Способ измерения толщины металлической стенки трубопровода Советский патент 1989 года по МПК G01B15/02 

Изобретение относится к радиационным способам контроля изделий большой толгдины по регистрации обратно рассеянного излучения, а более конкретно - к нейтронным способам контроля толщины металлической стенки трубопроводов, резервуаров, химических реакторов, заполненных

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

Известен нейтронный способ ког-т роля многослойных изделий; закокоч-,.,«/ щийся в облучении о5ъек7а нейтрИ{.. ми и регистрации обратно рассеян:-:.,; медленных нейтроновj который может быть использован для измерения уолг : ны металлической стенки заполнениог трубопровода. Эти способы позволяют расширить диапазон кoнтpo,iIиpye &гx толщин стенки по сравнению с гаммаал ьбедным методом. Однако, для решения целого г ряда прикладн1)1х задач диапазон контролируемых толщин по регистрации обратно рассеянных медленных .нейтронов является недостаточным„ Например9 длина диффузии тепловых нейтронов в углеродистой стали не превышает 15 мм, а для легированных может быть меньше 10, а поскольку область хорошей чувствительности этих способов определяетс 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 контроля толщины металлической стнк ки трубопровода, заключающийся в облучении объекта быстрыми згейтротта ми и регистрации- обратно рассеянных гамма-квантов радиационного захватз медленных нейтронов слоем металла стенки и обратно рассеянных мердтерных нейтронов. Поскольку поле обра; но рассеянного гамма-излучения ради ационного захвата определяется почс медленных нейтронов сформированньк водородсодержащим наполнителем трус провода, то все достоинства способо контроля по альбедо нейтроном присущи и способам по регистрат ии гам ма-излученик ра,циационнога захвата.

В то же время, oocKOJibKy гамма-излучение радиационного захвата, H.-.U ример, для железа, в основном высо-коэнергетическое (3-S MsBis дойна .свободного пробега (и тем более длина пробега до поглощения) ганма-квантов с такой энергией в металле стенки более чем в 4-5 раз превышает длину диффузии медленных нейтронов, Поэтому, регистрация гамма-излучения радиационного захвата, выходящего из объекта контроля, позволяет

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

Недостатком известного способа я.в ляется то, что зависимость регистрируемого потока гамма-излучения радиациоиного захвата от толщины стенки при больши-х толщинах является инверсной. Например, для композиции железо - вода; при изменении толщины железа от нуля до 16-20 регистри-руемый поток гамма-излучения возрастает , что связано 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-хроля.. С дапьнейтчин увеличением 1опиц-иы железа происходит бо.гтее сальное изме.-нение плотности потока медленных нейтронов по TOjTiWKe металла из-за

поглощения и удатгения зодородсодержащего наполнителя 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 слоя -;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-излучения радиационного захвата на поверхности объекта при толптинах стенки более 20 мм убывает с ростом толщкнь слоя

металла „ Наличие инверсии в зависи-мости иегисгркруе-ioro потока гамкайзл;чения от толщины при контроле 5-::зделий бо. начальной то.лщинь (более 20 км) не позволяет 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 дяа значения толщины, сильно различающихся 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 уменьшения градиен-та потока вблизи точки 1чнверсии,

