CN101769881A - 一种基于γ射源的小管径金属管内异物射线无损检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于γ射源的小管径金属管内异物射线无损检测装置，包括γ射线源、防护罩、阵列探测器、信号转换器、固定支架、γ射线控制器和图像处理系统，其中，γ射线源为Se-75辐射源，阵列探测器为碘化锶阵列和光元件阵列以及该两阵列间的滤光片构成的闪烁体阵列，由γ射线源发射γ射线，穿过被检测管道，由阵列探测器接收射线，通过信号转换器将光信号转换为电子信号并将其输送到图像处理系统，最后进行显示。本发明装置能方便、快捷、准确地实现小管径金属管内异物检测；采用实时显示技术，避免了以往拍片技术带来的各种不便；采用基于计算机图像处理技术，图像显示直观，且数据可以远传和存储。

Description

一种基于γ射源的小管径金属管内异物射线无损检测装置

技术领域

本发明属于射线检测技术领域，涉及一种基于γ射源的小管径金属管内异物射线无损检测装置，尤其适应大型电站锅炉过热器管、再热器管、水冷壁管和省煤器管管内异物的检测。

背景技术

随着电力工业的发展，超(超)临界机组已成为当今火力发电行业的主力机组。大型超(超)临界机组在近几年已从600MW机组到1000MW机组在全球广泛使用。

电站锅炉是电厂的三大主要设备之一，在过热器管、再热器管、水冷壁管和省煤器管(电厂通常简称为“四管”)的安装、检修过程中，可能会残留一些焊条头、焊渣、零部件、小石块等异物在管内。在超(超)临界直流锅炉中，有两个原因可能致使锅炉“四管”管内存在异物。一是由于超临界直流锅炉在运行中蒸汽参数高，管道内常常出现由于高温氧化而形成氧化皮脱落甚至堵塞管道的现象；二是由于超临界直流锅炉检修时异物残留在管内。由于超临界直流锅炉管径比亚临界的管径小，尤其是超临界机组管内氧化皮堵塞管道情况严重时，会导致锅炉爆管，引起重大的安全事故和经济损失。

因此，在锅炉停机检修时及时检测出管内异物，尤其是检测超临界机组管内氧化皮的堆积情况显得极为重要。管内异物的检测工作可以为及时更换堵塞管道提供依据，从而减少因异物堵塞管道引发锅炉爆管事故的发生，避免机组非计划停机造成的重大经济损失。

当前生产现场普遍采用的管内异物检测方法有x射线拍片检测和割管内窥镜检测。其中，x射线拍片检测是利用x射线对各种物质的穿透力，检验物质内部缺陷的一种方法。利用x射线进行“四管”管内异物检测时存在许多缺点，一方面是由于锅炉“四管”管径透照厚度小，另一方面是由于锅炉“四管”的透照厚度差变化大。而且该方法存在曝光量大，洗片时间长，费用高，对人体伤害大，工作环境要求高。而采用割管内窥镜检测方法需要将可能存在异物的管道割开，检测结束后需配合水压试验等安全检测，该方法操作麻烦，检测周期长，人力物力耗费大。

鉴于现有检测锅炉“四管”管内异物的技术都存在各项的缺陷和不足，因此开发一种能够方便、快捷、准确、安全的锅炉“四管”管内检测装置显得极为重要和迫切。

发明内密

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述不足，提供一种基于γ射源的小管径管内异物射线无损检测装置。该无损检测装置实现了对管内异物形状，尤其是氧化皮堆积厚度进行准确判断。本发明通过如下技术方案实现：

一种基于γ射源的小管径金属管内异物射线无损检测装置，包括γ射线源、防护罩、阵列探测器、信号转换器和固定支架，该装置还包括γ射线控制器和图像处理系统，阵列探测器的射线接收面与γ射线源的中心射线相垂直；阵列探测器将检测到的信号通过信号转换器转换为电信号后，传输给图像处理系统，图像处理系统检测出图像并将处理后的图像进行显示；γ射线控制器与γ射线源相连接，用于控制γ射线源发射γ射线；γ射线源置于防护罩内，γ射线源为Se-75辐射源。

