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無(wú)縫不銹鋼管壁厚測(cè)量的方法

發(fā)布時(shí)間：2021-05-10 08:49:30 丨 瀏覽次數(shù)：

    包頭鋼鐵集團(tuán)公司是我國(guó)西部地區(qū)最大的鋼鐵類(lèi)上市公司，公司生產(chǎn)的無(wú)縫鋼管品種很多，有普通流體管、液壓支架管、壓力容器、石油套管、石油井管等全套石油采掘輸送所需管道，在我國(guó)石油開(kāi)發(fā)、地質(zhì)鉆探、船舶、鍋爐汽車(chē)等行業(yè)中發(fā)揮了巨大的作用。

1系統(tǒng)組成

    無(wú)縫不銹鋼管壁厚測(cè)量系統(tǒng)是利用輻射技術(shù)對(duì)鋼管的壁厚進(jìn)行的一種快速、無(wú)損、無(wú)化學(xué)反應(yīng)的非接觸式測(cè)量。該系統(tǒng)原產(chǎn)于德國(guó)一家公司，但運(yùn)行了兩年就報(bào)壞了，2006年由天津核人有限公司的技術(shù)人員修復(fù)，現(xiàn)在正在試運(yùn)行階段。該系統(tǒng)安裝在不銹鋼管廠180熱軋車(chē)間的連軋機(jī)出口和定徑機(jī)出口，實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)實(shí)時(shí)連續(xù)的測(cè)量和溫度監(jiān)控作用。

    該套系統(tǒng)由輻射系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)、氣動(dòng)系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成。

1.1輻射系統(tǒng)

    輻射系統(tǒng)由輻射源、電離室和前置放大器三部分組成。輻射測(cè)量的特點(diǎn)是無(wú)損、無(wú)化學(xué)反應(yīng)、快速、連續(xù)、非接觸性。它是利用電離電流輻射的透射法進(jìn)行測(cè)量的，即被測(cè)量的無(wú)縫不銹鋼管放在輻射源和探測(cè)器之間。

1.1.1系統(tǒng)輻射源

    由放射性核素-137組成，化學(xué)符號(hào)Cs-137，化學(xué)成分酸鹽或氯化物，是一種固體狀態(tài)，半衰期為30年，1m處的全照射劑量率為33 mSv/h，輻射能量是660 keV (1 eV=1.6022x10-19J）為了使防護(hù)容器的各個(gè)側(cè)面的輻射強(qiáng)度減弱，射源罐由密度為18 g/cm3厚度為7.5mm、以上的鎢制成，射源罐內(nèi)部裝有旋轉(zhuǎn)電機(jī)，為了保證射源開(kāi)關(guān)正常工作，必須有4.5 bar（1 bar= 10 5Pa)的壓力和螺旋彈簧，用于正常和緊急狀態(tài)下的開(kāi)/閉射源。本套裝置共有兩個(gè)輻射源:

    O型架設(shè)在連軋機(jī)出口;它的有效輻射方向有兩個(gè)，即從左到右水平方向、從上到下垂直方向。

    C型架設(shè)在定徑機(jī)出口:它的有效輻射方向?yàn)閺纳系较麓怪狈较颉?/span>

1.1.2電離室

    電離室基本上是由兩個(gè)電極組成，這兩個(gè)電極相對(duì)并行放置且裝在充有惰性氣體的密封鋼室內(nèi)，為了屏蔽外部干擾，電離室的外殼必須接地。電離室的組成是測(cè)量電極、電子、離子、電壓電極、電離室外殼、惰性氣體(41 bar氛氣)、放大器、電離室電壓源魄壓為1 900 V )。它的工作溫度為-25～80 ℃，為了防止燃燒，電離室加了一層特殊護(hù)罩。

1.1.3前置放大器

    把電離室的電流轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)輸出電壓任（±10V）。放大器輸入端口加有一對(duì)反相電流極小的二極管，以消除安裝過(guò)程中的靜電壓。為了防止外部因素干擾，放大器裝有法拉第密封小盒，其室內(nèi)用泡沫塑料填充以達(dá)到絕緣和隔熱。

1.2測(cè)量系統(tǒng)

    包括現(xiàn)場(chǎng)控制站、信號(hào)燈、主控室?，F(xiàn)場(chǎng)控制站負(fù)責(zé)手動(dòng)行車(chē)驅(qū)動(dòng)，將O型架、C型架行進(jìn)到測(cè)量位置，并且通過(guò)手動(dòng)來(lái)開(kāi)/關(guān)輻射源;信號(hào)燈安裝在接近于測(cè)量架的適當(dāng)位置，必須從任何方向接近框架都可以看到，信號(hào)燈由白、黃、綠三種顏色組成，分別代表射源標(biāo)識(shí)、射源開(kāi)、射源關(guān).

