γ射線(xiàn)數(shù)字化掃描自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)的研究

林筱華,何鳳岐,何 石

(1.中國(guó)石油化工股份有限公司茂名分公司,廣東茂名 525011;2.中國(guó)核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院,四川成都 610041;3.核工業(yè)管理干部學(xué)院,北京 102618)

γ射線(xiàn)數(shù)字化掃描自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)的研究

林筱華1,何鳳岐2,何 石3

(1.中國(guó)石油化工股份有限公司茂名分公司,廣東茂名 525011;2.中國(guó)核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院,四川成都 610041;3.核工業(yè)管理干部學(xué)院,北京 102618)

文章介紹了切線(xiàn)照相法 (TRT)與由 TRT技術(shù)發(fā)展而來(lái)的γ射線(xiàn)數(shù)字掃描檢測(cè)技術(shù)(GSDM)的原理。根據(jù)射線(xiàn)強(qiáng)度的衰減與射線(xiàn)能量譜有關(guān),與被檢測(cè)材料性質(zhì)及其厚度有關(guān)的原理確定了解決問(wèn)題的技術(shù)方案,研制出了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的樣機(jī)。該樣機(jī)安裝了定向安全聯(lián)鎖機(jī)構(gòu)源機(jī)、高靈敏度探測(cè)器、光電倍加放大器、程控自動(dòng)掃描裝置和計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)處理技術(shù)。適用范圍:鋼管直徑 φ50-159 mm;保溫層外徑小于 300 mm。該技術(shù)的應(yīng)用范圍主要有高溫管道測(cè)厚、管道和爐管結(jié)垢厚度檢測(cè)以及高溫管道在線(xiàn)監(jiān)測(cè)等方面。

管道 保溫 壁厚 測(cè)厚 檢測(cè)技術(shù)

現(xiàn)有測(cè)厚技術(shù)的局限性主要有以下幾點(diǎn):一是必須打開(kāi)保溫層;二是被測(cè)表面必須清潔,一般需要用銼刀挫甚至用砂輪機(jī)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(cè)厚由于探頭的溫度漂移而數(shù)據(jù)不準(zhǔn)。所以,現(xiàn)有的測(cè)厚技術(shù)不能完全滿(mǎn)足需要。因此,新型測(cè)厚技術(shù)應(yīng)是不用耦合劑甚至是不必打開(kāi)保溫層就可測(cè)厚;不僅可以檢測(cè)金屬壁厚,而且還可以檢測(cè)管內(nèi)的垢層厚度;讀數(shù)應(yīng)準(zhǔn)確,管道壁溫不影響測(cè)厚精度。

1 測(cè)厚技術(shù)基本原理

1.1 切線(xiàn)照相法 (TRT)

當(dāng)一束 x/γ射線(xiàn)穿透物質(zhì)時(shí),射線(xiàn)強(qiáng)度將由于吸收、散射而衰減。射線(xiàn)強(qiáng)度的衰減與射線(xiàn)能量譜有關(guān),與被檢測(cè)材料性質(zhì)及其厚度有關(guān)。TRT檢測(cè)包覆管腐蝕及結(jié)垢原理見(jiàn)圖 1。

采用強(qiáng)γ/X射線(xiàn)源 (如:高能 X射線(xiàn)、Ir-192和 Co-60),射線(xiàn)從管切線(xiàn)方向入射檢測(cè)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(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)測(cè)量出管壁厚和結(jié)垢厚度。

采用 TRT檢測(cè)管壁厚度時(shí),必須考慮射線(xiàn)穿透鋼管內(nèi)切點(diǎn)處最大厚度,見(jiàn)圖 2。

鋼管內(nèi)切點(diǎn)時(shí)的最大穿透厚度是管直徑和壁厚的函數(shù),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(shù)的發(fā)展。國(guó)內(nèi)專(zhuān)家何鳳岐在參加 IAEA CRP-CORDEP項(xiàng)目中,針對(duì) TRT輻射劑量場(chǎng)大等缺點(diǎn),利用成熟的檢測(cè)核電站燃料元件射線(xiàn)測(cè)量技術(shù),研究改進(jìn)了射線(xiàn)切線(xiàn)照相法,研究發(fā)展了包覆管腐蝕及結(jié)垢 GS DM技術(shù)。此技術(shù)已取得國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利。

在 GSDM檢測(cè)技術(shù)中采用了單能譜窄束γ射線(xiàn)源,窄束射線(xiàn)從管切線(xiàn)方向入射檢測(cè)管,并從管外向管內(nèi)掃描包覆管壁;采用高靈敏度探測(cè)器和光電倍加放大器將射線(xiàn)強(qiáng)度的衰減信息動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)和計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)數(shù)字圖像進(jìn)行技術(shù)處理,見(jiàn)圖 3。其γ射線(xiàn)源強(qiáng)度僅為切線(xiàn)照相法的 1/1000,輻射劑量場(chǎng)大大縮小,并實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)數(shù)字圖像化顯示。

2 GSDM-S樣機(jī)利用的技術(shù)及技術(shù)指標(biāo)

目前已經(jīng)研制出來(lái)的帶保溫層管道測(cè)厚儀型號(hào)為 GSDM-S-159-16,該測(cè)厚儀選用定向安全聯(lián)鎖機(jī)構(gòu)源機(jī)、高靈敏度探測(cè)器、光電倍加放大器、程控自動(dòng)掃描裝置和計(jì)算機(jī)等設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)技術(shù)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(cè)量靈敏度:±0.5 mm。在理論研究的基礎(chǔ)上,編制了程控掃描、數(shù)據(jù)曲線(xiàn)處理和智能測(cè)量等軟件。它是一種新型包覆管網(wǎng)診斷檢測(cè)系統(tǒng)。在實(shí)踐檢測(cè)中證明具有安全、可靠、方便和實(shí)時(shí)數(shù)字化顯示的特點(diǎn),已取得國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利。