作为上述装置的优选方案，所述阵列探测器包括碘化锶阵列和光电元件阵列以及位于该两阵列之间的滤光片。

作为上述装置的优选方案，所述光电元件阵列为光电倍增管阵列、CCD元件阵列或光敏二极管阵列。

作为上述装置的优选方案，所述图像处理系统为具有图像处理、模式识别和图像校正处理功能的计算机。

作为上述装置的优选方案，所述异物包括超临界或超超临界锅炉中小管径金属管内的氧化皮。

作为上述装置的优选方案，所述小管径金属管包括电站锅炉中的过热器管、再热器管、水冷壁管或省煤器管。

作为上述装置的优选方案，所述γ射线控制器包括可编程序控制器和文本显示器。

作为上述装置的优选方案，所述防护罩由固定支架支撑。

本发明的阵列探测器可以为碘化锶阵列和光元件阵列以及该两阵列间的滤光片构成的闪烁体阵列；光电元件阵列可采用光电备增管阵列或CCD(电子耦合器件)元件阵列或光敏二极管阵列；γ射线控制器可采用现有的全自动、智能化的自动控制装置，省去繁杂的人工控制过程，减低劳动强度，提高曝光时间精度，减少工作人员的受辐照剂量；图像处理系统采用一台以计算机技术为基础，具有图像处理、模式识别、图像校正处理等功能模块构成的设备。

采用这样的结构后，在检测时，由γ射线控制器控制γ射线源发射γ射线，γ射线穿过被测管段，γ射线强度发生一定的衰减量，而与硒辐射源的中心射线相垂直的由碘化锶构成的闪烁体阵列对硒辐射源发射的γ射线强度较为敏感。当管段中存在异物时，该管段的衰减量会比没有存在异物管段大，通过闪烁体阵列探测器可以检测的被检管段对辐射源衰减量的差异，与闪烁体并置的光电元件阵列可将闪烁体阵列输出的光信号转换为电信号，进而可通过计算机处理相关信号并将检测图像显示出来。两阵列间(碘化锶阵列和光元件阵列)的滤光片的存在，消除了杂散光对光电元件的干扰，为后续图像处理和模式识别以便做出精确判断提供了必备的前提条件，使其能在纷杂的被测管段中将异物有效分辨出来。同时，也由于发射源的针对性强，从而提高了照射图像质量和减低了整个装置制造和使用的成本。

总的来说，本发明与现有技术相比，具有如下优点和效果：

第一，检测方便、快捷、准确。采用Se-75γ射线源，其钢铁检测厚度为4-40mm，特别适合小管径金属管道无损检测，且设备重量轻便(约15kg)、小巧；

第二，实时显示。采用阵列探测器，并将其光信号转换为电信号，采用基于计算机基础的图像处理系统，实在实时显示检测图像，避免拍片带来的各种不便；

第三，信号可以储存和远传。采用光电转换和接口技术，将拍摄信号进行转换和远传至计算机，实现了显示与储存。

下面结合附图和具体实施方式对本发明的具体实施作进一步详细说明，但本发明的实施并不限于此。

附图说明

图1是实施方式中基于γ射源的小管径金属管内异物射线无损检测装置示意图。

具体实施方式

如图1所示，防护罩2内的γ射线源1为Se-75辐射源，它由固定支架10固定，γ射线源的中心射线与装有异物4的被测管道3的另一侧的阵列探测器5相垂直。阵列探测器5为碘化锶阵列6、作为光电元件阵列8的光电倍增管阵列以及滤光片7构成。信号转接器9与图像处理系统12相连接，图像处理系统12是一台以笔记本电脑为基础，内置有图像处理、模式识别、图像校正处理等相应的功能模块的设备。γ射线源1与γ射线控制器11相连接，γ射线控制器11可以采用现有全自动、智能化的自动控制装置，采用全中文显示操作指令和故障提示。

