Способ измерения толщины металлической стенки трубопровода

Способ измерения толщины металлической стенки трубопровода

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. СПОСОБ ИЗ ТЕРЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ СТЕНКИ ТРУБОПРОВОДА, заполненного водородсодержащей жидкостью , заключа(хцийся в облучении объекта быстрыми нейтронами и одновременной регистрации обратно рассеянного гамма-излучения радиационного захвата медленных нейтронов слоем металла стенки, отличающийся тем, что, с целью однозначного определения толщины стенки с высокой точностью в широком диапазоне , характеризуюпщмся инверсной зависимостью регистрируемого потока излучения от толщины, между блоком детектирования с источником излучения и объектом контроля на его поверхности помещают дополнительный слой металла, аналогично контролируeмo fy , известной толщины, которую выбирают не менее удвоенного значения максимальной абсолютной погрешности измерения в контролируемом диапазоне и не более величины разности толщины,соответствующих минимальной абсолютной погрешности измерения ТОЛ1ЦИНЫ в заинверсной области и iO4Ke инверсии потока, и повторно регистрируют лоток гамма-излучения , а о толщине стенки судят по совокупности двух регистрируемых потоков излучений и градуировочной зависимости потока от толщины стенS ки. 2. Способ по п.1, о т л и ч а,ющ и и с я тем, что, с целью обеспелгав чения минимальной массы дополнительх:я1яю ного слоя металла при заданной точности измерения толщины стенки ш в диапазоне, соответствующем области инверсии, толщину дополнительного О1 слоя металла выбирают по известной сд зависимости абсолютной погрешности О1 измерения от толщины стенки и задан .ной точности как разность между двую мя значениями толщины, соответственно , в доинверсной и заинверсной области вблизи точки инверсии, которым соответствует заданная точность измерения в этом диапазоне.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СО(1ИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51) 4 G 01 В 15/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТ0РСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ю (ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ П(НТ СССР (21) 2873882/18-25 (22) 16.01.80 (46) 23.06.89. Бюл. У 23 (71) Научно-исследовательский институт электронной интроскопии при

Томском политехническом институте им, С.M. Кирова (72) А.И. Безуглов (53) 621.039.84 (088.8) (56) Selicki Anatol., Eine neutrono meCrische Methode zur Dickenmssung

von Kunstrйоййanskleidungen in, chemisehen Apparaturen, Кегп есЬпйс

1974, 16, Р 4, 158-.162.

Авторское свидетельство СССР

В 671472, кл. С О1 В 15/02, 1977. (54) (57) 1. СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТОЛЩИНЫ

ИЕТАЛЛИЧЕСКОИ СТЕНКИ ТРУБОПРОВОДА, заполненного водородсодержащей жидкостью, з аключающийся в облучении объекта быстрыми нейтронами и одновременной регистрации обратно рассеянного гамма-излучения радиационного захвата медленных нейтронов слоем металла стенки, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью однозначного определения толщины стенки с высокой точностью в широком диапазоне, характеризукицимся инверсной зависимостью регистрируемого потока излучения от толщины, между блоком детектирования с источником излучения и объектом контроля íà его пос

Изобретение относится к радиационным способам контроля иэделий большой толщины по регистрации обратно рассеянного излучения, а боверхности помещают дополнительный слой металла, аналогично контролируемому, известной толщины, которую выбирают не менее удвоенного значения максимальной абсолютной погрешности измерения в контролируемом диапазоне и не более величины разности толщины, соответствуЮщих минимальной абсолютной погрешности измерения толщины в заинверсной области и очке инверсии потока, и повторно реги=трируют латок гамма-излучения, а о толщине стенки судят по совокупности двух регистрируемых потоков излучений и градуировочной зависимости потока от толщины стенки.

