VI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2014

Большинство существующих технологических трубопроводов подвержены коррозии, что приводит к износу и утонению транспортирующего материала. Обычно для выявления коррозии используется ультразвуковой метод контроля, требующий непосредственного контакта с металлом, поэтому возникает необходимость снимать защитное покрытие с трубы. Подчас такой контроль требует немало времени и финансов. Более быстрым и простым методом контроля, который не требует операции удаления защитного покрытия, является радиографический метод. Альтернативой ультразвуковой толщинометрии выступает профильная толщинометрия радиографическим методом, в частности с применением фосфорных запоминающих пластин, имеющих особые преимущества по отношению к классическим рентгеновским пленкам.

Возможность применения радиографии для толщинометрии поперечного сечения трубопроводов основана на особенности изменения толщины Z материала трубы в направлении просвечивания (Рис. 1).

Рис.1. Функция Z в зависимости от радиационной толщины просвечивания

Эта особенность состоит в том, что на координате, соответствующей толщине стенки S трубы, функция Z имеет острую точку излома (перегиба) и максимальна при:

, (1)

где S – толщина стенки трубы;

D_н – наружный диаметр трубы [1].

Такое резкое изменение толщины материала в направлении просвечивания фиксируется на радиографическом снимке в виде значительного изменения плотности почернения.

Для проверки данной функции Z построим модель трубы диаметром 57 мм и толщиной стенки 4 мм и установим воображаемый детектор излучения по схеме 5в ГОСТа 7512-82 [2]. На рисунке 2 представлена геометрия трубы и сама схема просвечивания.

Рис. 2. Геометрия и схема просвечивания трубы. r – радиационная толщина для конкретного направления луча просвечичивания; d – внешний диаметр трубы; R – соответствующее r расстояние до детектора; F – фокусное расстояние. Как видно из рисунков R и r зависят от угла просвечивания, а угол просвечивания непосредственно связан с координатой х. Т.е. чем больше координата х, тем меньше угол просвечивания. При данной геометрии контроля и заданных параметрах фокусное расстояние равно 273мм. Тем самым при контроле трубы в 57мм луч охватывает 62мм детектора. Для простоты вычислений разобьем трубу пополам. Изменяя координату х от 0 до 31, получим соответствующие значения R и r и построим функцию r(x).

Рис. 3. Функция r(x).

Как видно из графика, максимальная толщина соответствует формуле (1).

В зависимости от радиационной толщины будет изменяться ослабление энергии, проходящей через трубу, и, соответственно, доза излучения, падающая на детектор.

Распределение дозы прошедшего излучения изменятся по формуле:

D=D0×e-µr×B(µr) (2)

D0=Dф×1R2 (3)

где D – доза прошедшего излучения, Рентген/с;

D₀ –доза падающего излучения, Рентген/с;

D_Ф –начальная доза излучения, Рентген/с;

В(µr)– фактор накопления, параметр указан в [3];

µ – коэффициент ослабления для данной энергии излучения, см^-1;

r – лучевая длина, см. [4]

Фактор накопления В и коэффициент ослабления µ находятся таблично для конкретной энергии излучения. В данном случае берется 150 кэв энергии. Т.к. фактор накопления В зависит от произведения µ r, то он будет меняться в зависимости от радиационной толщины r.

В итоге получаем матрицы значений В, µr, R² и D₀. Подставив все эти значения в формулу (2) получим распределение дозы излучения в зависимости от угла прохождения луча и изобразим его на графике (см. рис. 5).

Рис. 4. График зависимости дозы, полученной детектором в зависимости от прохождения луча.

Для наглядности, представим распределение дозы излучения в виде обратной функции ослабления дозы в зависимости от толщины и угла просвечивания. Анализируя оба графика, можно сделать вывод о прямой зависимости толщины и дозы, полученной детектором.

При практических исследованиях была использована труба диаметром 160 мм и толщиной стенки 7 мм, рентгеновский аппарат РАП-160, цифровой сканер Duerr HR-CR 35 NDT, компьютер и фосфорные запоминающие пластины. После проделанных экспериментов было получено следующее изображение:

Рис. 6. Рентгеновское изображение с запоминающей пластины исследуемого объекта контроля

Как видно из изображения, плотность почернения в верхней части трубы соответствует полученной энергии запоминающей пластины. Нижняя часть не подвергалась излучению путем коллимации пучка.

Исследования метода рентгеновской толщинометрии находятся на промежуточной стадии. В дальнейшем планируется непосредственное измерение толщины исследуемой трубы и разработка методики контроля.

Список использованных источников:

1. РДИ 38.18.001-83 «Инструкция по радиографической профильной толщинометрии технологических трубопроводов», ВНИКТИнефтехимоборудование, Волгоград 1983 г. – 47c.

2. ГОСТ 7512-82 Контроль неразрушающий. Соединения сварные. Радиографический метод.

3. Машкович В.П. Защита от ионизирующих излучений. Справочник. Москва, Энергоатомиздат, 1982 – 296 с.

4. Румянцев С.В., Штань А.С., Попов Ю.Ф. Справочник рентгено- и гамма-дефектоскописта. М., Атомиздат,1969 - 276 с.

Код для цитирования: Скопировать