟件。它是一種新型包覆管網診斷檢測系統。在實踐檢測中證明具有安全、可靠、方便和實時數字化顯示的特點,已取得國家發明專利。

典型在不剝離管道保溫層的情況下 GSDM-檢測裸鋼管和包覆管測量曲線見圖 4,此裝置可檢測出不同部位的管壁厚和結垢厚度。

源機的安全性能已經通過國家權威機構的安全檢測,源機的操作是非常安全的,在源機開機的狀態下,人員也完全可以在旁邊安全操作。

圖 4 GSDM檢測鋼管和包覆管測量曲線Fig.4 Typical inspection curve of the GSDM

3 GSDM的應用范圍

GSDM檢測技術的應用主要有:(1)管道定點測厚;(2)爐管與管道結垢檢測;(3)管道腐蝕減薄在線監測。

3.1 管道定點測厚

現在的管道定點測厚需要在管道的保溫層上面開一個口,做成一個可以打開和堵上的定點測厚盒,而且高溫管道的測厚數據由于超聲波探頭的溫度漂移問題一直都無法作為判斷的依據,因此,需要臨時停車降溫來獲取可靠的壁厚數據。在應用了 GSDM檢測技術后,就不存在以上問題了。測厚點可以隨意選,高溫測厚的數據也是可靠的,真正實現在線測厚,這對于高溫管道的安全運行具有十分重要的意義。

3.2 爐管與管道結垢檢測

爐管和管道的結垢情況,目前還沒有有效的無損檢測手段以直接獲得垢層厚度的。一般是根據爐管的熱負荷和爐管進出口介質的溫度差來判斷爐管的結垢程度以及清垢的效果;根據管道中流體的流動阻力的增大程度來近似判斷管道結垢程度。而采用了 GSDM檢測技術后就可以直接獲得垢層的厚度數據。

3.3 管道腐蝕減薄在線監測

現在的腐蝕在線監測技術,就是應用安裝在管道上的電子探針或者電感探針來檢測腐蝕速率。但是這個技術存在兩個嚴重的缺陷:一個是探針容易損壞,壽命太短;另外一個是需要在管道上開孔以安裝探針,或者增加一個旁路來安裝探針。探針的安裝和更換都必須在停車的狀態下才能進行,而且更重要的是探針的安裝方式還干擾了管道內流體的流動狀態,因此,不能完全地反映管道的真實腐蝕狀況,其探測出來的數據只能作為參考。

而采用了 GSDM檢測技術后就可以完全解決以上問題,可以把放射源和檢測管做成一個一體化的探頭,固定安裝在管道需要檢測的部位上,而將數據采集和處理設備安裝在裝置操作室內。這些工作都不需要停車,也不會干擾管道中流體的流動狀態。在 φ159～219 mm及其以下的管道檢測中由于使用的放射源能量很低,即使接觸距離在 1 m以內,也是安全的。

4 今后的發展方向

(1)進一步研究、改進此技術,使其具有雙功能:即可采用切線照相法檢測管道壁厚和結垢厚度,又可在管道包覆層外掃描透視雙壁,觀察腐蝕狀況。

(2)開發具有國際先進水平的管網管道腐蝕結垢系列化無損檢測新方法、新設備和評估軟件;并起草相應的管網安全檢測評價規程。

5 結 論

GSDM檢測技術是一項非常有前途的無損檢測技術,它克服了現有技術的缺點,而且具有自主知識產權。在管道定點測厚、爐管和管道的結垢檢測、管道腐蝕在線監測等方面都具有重大的應用價值。在原油越來越劣質化,設備和管道腐蝕越來越嚴重的今天,值得大力推廣應用。

Study of Automatic Testing Technology ofγ-ray D igital Scann ing

L in Xiaohua1,He Fengqi2,He Shi3
(1.SINOPEC M aom ing Petrochem ical Com pany,M aom ing,Guangdong 525011;2.N uclear Power Institute of China,Chengdu,Sichuan 610041;3.China N uclear Training Institute,Beijing102618)

The principles of TRT andγ-ray digital scanning technology(GSDM)developed from TRT are introduced.The proprietary proto-type testing machine has been developed based upon the relations ofγ-ray intensity attenuation with EDS,properties ofmaterials for testing and material thickness.The proto-type testing machine is installed with ESD device,highsensitivity probe,photoelectric duplex amplifier,program-controlled scanning unit and real-t ime processing computer. It is applicable for thickness measurement of high-temperature pipelines,thickness measurement of fouling in pipelines and furnace tubes aswell as for on-line monitoring of high-temperature pipelines.

pipeline,insulation,wall thickness,thicknessmeasurement,testing technology

TE973

B

1007-015X(2011)06-0044-02

2011-06- 20;修改稿收到日期:2011-10-26。

林筱華 (1956-),男,1982年大學畢業,副教授、高級工程師,曾從事教學、科研、壓力容器檢驗、材料檢測和狀態監測等工作,目前從事風險管理 (RB I)工作。E-mail:13828685986@163.com

(編輯 寇岱清)