SU845552A1 - Способ измерени толщины металлической стенки трубопровода - Google Patents

Abstract

1. СПОСОБ ИЗ ТЕРЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ СТЕНКИ ТРУБОПРОВОДА, заполненного водородсодержащей жидкостью , заключа(хцийс  в облучении объекта быстрыми нейтронами и одновременной регистрации обратно рассе нного гамма-излучени  радиационного захвата медленных нейтронов слоем металла стенки, отличающийс  тем, что, с целью однозначного определени  толщины стенки с высокой точностью в широком диапазоне , характеризуюпщмс  инверсной зависимостью регистрируемого потока излучени  от толщины, между блоком детектировани  с источником излучени  и объектом контрол  на его поверхности помещают дополнительный слой металла, аналогично контролируeмo fy , известной толщины, которую выбирают не менее удвоенного значени  максимальной абсолютной погрешности измерени  в контролируемом диапазоне и не более величины разности толщины,соответствующих минимальной абсолютной погрешности измерени  ТОЛ1ЦИНЫ в заинверсной области и iO4Ke инверсии потока, и повторно регистрируют лоток гамма-излучени , а о толщине стенки суд т 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   тем, что, с целью обеспелгав чени  минимальной массы дополнительх: 1 ю ного сло  металла при заданной точности измерени  толщины стенки ш в диапазоне, соответствующем области инверсии, толщину дополнительного О1 сло  металла выбирают по известной сд зависимости абсолютной погрешности О1 измерени  от толщины стенки и задан .ной точности как разность между двую м  значени ми толщины, соответственно , в доинверсной и заинверсной области вблизи точки инверсии, которым соответствует заданна  точность измерени  в этом диапазоне.

Description

Изобретение относитс  к радиационным способам контрол  изделий большой толгдины по регистрации обратно рассе нного излучени , а более конкретно - к нейтронным способам контрол  толщины металлической стенки трубопроводов, резервуаров, химических реакторов, заполненных

водород содержавший матерна;1:й1:к (нефть, вода,, пульпа, пласткасса) .

Известен нейтронный способ ког-т рол  многослойных изделий; закокоч-,.,«/ щийс  в облучении о5ъек7а нейтрИ{.. ми и регистрации обратно рассе н:-:.,; медленных нейтроновj который может быть использован дл  измерени  уолг : ны металлической стенки заполнениог трубопровода. Эти способы позвол ют расширить диапазон кoнтpo,iIиpye &гx толщин стенки по сравнению с гаммаал ьбедным методом. Однако, дл  решени  целого г р да прикладн1)1х задач диапазон контролируемых толщин по регистрации обратно рассе нных медленных .нейтронов  вл етс  недостаточным„ Например9 длина диффузии тепловых нейтронов в углеродистой стали не превышает 15 мм, а дл  легированных может быть меньше 10, а поскольку область хорошей чувствительности этих способов определ етс в 1,5-2,0 длины диффузии медленных нейтронов, то и диапазон контролируемых толщин по альбедо медленных нейтронов не превьшает 20-30 мм стальной стенки заполненного трубопровода .

Известен также нейтронный способ контрол  толщины металлической стнк ки трубопровода, заключающийс  в облучении объекта быстрыми згейтротта ми и регистрации- обратно рассе нных гамма-квантов радиационного захватз медленных нейтронов слоем металла стенки и обратно рассе нных мердтерных нейтронов. Поскольку поле обра; но рассе нного гамма-излучени  ради ационного захвата определ етс  почс медленных нейтронов сформированньк водородсодержащим наполнителем трус провода, то все достоинства способо контрол  по альбедо нейтроном присущи и способам по регистрат ии гам ма-излученик ра,циационнога захвата.

В то же врем , oocKOJibKy гамма-излучение радиационного захвата, H.-.U ример, дл  железа, в основном высо-коэнергетическое (3-S MsBis дойна .свободного пробега (и тем более длина пробега до поглощени ) ганма-квантов с такой энергией в металле стенки более чем в 4-5 раз превышает длину диффузии медленных нейтронов, Поэтому, регистраци  гамма-излучени  радиационного захвата, выход щего из объекта контрол , позвол ет

з -:лч:-ч-{. расширить диапазон с;:,нт:.):лируч:мнх толщин стенки трубоппозода по сравнению со способамиj иг.иоггьзующи-х регистрацию обратно ..-:сс:5 ннь х мелленных нейтронов

Недостатком известного способа  .в л етс  то, что зависимость регистрируемого потока гамма-излучени  радиациоиного захвата от толщины стенки при больши-х толщинах  вл етс  инверсной . Например, дл  композиции железо - вода; при изменении толщины железа от нул  до 16-20 регистри-руемый поток гамма-излучени  возрастает , что св зано со сравнительно МЭ.ПЫМ изменением (уменьшением) пло-г-нести потока мед.ггенных нейтронов ;з слое металла по сравнению с ростом массы металла з зоне кон-хрол .. С дапьнейтчин увеличением 1опиц-иы железа происходит бо.гтее сальное изме.-нение плотности потока медленных нейтронов по TOjTiWKe металла из-за