Цепь изобретения - достижение од--нозначного определени.я стенки с высокой точностью в широком д апазоне контролируемых толщин, характеризующимийя инверсной зависимостью регистрируемого потока от , толщины. Цель достигается тем, что снача ла облучают объект быстрыми нейтро нами и одновременно регистрируют поток гамма-излучения радиационног захвата медленных нейтронов слоем металла стенки, выходящий из объекта. Затем, между блоком детектиров ния с источником излучения и объектом контроля на его поверхности помещают дополнительный слой металла аналогично контролируемому, известной толщины, которую выбирают не ме нее удвоенного значения максимально абсолютной погрешности измерения в контролируемом диапазоне и не более величины разности толщин, соответст вующих минимальной абсолютной погрешности измерения толщины в заинверсной области и точке инверсии потока, и повторно регистрируют поток гамма-излучения, а о толщине стенки судят по совокупности двух регистрируемых потоков излучений и градуировочной зависимости потока от толщины стенки. Для обеспечения . минимальной массы дополнительного слоя металла при заданной точности измерения толщины стенки в диапазоне, соответствующем области инверсии, толщину дополнительного сло металла выбирают по известной завис мости абсолютной погрешности измерения от толящны, соответственно в доинверсной и заинверсной области вблизи точки инверсии, которым соответствует заданная точность измерения в этом диапазонетолщин. При этом принимается, что абсолютна погрешность измерения, выраженная в единицах толщины (миллиметрах), соответствует устроенному значению абсолютной среднеквадратичной погрешности измерения регистрируемого потока излучения, включающей статическую и аппараФурную погрешности. Таким образом, регистрация двух потоков излучения при известном параметре корреляции (известна I толщина дополнительного слоя металла) позволяет однозначно определять по градуировочной зависимости толщину стенки трубопровода в широком диапазоне контролируемых толщин. 26 Выбор толщины дополнительного слоя металла не менее удвоенного зна чения. максимальной абсолютной погрешности в контролируемом диапазоне 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 заинверсной области и точки инверсии -потока, 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 металла, при котором обеспечивается минимальная масса его и точность измерения толщины в области инверсии не хуже заданной. Совокупность указанных операций при оптимальном выборе толщины дополнительного слоя металла позволяет, по сравнению с известным спосо60iM, достичь однозначности в определении толщины стенки трубопровода и повысить точность контроля, особенно в диапазоне, соответствующем области инверсии регистрируемого потока излучен . Реализацию способа можно продемонстрировать на примере контроля толщины стальной стенки трубопровода, заполненного водой (нефтью). ; На фиг,1 и 2 представлена схема реализации способа, включающая изотопный источник 1 быстрых нейтронов, теневую зашиту 2 из свинца, блок 3 детектирования, контролируемую стенку 4 трубопровода, наполнитель 5 (вода), дополнительный слой 6 металла известной толщины. На фиг,3 показана градуировочная зависимость регистрируемого потока гамма-излучения радиационного захвата N (кривая 7) с энергией гаммаквантов Е V76 МэВ от толпшны стальной стенки трубопровода диаметром более 500 мм и зависимость абсолютной точности измерения (кривая 8) от толщины стенки для изотопного источника нейтронов 252 Cf мощностью 7-10 нейтрон/с, времени измерения 5 мин, теневой защиты из свинца толищной 5 см, блока детектирования гамма-излучения типа БДЭГ 2-23 с кристаллом Nal (Т1) размерами 63 /63 мм. Перед циклом всех измерений при указанных выше условиях контроля выбирается дополнительный слой металл оптимальной толпщны. Как видно (крива 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 7,5 мм толщины, а минимальной аб- ° солютной погрешности в заинверсной области соответствует значению толщины 30 мм, из чего следует, что толщина дополнительного слоя металла не должна превыгаать 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 погрещности в один мм, с кривой 8 вблизи точки инверсии позволяет определить два значения толщины d и d (фиг.З),.разность которых А -А - d° определяет оптимальную (с минимальной массой при заданной точности измерения) толщину дополнительного слоя метсшла ( 2d 6,5 мм). Выбрав таким образом дополнительный слой металла приступают к измерениям толщины стен ки трубопровода. Вначале регистрируют поток излуче ния N. (фиг,2а) без дополнительного слоя металла, устанавливая блок детактирования с источником излучения на поверхности объекта - при тех же условиях, при которых была снята градуировочная зависимость. Затем между блоком .детектиррванияс источ НИКОМ излучения и объектом помещают на его поверхности дополнительный слой металла толщиной 6,5 мм и повторно регистрируют поток излучения N, (фиг. 2). Из полученного соотношения потоков N, и N, известной толщины Ad по градуировочной зависимости всегда можно определить, каким толщинам соответстнурпт значения N, и N ,, . Если полученные значения N, и N соответствуют точкам 9 и 10 на кривой 7 (Лиг.З), то значение искомой толщины определяется по величине потока NjHa градуировочной зависимости. Если полученные значения N, и N ., соответствуют точкам 11 и 12 на кривой 7, то есть значение контролируемого параметра находится в диапазоне, где точность измерения по N, хуже требуемой, то значение толщины d, определяют по потоку N как d - 1 4d. При этом точность измерения -получается не хуже требуемой. Если N, и N соответствуют гочкам 13 и 14, то значение толщины d, можно определять как по N,, так и по N 2. (d d .J - (3 d) , поскольку различие в точности измерения между ними в этом диапазоне толщин (заинверсная область) при выбранном значении dd несущественно (кривая 8, фиг.З). При реализации способа с обработкой информации на или специализированном вычислительном устройстве можно записать следующие условия принятия решения для приведенной зависимости потока от толщины (NCd) 7N(d;): 1.Если N, : N и N, iN(dp, то d соответствует доинверсной области и определяется по N,. 2.Если N,,7 N(d°) , то с соответствует доинверс ой области и опредеяется по N1. 3.Если N N(d) и N, 7 N(d), то d, соответствует области инверсии, заинверсной области,и d;, определяется как d d .J - Лd. 4.Если N-г N, и N, N(di), то d и d,j соответствуют заинверсной области и d , определяется- по N илипо N, (d , d,- 4 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, транспорти-

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.