γ射线数字化扫描自动检测技术的研究

林筱华,何凤岐,何 石

(1.中国石油化工股份有限公司茂名分公司,广东茂名 525011;2.中国核动力研究设计院,四川成都 610041;3.核工业管理干部学院,北京 102618)

γ射线数字化扫描自动检测技术的研究

林筱华1,何凤岐2,何 石3

(1.中国石油化工股份有限公司茂名分公司,广东茂名 525011;2.中国核动力研究设计院,四川成都 610041;3.核工业管理干部学院,北京 102618)

文章介绍了切线照相法 (TRT)与由 TRT技术发展而来的γ射线数字扫描检测技术(GSDM)的原理。根据射线强度的衰减与射线能量谱有关,与被检测材料性质及其厚度有关的原理确定了解决问题的技术方案,研制出了具有自主知识产权的样机。该样机安装了定向安全联锁机构源机、高灵敏度探测器、光电倍加放大器、程控自动扫描装置和计算机实时处理技术。适用范围:钢管直径 φ50-159 mm;保温层外径小于 300 mm。该技术的应用范围主要有高温管道测厚、管道和炉管结垢厚度检测以及高温管道在线监测等方面。

管道 保温 壁厚 测厚 检测技术

现有测厚技术的局限性主要有以下几点:一是必须打开保温层;二是被测表面必须清洁,一般需要用锉刀挫甚至用砂轮机打磨;三是在探头与金属表面之间必须有耦合剂;四是高温测厚由于探头的温度漂移而数据不准。所以,现有的测厚技术不能完全满足需要。因此,新型测厚技术应是不用耦合剂甚至是不必打开保温层就可测厚;不仅可以检测金属壁厚,而且还可以检测管内的垢层厚度;读数应准确,管道壁温不影响测厚精度。

1 测厚技术基本原理

1.1 切线照相法 (TRT)

当一束 x/γ射线穿透物质时,射线强度将由于吸收、散射而衰减。射线强度的衰减与射线能量谱有关,与被检测材料性质及其厚度有关。TRT检测包覆管腐蚀及结垢原理见图 1。

采用强γ/X射线源 (如:高能 X射线、Ir-192和 Co-60),射线从管切线方向入射检测管,在底片(或图像板)上得到管壁和沉淀的投影图像,然后用目视法或用计算机图像处理技术测量出管壁厚和结垢厚度。

采用 TRT检测管壁厚度时,必须考虑射线穿透钢管内切点处最大厚度,见图 2。

钢管内切点时的最大穿透厚度是管直径和壁厚的函数,公式如下:

式中:Tmax——最大穿透厚度,mm;

D——管直径,mm;

W——壁厚,mm。

1.2 GSDM原理

GS DM原理与 TRT原理相同,它是 TRT技术的发展。国内专家何凤岐在参加 IAEA CRP-CORDEP项目中,针对 TRT辐射剂量场大等缺点,利用成熟的检测核电站燃料元件射线测量技术,研究改进了射线切线照相法,研究发展了包覆管腐蚀及结垢 GS DM技术。此技术已取得国家发明专利。

在 GSDM检测技术中采用了单能谱窄束γ射线源,窄束射线从管切线方向入射检测管,并从管外向管内扫描包覆管壁;采用高灵敏度探测器和光电倍加放大器将射线强度的衰减信息动态存储和计算机实时数字图像进行技术处理,见图 3。其γ射线源强度仅为切线照相法的 1/1000,辐射剂量场大大缩小,并实现了实时数字图像化显示。

2 GSDM-S样机利用的技术及技术指标

目前已经研制出来的带保温层管道测厚仪型号为 GSDM-S-159-16,该测厚仪选用定向安全联锁机构源机、高灵敏度探测器、光电倍加放大器、程控自动扫描装置和计算机等设备进行实时技术处理。适用范围:钢管直径 φ50～159 mm;保温层外径小于 300 mm。管壁厚测量灵敏度:±0.5 mm。在理论研究的基础上,编制了程控扫描、数据曲线处理和智能测量等软件。它是一种新型包覆管网诊断检测系统。在实践检测中证明具有安全、可靠、方便和实时数字化显示的特点,已取得国家发明专利。