    主控室位于車(chē)間的P4臺(tái)，它是由總電源、測(cè)量變送氣、隔離放大器、絕緣監(jiān)控繼電器、流量監(jiān)控器、輔助接觸器、多量程定時(shí)繼電器、信號(hào)源控制電路等組成.隔離放大器是為了直流電流和直流電壓信號(hào)的電器隔離，為了電路內(nèi)部和外部女全隔離，以及為了直流電流和電壓的測(cè)量而設(shè)計(jì)的，測(cè)量的直流變化量線(xiàn)性地轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)輸出信號(hào)。隔離放大器的輸出、輸入和電源互相電器隔離。流量監(jiān)控器是檢測(cè)介質(zhì)的流量大小。監(jiān)控器有一個(gè)設(shè)定的切換閥在5-6mV，低于這個(gè)值監(jiān)控器指示現(xiàn)有流量（LED亮):當(dāng)高于5-6 mV,指示當(dāng)前無(wú)流量（LED滅);當(dāng)流速降到最小值之下，指示出故障現(xiàn)象。絕緣監(jiān)控器是測(cè)量非接地交流和多相電流的網(wǎng)絡(luò)絕緣電阻。

1.3氣動(dòng)系統(tǒng)

    測(cè)量架壓縮空氣的流量和質(zhì)量的要求是:壓力4.5～6 bar;流量30 m3/h;質(zhì)量為清沽、過(guò)濾并干燥過(guò)的。測(cè)量架輸出壓力必須至少是4.5 bar,才能使射源開(kāi)關(guān)屏蔽體靈活打開(kāi)，為了保持氣動(dòng)系統(tǒng)無(wú)灰塵，在系統(tǒng)前而應(yīng)當(dāng)安裝有水分離和過(guò)濾器的處理站。

1.4冷卻水系統(tǒng)

    由冷卻水泵、一次冷卻水、二次冷卻水組成。冷卻水的質(zhì)量和流量有一定的要求:壓力3 bar;流量為3 m3/h;溫度30 ℃;質(zhì)量為純化和過(guò)濾的工業(yè)用水或飲用水。冷卻水通過(guò)熱交換板和調(diào)節(jié)器保持測(cè)量點(diǎn)的溫度最佳，二次循環(huán)回路與冷卻水箱一起構(gòu)成一個(gè)封閉系統(tǒng)，在此系統(tǒng)中，冷卻劑通過(guò)一個(gè)泵不斷地循環(huán)并監(jiān)測(cè)溫度、壓力、代次循環(huán)水的流量。整個(gè)O型架的容量為75 L水，C型架的容量為15L水，冷卻水系統(tǒng)中必須加入適量的防凍劑，而且冷卻水的循環(huán)方向要正確。

1.5計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

    由系統(tǒng)軟件、顯示器、鍵盤(pán)組成。

    系統(tǒng)的CPU是奔騰4處理器，軟件采用Win2000操作系統(tǒng)，測(cè)量工藝程序有系統(tǒng)采樣頻率、數(shù)據(jù)歸一化處理、無(wú)縫不銹鋼管有無(wú)的自動(dòng)判斷、管徑的幾何校正、溫度校正、不同材質(zhì)無(wú)縫不銹鋼管校正、報(bào)替功能、歷史數(shù)據(jù)查詢(xún)功能等。該系統(tǒng)還有人工設(shè)定厚度上、下限，實(shí)時(shí)存儲(chǔ)1000個(gè)歷史數(shù)據(jù)，并可人工標(biāo)記及注釋?zhuān)勺x取曲線(xiàn)上的任意值。

    顯示器顯示無(wú)縫不銹鋼管的批/爐號(hào)、鋼號(hào)、管號(hào)、目標(biāo)壁厚、上限壁厚、下限壁厚、目標(biāo)外徑、上限外徑、下限外徑、目標(biāo)溫度,S4通道壁厚、S5通道壁厚、S4+S5通道平均壁厚（外徑）、故障狀態(tài)、設(shè)備信息等。顯示器不應(yīng)受到任何外磁場(chǎng)的干擾，否則會(huì)出現(xiàn)色彩不正，圖像畸形或抖動(dòng)現(xiàn)象。