2. Способ по п.1, о т л и ч а.юшийся тем, что, с целью обеспечения минимальной массы дополнительного слоя металла при заданной точности измерения толщины стенки в диапазоне, соответствующем области инверсии, толщину дополнительного слоя металла выбирают пс известной зависимости абсолютной погрешности измерения от толщины стенки и задан.Ной точности как разность между двумя значениями толщины, соответственно, в доинверсной и заинверсной области вблизи точки инверсии, которым соответствует заданная точность измерения в этом диапазоне. лее конкретно — к нейтронным способам контроля толщины металлической стенки трубопроводов, резервуаров, химических реакторов, заполненных

ВадарадеадЕржащИМИ атер)-)(.»),.).)-т (нефть, вода, пульпа» r-.Встмас с-.,,)»

Известен нейтран;-гый спс со(кiJ» ., РОЛЯ МНОГОСЛОйнЫХ ИЗДЕЛИЙ,- —;.." ".K,;) »тт: ., Щийся В Облучения Объект неi.:: г(»0-:,:. ми и регистрация обрат 0 р сс(медленных нейтронов, который маже: быть использован для измерения )..(). ны металлической стенки э="")олне-нагo трубопровода. Эти способы позволяют расширить диапазон контролируемых таЛЩИН СТЕНКИ ПО СРВВНЕНК?т) С ГаММаальбедным методом. Однако, для решения целого", ряда прикладных задач диапазон контролируемых толщян по регистрация обратно рассеянных медленных .нейтронов является недостаточным. Например, длина диффузия тепловых нейтронов в углеродистой стали не превышает 15 мм, а для легированных может быть меньше 10, а поскольку область хорошей чувствительности этих способов Определяется в 1,5-2,0 длины диффузии медленных нейтронов, то и диапазон контролир-.— емых толщин по альбедо медленных нейтронов не превышает 2О--ЗО мм стальной стенки заполненного трубо-. провода.

Известен также нейтронный спас(.=: контроля толщины металлической ст: †.В ки трубопровода„ заключающийся В облучении объекта быстрыми -:.?Вйтро ми и регистрации обратно р",ññåÿí -:ых гамма-квантов радиацконногO захват» медленных нейтронов "паем металла стенки и обратно рассеянна)х медле.. ных нейтронов. Поскольку )толe Оара

ИО РаССЕЯННОГО Гамма-ИЗЛ;тЧЕНКЯ Раци ационного захвата опред »)яегся па.МЕДЛЕННЫХ НЕйтРаНОВ, С)фОРМ?лРОВВНКЬ : водарадсадержащим наг)алн?Зг;"=.-».ем тру провода, то все достоинства спаса;.,О) контроля па альбеда HeéòpOH01),.pH--сущи и спОсОбам пО ВеГистрeт,. ° к Г .» ма-излучения радиационного =ахват="--:

B то же время, паско »ьку гаммаИЗЛУЧЕНИЕ раднациан I-CГО ";ахвата, Н...т. ример„ для железа, В ocнoBHOI Вы 0каэнергетическое (3--8 ??ЗЗ), длина. свободного пробега (я тем более длина пробега до поглощения,1 галиа-квантов с такой энергией B металле стенки более чем в +-5 раэ превь)ша:.:т длину диффузии медленных нейтронов.

Поэтому, регистрация гамма-излучения радиационного захвата, Выходящего из объекта контроля, позволяет

P .-0;I))HPHTÜ ДЯ;.?)- З.=;OI :" т;. ...IHp т«: )ь)х талщкн стенки грубо—

))т)ол:::.- )О сравнению со способамк, ...,.. O!!= З= УЮЩ»).)Х РЕГКСТРаЦЯ)О обРаТНО

)=ЯННЫХ )тацт)ЕНН?)Х НЕйтDOHOB °

Недостатком известного OH!oeoáà яВляется ТО, что зависимость регистрируемого потока гамма-излучения ради 9 аЦЯОННОГО захвата От ТОЛШЯНЫ СТЕНКИ при больших та,шинах является инверсной -. H==)?prмер, пля композиция желеэо -- вода, .прк изменения талщинь) ж(- еэа гг нуля да )б-20 мм регястря-)РУЕМЬ)й т)отОК ГаММа — И-ËÓ,×ÅÍÈß ВОЭpd0Tÿe!; чта сВязяно са cpBBHHTел ВН;.