поглощени  и удатгени  зодородсодержащего наполнител  трубопровода, формкр-ующего поле медленных нейтронов , от источника нейтронов и детек-тора . Зго приводит к формированию гамма-кзактов рэдиаи,ионного заква-та в основном в части сло  -;еталла., 1 р;-ше-ающего к зодородсодержаще1 1у напо.л1тителю, Б реззльтато этого j а также за счет ос,;1а5ленин потока

..- г-амма-к.зантов в слое металла; иитексивность гамма-излучени  радиационного захвата на поверхности объекта при толптинах стенки более 20 мм убывает с ростом толщкнь сло 

металла „ Наличие инверсии в зависи-мости иегисгркруе-ioro потока гамкайзл;чени  от толщины при контроле 5-::зделий бо. начальной то.лщинь (более 20 км) не позвол ет по ре

:исгрируемому потоку одноз:1ачко определит;; толщину CTenKHj так как арактически во всем диапазоне конт-ро .лируемь х толщин даннь м методом одком-л/ значению потока соот-ветствует

0 д а значени  толщины, сильно различающихс  между собой. Кроме этого,, 3 o6j;acTii инверсИ зависимости регистрируемого потока от толщины точность иэмерени.ч значительно

меньше, чем з любом другом дкапазсне из-за резкого уменьшени  градиен-та потока вблизи точки 1чнверсии,

