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(shè)計院,四川成都 610041;3.核工業(yè)管理干部學(xué)院,北京 102618)

γ射線數(shù)字化掃描自動檢測技術(shù)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(shè)計院,四川成都 610041;3.核工業(yè)管理干部學(xué)院,北京 102618)

文章介紹了切線照相法 (TRT)與由 TRT技術(shù)發(fā)展而來的γ射線數(shù)字掃描檢測技術(shù)(GSDM)的原理。根據(jù)射線強度的衰減與射線能量譜有關(guān),與被檢測材料性質(zhì)及其厚度有關(guān)的原理確定了解決問題的技術(shù)方案,研制出了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的樣機。該樣機安裝了定向安全聯(lián)鎖機構(gòu)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(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厚、管道和爐管結(jié)垢厚度檢測以及高溫管道在線監(jiān)測等方面。

管道 保溫 壁厚 測厚 檢測技術(shù)

現(xiàn)有測厚技術(shù)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(shù)據(jù)不準(zhǔn)。所以,現(xiàn)有的測厚技術(shù)不能完全滿足需要。因此,新型測厚技術(shù)應(yīng)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(nèi)的垢層厚度;讀數(shù)應(yīng)準(zhǔn)確,管道壁溫不影響測厚精度。

1 測厚技術(shù)基本原理

1.1 切線照相法 (TRT)

當(dāng)一束 x/γ射線穿透物質(zhì)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(guān),與被檢測材料性質(zhì)及其厚度有關(guān)。TRT檢測包覆管腐蝕及結(jié)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(shù)測量出管壁厚和結(jié)垢厚度。

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

鋼管內(nèi)切點時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。國內(nèi)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(shù),研究改進了射線切線照相法,研究發(fā)展了包覆管腐蝕及結(jié)垢 GS DM技術(shù)。此技術(shù)已取得國家發(fā)明專利。

在 GSDM檢測技術(shù)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(nèi)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(tài)存儲和計算機實時數(shù)字圖像進行技術(shù)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(xiàn)了實時數(shù)字圖像化顯示。

2 GSDM-S樣機利用的技術(shù)及技術(shù)指標(biāo)

目前已經(jīng)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(lián)鎖機構(gòu)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(shè)備進行實時技術(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)曲線處理和智能測量等軟件。它是一種新型包覆管網(wǎng)診斷檢測系統(tǒng)。在實踐檢測中證明具有安全、可靠、方便和實時數(shù)字化顯示的特點,已取得國家發(fā)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(jié)垢厚度。

源機的安全性能已經(jīng)通過國家權(quán)威機構(gòu)的安全檢測,源機的操作是非常安全的,在源機開機的狀態(tài)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(yīng)用范圍

GSDM檢測技術(shù)的應(yīng)用主要有:(1)管道定點測厚;(2)爐管與管道結(jié)垢檢測;(3)管道腐蝕減薄在線監(jiān)測。

3.1 管道定點測厚

現(xiàn)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(shù)據(jù)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(jù),因此,需要臨時停車降溫來獲取可靠的壁厚數(shù)據(jù)。在應(yīng)用了 GSDM檢測技術(shù)后,就不存在以上問題了。測厚點可以隨意選,高溫測厚的數(shù)據(jù)也是可靠的,真正實現(xiàn)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(jié)垢檢測

爐管和管道的結(jié)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(jù)爐管的熱負荷和爐管進出口介質(zhì)的溫度差來判斷爐管的結(jié)垢程度以及清垢的效果;根據(jù)管道中流體的流動阻力的增大程度來近似判斷管道結(jié)垢程度。而采用了 GSDM檢測技術(shù)后就可以直接獲得垢層的厚度數(shù)據(jù)。

3.3 管道腐蝕減薄在線監(jiān)測

現(xiàn)在的腐蝕在線監(jiān)測技術(shù),就是應(yīng)用安裝在管道上的電子探針或者電感探針來檢測腐蝕速率。但是這個技術(shù)存在兩個嚴(yán)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(tài)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(nèi)流體的流動狀態(tài),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(shù)據(jù)只能作為參考。

而采用了 GSDM檢測技術(shù)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(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,也不會干擾管道中流體的流動狀態(tài)。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(nèi),也是安全的。

4 今后的發(fā)展方向

(1)進一步研究、改進此技術(shù),使其具有雙功能:即可采用切線照相法檢測管道壁厚和結(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)開發(fā)具有國際先進水平的管網(wǎng)管道腐蝕結(jié)垢系列化無損檢測新方法、新設(shè)備和評估軟件;并起草相應(yīng)的管網(wǎng)安全檢測評價規(guī)程。

5 結(jié) 論

GSDM檢測技術(shù)是一項非常有前途的無損檢測技術(shù),它克服了現(xiàn)有技術(shù)的缺點,而且具有自主知識產(chǎn)權(quán)。在管道定點測厚、爐管和管道的結(jié)垢檢測、管道腐蝕在線監(jiān)測等方面都具有重大的應(yīng)用價值。在原油越來越劣質(zhì)化,設(shè)備和管道腐蝕越來越嚴(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、高級工程師,曾從事教學(xué)、科研、壓力容器檢驗、材料檢測和狀態(tài)監(jiān)測等工作,目前從事風(fēng)險管理 (RB I)工作。E-mail:13828685986@163.com

(編輯 寇岱清)