МВЛЫМ ИЗМЕНЕНИЕМ ? УМЕНЬ?т)ЕНКЕМ) и)па,"кости потока мсдленных КейтpOHOB э слое ме †ал r;0 сравнению с pOOTOм массы- металла В зоне ко?-.. ро.".:=:., (» дальнейшим увеличением 0 ? --Вы же . леэ а происходит боле"= 0)):(BHOe кзм;НеННе ?В?Отности !:Oòака МЕ;ЛЕН =)Х нейтронов по тол )ГЗHE -етжга яэ-за поглощения к удаления ?одорадсодержащего .т):а?,0)?н?) - ..: —.я трубопровода, фОрM)i рующeг(попe медлp нных ней тp0

Н(В ., 0 КСт»ат)Н»-К.-;: НвйТРОНОВ:., ЦЕТЕК-тора. -.:з пр (нод;, к (?)Ори??1)сван??)„ г()). I .; - .анто, p» ör)àö)?0))HO:.-G захвата В основном» - er тк (—;0)I .»e, а;?л-)

)I ттт я

?тот)КИТЕЛЮ P ()ee v,;(та-, — -;--: —, 0 (Ê7."e э а т т» т "т т т)» т» яя -т -»:" —,, а

i» i=»-, ал- . а

Г Е)1 ©КВНОС - ?;; =ММа КЗЛ ",тт? Ет;ИЯ Раляа

ВЯОННО Г" З аХВ ciTB . -»а ПOB ЕР»: HO ТИ объект грк толп))л)-;ах стенки болгЕ

: -Э Г а 1) Г) а „ t 1 ((1?T - yi e H ) j B e P (Ктл 8 3 а В И С ) )" ,. 00TH»Е "КС i P .iPÓ - ."0 0 -OTOKB. Гамиа-, - e??ттс,. ОТ Т 0»?,т IH=I r?OH;.-OH T» т» —.:Э НОЛИК боЛЬ-»»0 =.;IaàËBH01-. ТОЛШКНЬ» (более 2О 1)м, )-.е ?ОэвапяеT )0 ре

- )веделкт: -слщ-Iь;у стенки, так как

::)»a);T))HЕСК::-т: ВО В" e» :, дяалаЗСНЕ -КОНТ" ()О??КВ»темЫХ "О )i!)HH j! BHHbi) i Ie ОДОМ од ?.ОМ)? 3 ))cт »ЕНКЮ 110: ОК 8 COOT ÂÅÒ СТВУЕт

-.Ва э:: —.=,-)ения Tîë?))IHB). с:;-льно азлиаю --т)(т.-:=, и, тт»» - Обой. Кро»ме эта? 0, эбла -i.» )л)?Верс-:-л ".авт-;скмос TH рет Н ТОК-Г)т;Ет.?; 0 i,отOI(:I от -O,qagHPBI то -:ÊÎñòь ??» ).)с ран)л»я 3 и ачкт ель?10 . )С)чьше. - eM B любо)л другOм дкапаэо":.:е кз 3 а BeBKo?0 "тменьшения Г?)азйсн- та патака Вбляэя точкн кнверс?лк.

П",= ь изобретения — достяжен )е ад=,0 э»» е»» 10» Г O 0? 1 p e -т Е»т е ятл я Т оя? щт т )? I»»

845552

BbtcoK0H точностью B ttt ppyp днапазоне контролируемых толщин, характеризующимися инверсной зависимостью регистрируемого потока от, толщины.