Цепь изобретени  - достижение од--нозначного определени.  стенки с высокой точностью в широком д апазоне контролируемых толщин, характеризующимий  инверсной зависимостью регистрируемого потока от , толщины. Цель достигаетс  тем, что снача ла облучают объект быстрыми нейтро нами и одновременно регистрируют поток гамма-излучени  радиационног захвата медленных нейтронов слоем металла стенки, выход щий из объекта . Затем, между блоком детектиров ни  с источником излучени  и объектом контрол  на его поверхности помещают дополнительный слой металла аналогично контролируемому, известной толщины, которую выбирают не ме нее удвоенного значени  максимально абсолютной погрешности измерени  в контролируемом диапазоне и не более величины разности толщин, соответст вующих минимальной абсолютной погрешности измерени  толщины в заинверсной области и точке инверсии потока, и повторно регистрируют поток гамма-излучени , а о толщине стенки суд т по совокупности двух регистрируемых потоков излучений и градуировочной зависимости потока от толщины стенки. Дл  обеспечени  . минимальной массы дополнительного сло  металла при заданной точности измерени  толщины стенки в диапазоне , соответствующем области инверсии , толщину дополнительного сло металла выбирают по известной завис мости абсолютной погрешности измерени  от тол щны, соответственно в доинверсной и заинверсной области вблизи точки инверсии, которым соответствует заданна  точность измерени  в этом диапазонетолщин. При этом принимаетс , что абсолютна погрешность измерени , выраженна  в единицах толщины (миллиметрах), соответствует устроенному значению абсолютной среднеквадратичной погрешности измерени  регистрируемого потока излучени , включающей статическую и аппараФурную погрешности. Таким образом, регистраци  двух потоков излучени  при известном параметре коррел ции (известна I толщина дополнительного сло  металла) позвол ет однозначно определ ть по градуировочной зависимости толщину стенки трубопровода в широком диапазоне контролируемых толщин. 26 Выбор толщины дополнительного сло  металла не менее удвоенного зна чени . максимальной абсолютной погрешности в контролируемом диапазоне необходим дл  получени  надежного различи  двух регистрируемых потоков на фоне помех во всем контролируемом диапазоне толщин. Выбор толщины дополнительного сло  металла не более значени  разности толщин, соответствующих минимальной абсолютной погрешности измерени  толщины в заинверсной области и точки инверсии -потока, обусловлен тем, что дальнейшее увеличение толщины не приводит к увеличению точности контрол , а лишь увеличивает массу дополнительного сло  металла, что сопровождаетс  определенными неудобствами при реализации способа. Оптимальным же вариантом (с соблюдением указанных граничных значений толщины)  вл етс  значение толщины дополнительного сло  металла, при котором обеспечиваетс  минимальна  масса его и точность измерени  толщины в области инверсии не хуже заданной. Совокупность указанных операций при оптимальном выборе толщины дополнительного сло  металла позвол ет , по сравнению с известным спосо60iM , достичь однозначности в определении толщины стенки трубопровода и повысить точность контрол , особенно в диапазоне, соответствующем области инверсии регистрируемого потока излучен . Реализацию способа можно продемонстрировать на примере контрол  толщины стальной стенки трубопровода , заполненного водой (нефтью). ; На фиг,1 и 2 представлена схема реализации способа, включающа  изотопный источник 1 быстрых нейтронов, теневую зашиту 2 из свинца, блок 3 детектировани , контролируемую стенку 4 трубопровода, наполнитель 5 (вода), дополнительный слой 6 металла известной толщины. На фиг,3 показана градуировочна  зависимость регистрируемого потока гамма-излучени  радиационного захвата N (крива  7) с энергией гаммаквантов Е V76 МэВ от толпшны стальной стенки трубопровода диаметром более 500 мм и зависимость абсолютной точности измерени  (крива  8) от толщины стенки дл  изотопного источника нейтронов 252 Cf мощностью 7-10 нейтрон/с, времени измерени  5 мин, теневой защиты из свинца толищной 5 см, блока детектировани  гамма-излучени  типа БДЭГ 2-23 с кристаллом Nal (Т1) размерами 63 /63 мм. Перед циклом всех измерений при указанных выше услови х контрол  выбираетс  дополнительный слой металл оптимальной толпщны. Как видно (крива 8), абсолютна  погрешность измерени  дл  приведенного диапазона (70 мм) максимальна в точке инверсии потока и составл ет примерно 2 мм. Следовательно , дополнительный слой металла должен быть толщиной не менее 4 мм, Точка инверсии потока сооветствует 7,5 мм толщины, а минимальной аб- ° солютной погрешности в заинверсной области соответствует значению толщины 30 мм, из чего следует, что толщина дополнительного сло  металла не должна превыгаать значени  разности этих толщин, равной 2,5 мм. ; Если,например,заданна  точность измерени  толщины в области инверсии не -хуже 1 мм, то пересечение ординаты , соответствующей погрещности в один мм, с кривой 8 вблизи точки инверсии позвол ет определить два значени  толщины d и d (фиг.З),.разность которых А -А - d° определ ет оптимальную (с минимальной массой при заданной точности измерени ) толщину дополнительного сло  метсшла ( 2d 6,5 мм). Выбрав таким образом дополнительный слой металла приступают к измерени м толщины стен ки трубопровода. Вначале регистрируют поток излуче ни  N. (фиг,2а) без дополнительного сло  металла, устанавлива  блок детактировани  с источником излучени  на поверхности объекта - при тех же услови х, при которых была сн та градуировочна  зависимость. Затем между блоком .детектиррвани с источ НИКОМ излучени  и объектом помещают на его поверхности дополнительный слой металла толщиной 6,5 мм и повторно регистрируют поток излучени  N, (фиг. 2). Из полученного соотношени  потоков N, и N, известной толщины Ad по градуировочной зависимости всегда можно определить, каким толщинам соответстнурпт значени  N, и N ,, . Если полученные значени  N, и N соответствуют точкам 9 и 10 на кривой 7 (Лиг.З), то значение искомой толщины определ етс  по величине потока NjHa градуировочной зависимости. Если полученные значени  N, и N ., соответствуют точкам 11 и 12 на кривой 7, то есть значение контролируемого параметра находитс  в диапазоне , где точность измерени  по N, хуже требуемой, то значение толщины d, определ ют по потоку N как d - 1 4d. При этом точность измерени  -получаетс  не хуже требуемой . Если N, и N соответствуют гочкам 13 и 14, то значение толщины d, можно определ ть как по N,, так и по N 2. (d d .J - (3 d) , поскольку различие в точности измерени  между ними в этом диапазоне толщин (заинверсна  область) при выбранном значении dd несущественно (крива  8, фиг.З). При реализации способа с обработкой информации на или специализированном вычислительном устройстве можно записать следующие услови  прин ти  решени  дл  приведенной зависимости потока от толщины (NCd) 7N(d;): 1.Если N, : N и N, iN(dp, то d соответствует доинверсной области и определ етс  по N,. 2.Если N,,7 N(d°) , то с соответствует доинверс ой области и опреде етс  по N1. 3.Если N N(d) и N, 7 N(d), то d, соответствует области инверсии, заинверсной области,и d;, определ етс  как d d .J - Лd. 4.Если N-г N, и N, N(di), то d и d,j соответствуют заинверсной области и d , определ етс - по N илипо N, (d , d,- 4 d) . Таким образом, предложенный способ позвол ет однозначно определ ть толщину стенки трубопровода при изменении ее в широком диапазоне, а точность измерени  толщины стенки, соответствующей области инверсии потока , значительно повышаетс . Предложенный способ может найти широкое применение дл  контрол  толщины стальных оболочек магистральных и технологических трубопроводов, транспорти-

Claims (2)

1. СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТОЛЩИНЫ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ СТЕНКИ ТРУБОПРОВОДА, заполненного водородсодержащей жидкостью, заключающийся 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, характеризующимся инверсной зависимостью регистрируемого потока излучения от толщины, между блоком детектирования с источником излучения и объектом контроля на его по верхности 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 облас ти и точке инверсии потока, и повтор но регистрируют поток 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 a,rain и й с я 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 по известной зависимости абсолютной погрешности измерения от толщины стенки и заданной точности как разность между двумя значениями толщины, соответственно, в доинверсной и заинверсной области вблизи точки инверсии, ко

Ιω (с

Q0 сл сл сл to торым соответствует заданная точность измерения в этом диапазоне.