本实施方式中，γ射线源1具体参数如下：

屏蔽形式：“S”通道；

设计源强(TBq)：3.7(100ci)；

最大泄漏量：≤2msv/h；

屏蔽材料：贫铀8kg；

重量：13kg；

控制部件：长度：10M；重量：10kg；

输源管：长度：2.1M×3；重量：2.3kg；

透照厚度：钢铁4-40mm；

放射源：Se-75；

γ射线穿透物质后的强度随穿过距离呈指数衰减，其衰减规律为

其中：I(R，E)为R深度处、能量为E的γ射线光子强度：I0(E)为入射γ射线光子的强度，对于一般实际应用入射γ射线都具有能谱分布，为了与后面计算公式单位统一，这里取γ射线光子的强度单位为：个/(MeV·cm2)；μ为光子线衰减系数，光子的衰减可认为是各种导致光子状态(能量、方向等)的相互事件的几率和。

实施方式中，被测管道3使用管径50mm，壁厚8mm的小管径管。

检测时，只需将γ射线源1通过固定支架10固定在被测管道3一侧，并在另一侧放置与中心射线相垂直的阵列探测器5，此时，通过γ射线控制器11控制γ射线源1发射γ射线，硒辐射源发出的γ射线经过防护罩2的屏蔽窗口准直后沿水平方向穿透被测管道3前壁、管内异物4、被测管道3后壁，然后经阵列探测器5上的准直孔打到碘化锶阵列6上，使其发光，该光经过滤光片7处理后被光电倍增管阵列接收并转换为电信号输出。γ射线穿过不同的被测管道4是产生相对应的衰减，因而碘化锶的发光也出现相应的强弱变化，最后光电倍增管阵列同步输出对应的模拟电信号，这些模拟电信号通过信号转接器9将其放大后转换成数字信号输送入图像处理系统12，经其生成被测管道3的图像。如果被测管道3中存在异物4，则被测检测后经过处理生成的图像13即能显示出异物4的形状。

其检测步骤如下：

(1)通过固定支架10将γ射线源1和阵列探测器5固定在被检测管3两侧；

(2)由γ射线源1发射γ射线，穿过被检测管道3，由阵列探测器5接收射线，通过信号转换器9将光信号转换为电子信号并将其输送到图像处理系统12；

(3)通过图像处理系统12进行图像检测和数据处理，改善图像质量后进行图像显示和数据保存。

Claims (8)

1.一种基于γ射源的小管径金属管内异物射线无损检测装置，包括γ射线源(1)、防护罩(2)、阵列探测器(5)、信号转换器(9)和固定支架(10)，其特征在于还包括γ射线控制器(11)和图像处理系统(12)，阵列探测器(5)的射线接收面与γ射线源(1)的中心射线相垂直；阵列探测器(5)将检测到的信号通过信号转换器(9)转换为电信号后，传输给图像处理系统(12)，图像处理系统(12)检测出图像并将处理后的图像进行显示；γ射线控制器(11)与γ射线源(1)相连接，用于控制γ射线源(1)发射γ射线；γ射线源(1)置于防护罩(2)内，γ射线源(1)为Se-75辐射源。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征是所述阵列探测器(5)包括碘化锶阵列(6)和光电元件阵列(8)以及位于该两阵列之间的滤光片(7)。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征是所述光电元件阵列(8)为光电倍增管阵列、CCD元件阵列或光敏二极管阵列。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征是所述图像处理系统(12)为具有图像处理、模式识别和图像校正处理功能的计算机。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征是所述异物包括超临界或超超临界锅炉中小管径金属管内的氧化皮。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征是所述小管径金属管包括电站锅炉中的过热器管、再热器管、水冷壁管或省煤器管。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征是所述γ射线控制器(11)包括可编程序控制器和文本显示器。

8.根据权利要求1～7任一项所述的装置，其特征是防护罩(2)由固定支架(10)支撑。

Images