Цель достигается тем, что сначала облучают объект быстрыми нейтронами и одновременно регистрируют поток гамма-излучения радиационного захвата медленных нейтронов слоем металла стенки, выходящий из объекта, Затем, между блоком детектирования с источником излучения и объектом контроля на его поверхности помещают дополнительный слой металла, аналогично контролируемому, нзвестной толщины, которую выбирают не менее удвоенного значения максимальной абсолютной погрешности измерения в контролируемом диапазоне и не более величины разности толщин, соответствующих минимальной абсолютной погрешности измерения толщины в эаннверсной области и точке инверсии потока, и повторно регистрируют поток гамма-излучения, а о толщине стенки судят по совокупности двух регнстрируемых потоков излучений и градучровочной зависимости потока от толщины стенки. Для обеспечення минимальной массы дополнительного слоя металла при заданной точности, измерения толщины стенки в диапазоне, соответствующем области инверсии, толщину дополнительного слоя металла выбирают по известной зависимости абсолютной погрешности измерения от толщины, соответственно в доинверсной и заинверсной области вблизи точки инверсии, которым соответствует заданная точность измерения в этом диапазоне толщин.

При этом принимается, что абсолютная погрешность измерения, выраженная в единицах толщины (миллиметрах), соответствует устроенному значению абсолютной среднеквадратичной погрешности измерения регистрируемого потока излучения, включающей стати° ческую и аппаратурную погрешности.

Таким образом, регистрация двух потоков излучения при известном параметре корреляции (известна t толщина дополнительного слоя металла) позволяет однозначно определять по градуировочной зависимости толщину стенки трубопровода в широком диапазоне контролируемых толщин.

Выбор толщины дополнительного слоя металла не менее удвоенного значения. максимальной абсолютной погрешности в контролируемом диапазоне

5 необходим для получения надежного различия двух регистрируемых потоков на фоне помех во всем контролируемом диапазоне толщин. Выбор толщины дополнительного слоя металла не более значения разности толщин, соответствующих минимальной абсолютной погрешности измерения толщины в эаинверсной области и точки инверсии -натока, обусловлен тем, что дальнейшее увеличение толщины не приводит к увеличению точности контроля, а лишь увеличивает массу дополнительного слоя металла, что сопровождается определенными неудобствами при реализации способа, Оптимальным же . вариантом (с соблюдением указанных граничных значений толщины) является значение толщины дополнительного слоя

25 металла, при котором обеспечивается минимальная масса его и точность измерения толщины в области инверсии не хуже заданной.

Совокупность указанных ottepattèé при оптимальном выборе толщины дополнительного слоя металла позволяет, по сравнению с известным способом, достичь однозначности в определении толщины стенки трубопровода н повысить точность контроля, особенно в диапазоне, соответствующем области инверсии регистрируемого потока иэлучени.

Реализацию способа можно проде40 мочстрировать на примере контроля толщины стальной стенки трубопровода, заполненного водой (нефтью).

На фиг.! и 2 представлена схема реализации способа, включающая иэо45 топный источник l быстрых нейтронов, теневую защиту 2 иэ свинца, блок 3 детектирования, контролируемую стенку 4 трубопровода, наполнитель 5 (вода), дополнительный слой 6 метал о ла известной толщины.

На фнг.3 показана градунровочная зависимость регистрируемого потока гамма-излучения радиационного захвата N (кривая 7) с энергией гамма55 квантов Е у76 hB от толщины стальной стенки трубопровода диаметром более 500 мм и зависимость абсолютной точности измерения (кривая 8) от толщины стенки для изотопного ис845552 точника нейтронов 252 Cf мощностью

Ь

7 .10 неитрон/с, времени измерения

5 мин, теневой защиты из свинца толщиной 5 см, блока детектирования гамма-излучения типа БДЭГ 2-23 с кристаллом Nal (Tl) размерами 63»

<63 мм.