典型在不剝離管道保溫層的情況下 GSDM-檢測(cè)裸鋼管和包覆管測(cè)量曲線(xiàn)見(jiàn)圖 4,此裝置可檢測(cè)出不同部位的管壁厚和結(jié)垢厚度。

源機(jī)的安全性能已經(jīng)通過(guò)國(guó)家權(quán)威機(jī)構(gòu)的安全檢測(cè),源機(jī)的操作是非常安全的,在源機(jī)開(kāi)機(jī)的狀態(tài)下,人員也完全可以在旁邊安全操作。

圖 4 GSDM檢測(cè)鋼管和包覆管測(cè)量曲線(xiàn)Fig.4 Typical inspection curve of the GSDM

3 GSDM的應(yīng)用范圍

GSDM檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用主要有:(1)管道定點(diǎn)測(cè)厚;(2)爐管與管道結(jié)垢檢測(cè);(3)管道腐蝕減薄在線(xiàn)監(jiān)測(cè)。

3.1 管道定點(diǎn)測(cè)厚

現(xiàn)在的管道定點(diǎn)測(cè)厚需要在管道的保溫層上面開(kāi)一個(gè)口,做成一個(gè)可以打開(kāi)和堵上的定點(diǎn)測(cè)厚盒,而且高溫管道的測(cè)厚數(shù)據(jù)由于超聲波探頭的溫度漂移問(wèn)題一直都無(wú)法作為判斷的依據(jù),因此,需要臨時(shí)停車(chē)降溫來(lái)獲取可靠的壁厚數(shù)據(jù)。在應(yīng)用了 GSDM檢測(cè)技術(shù)后,就不存在以上問(wèn)題了。測(cè)厚點(diǎn)可以隨意選,高溫測(cè)厚的數(shù)據(jù)也是可靠的,真正實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)測(cè)厚,這對(duì)于高溫管道的安全運(yùn)行具有十分重要的意義。

3.2 爐管與管道結(jié)垢檢測(cè)

爐管和管道的結(jié)垢情況,目前還沒(méi)有有效的無(wú)損檢測(cè)手段以直接獲得垢層厚度的。一般是根據(jù)爐管的熱負(fù)荷和爐管進(jìn)出口介質(zhì)的溫度差來(lái)判斷爐管的結(jié)垢程度以及清垢的效果;根據(jù)管道中流體的流動(dòng)阻力的增大程度來(lái)近似判斷管道結(jié)垢程度。而采用了 GSDM檢測(cè)技術(shù)后就可以直接獲得垢層的厚度數(shù)據(jù)。

3.3 管道腐蝕減薄在線(xiàn)監(jiān)測(cè)

現(xiàn)在的腐蝕在線(xiàn)監(jiān)測(cè)技術(shù),就是應(yīng)用安裝在管道上的電子探針或者電感探針來(lái)檢測(cè)腐蝕速率。但是這個(gè)技術(shù)存在兩個(gè)嚴(yán)重的缺陷:一個(gè)是探針容易損壞,壽命太短;另外一個(gè)是需要在管道上開(kāi)孔以安裝探針,或者增加一個(gè)旁路來(lái)安裝探針。探針的安裝和更換都必須在停車(chē)的狀態(tài)下才能進(jìn)行,而且更重要的是探針的安裝方式還干擾了管道內(nèi)流體的流動(dòng)狀態(tài),因此,不能完全地反映管道的真實(shí)腐蝕狀況,其探測(cè)出來(lái)的數(shù)據(jù)只能作為參考。

而采用了 GSDM檢測(cè)技術(shù)后就可以完全解決以上問(wèn)題,可以把放射源和檢測(cè)管做成一個(gè)一體化的探頭,固定安裝在管道需要檢測(cè)的部位上,而將數(shù)據(jù)采集和處理設(shè)備安裝在裝置操作室內(nèi)。這些工作都不需要停車(chē),也不會(huì)干擾管道中流體的流動(dòng)狀態(tài)。在 φ159～219 mm及其以下的管道檢測(cè)中由于使用的放射源能量很低,即使接觸距離在 1 m以?xún)?nèi),也是安全的。

4 今后的發(fā)展方向

(1)進(jìn)一步研究、改進(jìn)此技術(shù),使其具有雙功能:即可采用切線(xiàn)照相法檢測(cè)管道壁厚和結(jié)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(kāi)發(fā)具有國(guó)際先進(jìn)水平的管網(wǎng)管道腐蝕結(jié)垢系列化無(wú)損檢測(cè)新方法、新設(shè)備和評(píng)估軟件;并起草相應(yīng)的管網(wǎng)安全檢測(cè)評(píng)價(jià)規(guī)程。

5 結(jié) 論

GSDM檢測(cè)技術(shù)是一項(xiàng)非常有前途的無(wú)損檢測(cè)技術(shù),它克服了現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn),而且具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。在管道定點(diǎn)測(cè)厚、爐管和管道的結(jié)垢檢測(cè)、管道腐蝕在線(xiàn)監(jiān)測(cè)等方面都具有重大的應(yīng)用價(jià)值。在原油越來(lái)越劣質(zhì)化,設(shè)備和管道腐蝕越來(lái)越嚴(yán)重的今天,值得大力推廣應(yīng)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(xué)畢業(yè),副教授、高級(jí)工程師,曾從事教學(xué)、科研、壓力容器檢驗(yàn)、材料檢測(cè)和狀態(tài)監(jiān)測(cè)等工作,目前從事風(fēng)險(xiǎn)管理 (RB I)工作。E-mail:13828685986@163.com

(編輯 寇岱清)