典型在不剥离管道保温层的情况下 GSDM-检测裸钢管和包覆管测量曲线见图 4,此装置可检测出不同部位的管壁厚和结垢厚度。

源机的安全性能已经通过国家权威机构的安全检测,源机的操作是非常安全的,在源机开机的状态下,人员也完全可以在旁边安全操作。

图 4 GSDM检测钢管和包覆管测量曲线Fig.4 Typical inspection curve of the GSDM

3 GSDM的应用范围

GSDM检测技术的应用主要有:(1)管道定点测厚;(2)炉管与管道结垢检测;(3)管道腐蚀减薄在线监测。

3.1 管道定点测厚

现在的管道定点测厚需要在管道的保温层上面开一个口,做成一个可以打开和堵上的定点测厚盒,而且高温管道的测厚数据由于超声波探头的温度漂移问题一直都无法作为判断的依据,因此,需要临时停车降温来获取可靠的壁厚数据。在应用了 GSDM检测技术后,就不存在以上问题了。测厚点可以随意选,高温测厚的数据也是可靠的,真正实现在线测厚,这对于高温管道的安全运行具有十分重要的意义。

3.2 炉管与管道结垢检测

炉管和管道的结垢情况,目前还没有有效的无损检测手段以直接获得垢层厚度的。一般是根据炉管的热负荷和炉管进出口介质的温度差来判断炉管的结垢程度以及清垢的效果;根据管道中流体的流动阻力的增大程度来近似判断管道结垢程度。而采用了 GSDM检测技术后就可以直接获得垢层的厚度数据。

3.3 管道腐蚀减薄在线监测

现在的腐蚀在线监测技术,就是应用安装在管道上的电子探针或者电感探针来检测腐蚀速率。但是这个技术存在两个严重的缺陷:一个是探针容易损坏,寿命太短;另外一个是需要在管道上开孔以安装探针,或者增加一个旁路来安装探针。探针的安装和更换都必须在停车的状态下才能进行,而且更重要的是探针的安装方式还干扰了管道内流体的流动状态,因此,不能完全地反映管道的真实腐蚀状况,其探测出来的数据只能作为参考。

而采用了 GSDM检测技术后就可以完全解决以上问题,可以把放射源和检测管做成一个一体化的探头,固定安装在管道需要检测的部位上,而将数据采集和处理设备安装在装置操作室内。这些工作都不需要停车,也不会干扰管道中流体的流动状态。在 φ159～219 mm及其以下的管道检测中由于使用的放射源能量很低,即使接触距离在 1 m以内,也是安全的。

4 今后的发展方向

(1)进一步研究、改进此技术,使其具有双功能:即可采用切线照相法检测管道壁厚和结垢厚度,又可在管道包覆层外扫描透视双壁,观察腐蚀状况。

(2)开发具有国际先进水平的管网管道腐蚀结垢系列化无损检测新方法、新设备和评估软件;并起草相应的管网安全检测评价规程。

5 结 论

GSDM检测技术是一项非常有前途的无损检测技术,它克服了现有技术的缺点,而且具有自主知识产权。在管道定点测厚、炉管和管道的结垢检测、管道腐蚀在线监测等方面都具有重大的应用价值。在原油越来越劣质化,设备和管道腐蚀越来越严重的今天,值得大力推广应用。

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。

林筱华 (1956-),男,1982年大学毕业,副教授、高级工程师,曾从事教学、科研、压力容器检验、材料检测和状态监测等工作,目前从事风险管理 (RB I)工作。E-mail:13828685986@163.com

(编辑 寇岱清)