Перед циклом всех измерений при указанных выше условиях контроля выбирается дополнительный слой металла оптимальной толщины. Как видна (кривая

8), абсолютная погрешность измерения для приведенного диапазона (70 мм ) максимальна в точке инверсии потока и составляет примерно 2 мм. Следовательно, дополнительный слой металла должен быть толщиной не менее 4 мм.

Точка инверсии потока сооветствует

17,5 мм толщины, а минимальной абсолютной погрешности в заинверсной области соответствует значению толщины 30 мм, из чего следует, что толщина дополнительного слоя металла не должна превьшыть значения разности этих толщин, равной )2,5 мм.

Если, например, заданная точность измерения толщины в области инверсии не хуже 1 мм, то пересечение ординаты, соответствующей погрешности в один мм, с кривой 8 вблизи точки ин. версии позволяет определить два значения толщины do и и (фиг.3), разность которых 4д =d — d, определяет оптимальную (с минимальной массой при заданной точности измерения) толщину дополнительного слоя металла (Qd = 6,5 мм) . Выбрав таким образом дополнительный слой металла, приступают к измерениям толщины стенки трубопровода.

Вначале регистрируют поток излучения Ж (фиг.2а) без дополнительного слоя металла, устанавливая блок детектирования с источником излучения на поверхности объекта — при тех же условиях, при которых была снята градуировочная зависимость. атем т между блоком. детектирования с источником излучения и объектом помещают на его поверхности дополнительный слой металла толщиной 6,5 мм и повторно регистрируют поток излучения

N g (фиг. 2).

Из полученного соотношения потоков NI и N Z, известной толщины Ьй по градуировочной зависимости всегда можно определить> каким толщинам соответствуют значения N u N z .

Если полученные значения N u N

2 соответствуют точкам 9 и 10 на кривой 7 (фиг. 3), то значение искомой толщины определяется по величине потока N1на градуировочной зависимости.

Если полученные значения 11„ и И соответствуют точкам 11 и !2 на кривой 7, то есть значение контролируемого параметра находится в диапазоне, где точность измерения по N xy1 же требуемой, то значение толщины

d1,определяют по потоку N как d, = — z1d, При этом точность измерения -получается не хуже требуемой.

Если N, и N < соответствуют точкам 13 и 14, то значение толщины d, можно определять как по N „, так и по (d, — d — Д d), поскольку различие в точности измерения между ними в этом диапазоне толщин (заинверсная область) при выбранном значе25 нии дс несущественно (кривая 8, фиг. 3),.

При реализации способа с обработ-. кой информации ка ЭВК или специализированном вычислительном устройстве можно записать следующие условия принятия решения для приведенной зависимости потока от толщины (N(d„) 7

7 1 (1 ):

1. Если N, (N и N, N(d ), то

d „соответствует доинверсной области

35 и определяется по N

2. Если N

3. Если N (N(d z) и N v N(dz), то Й, соответствует области инверсии, d — з аинвер сной области, и d, определяется как d1 = d < — ВЙ.

4е 1 cJIH N I N q H N „ N(Й }

dz u d соответствуют заинверсной области и d, определяется. по N или3 d) °

Таким образом, предложенный способ позволяет однозначно определять толщину стенки трубопровода при изменении ее в широком диапазоне, а точность измерения толщины стенки, соответствующей области инверсии потока, значительно повышается ° Предложенный способ может найти широкое применение для контроля толщины стальных оболочек магистральных и технологических трубопроводов, транспорти845552

I0 стороннем доступе к объекту непосредственно в процессе эксплуатации, 1 рубящих водосодержащие жидкости (вода, неАть, пульпа и др.) при одно46

РР ф

Ю Ы 7d д, к

Составитель Л. Василевская

Редактор Л. Письман Техред N.Ходанич Корректор. С. Шекмар

Тираж 683

Заказ 4725

Подписнс;

ВНЕМЛИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Ужгород, ул. Гагарина, 101