    鍵盤(pán)需要24 V電源供電，它與數(shù)據(jù)線(xiàn)一樣，通過(guò)25通道扁平插頭座連接，用鍵盤(pán)可以輸入或中斷數(shù)據(jù)的傳送。鍵盤(pán)上的F1-F10功能鍵作用如下:

    功能鍵Fl調(diào)出0型架壁厚度，顯示信息條目有二批/爐號(hào)，鋼號(hào)，管號(hào)，目標(biāo)壁厚，上限壁厚，下限壁厚，目標(biāo)溫度，目標(biāo)外徑，O型架壁厚（管通過(guò)期間實(shí)際值):S4,S5通道壁厚及平均值，O型架壁厚借通過(guò)之后計(jì)算值): S4, S5通道壁厚、平均值、最大壁厚和最小壁厚。在所有的操作方式下，即使是手動(dòng)操作，無(wú)縫不銹鋼管的順序也被記錄。

    功能鍵F2調(diào)出O型架產(chǎn)品趨勢(shì)，可顯示出合格產(chǎn)品平均壁厚，合格產(chǎn)品平均管壁厚度即在整根無(wú)縫不銹鋼管的合格產(chǎn)品部分的平均壁厚偏差，無(wú)縫不銹鋼管的合格產(chǎn)品部分=整根管-頭與尾剪切長(zhǎng)度)相對(duì)于無(wú)縫不銹鋼管的目標(biāo)壁厚的“相對(duì)偏差”以每根管的紅色圖點(diǎn)的紅線(xiàn)顯示:

    指示值= （A-B)/B x 100%式中，A為產(chǎn)品平均壁厚:B為目標(biāo)壁厚。

    功能鍵F3調(diào)出C型架壁厚度，可顯示信息條目有:批/爐號(hào)，鋼號(hào)，管號(hào)，目標(biāo)壁厚，上限壁厚，下限壁厚，目標(biāo)溫度，目標(biāo)外徑,C型架壁厚

  （管通過(guò)期間實(shí)際值),C型架壁厚（管通過(guò)之后的計(jì)算值):平均壁厚、最大壁厚和最小壁厚。在每次新的‘批/爐號(hào)”開(kāi)始時(shí)，管計(jì)數(shù)復(fù)位到零。

    功能鍵F4調(diào)出C型架產(chǎn)品趨勢(shì)，可顯示出合格產(chǎn)品平均壁厚，合格產(chǎn)品平均管壁厚度即在整根無(wú)縫不銹鋼管的合格產(chǎn)品部分的平均壁厚偏差，無(wú)縫不銹鋼管的合格產(chǎn)品部分=整根管-頭與尾剪切長(zhǎng)度)相對(duì)于無(wú)縫不銹鋼管的目標(biāo)壁厚的“相對(duì)偏差”以紅線(xiàn)——每根管一個(gè)紅色圓點(diǎn)顯示。

    功能鍵F5調(diào)出合金表，顯示合金系數(shù)和膨脹曲線(xiàn)（溫度校正)，在鋼種表中可輸入100種不同材質(zhì)的合金校正系數(shù)。合金校正系數(shù)可以把其它密度材料的顯示值調(diào)整到標(biāo)定測(cè)量裝置用的鋼種ST37-54（密度7. 855 g/cm3)的顯示值，它可用標(biāo)定試塊比較材料密度或比較壁厚得到。

    功能鍵F6調(diào)出膨脹曲線(xiàn)，當(dāng)溫度大于室溫時(shí)20 ℃,膨脹曲線(xiàn)指出需要校正的無(wú)縫不銹鋼管批號(hào)，并在600-1200 ℃范圍內(nèi)可進(jìn)行溫度校正.在畫(huà)而左邊可以看到膨脹系數(shù)。

    溫度校正系數(shù)公式為

    W=1+溫度表值%

    功能鍵F7通過(guò)功能鍵F7調(diào)出顯示屏幕

  （故障狀態(tài))。紅色標(biāo)記顯示運(yùn)行狀態(tài)，若故障發(fā)生，立即通知負(fù)責(zé)維修人員，并檢查預(yù)先設(shè)定的數(shù)據(jù)。

    功能鍵F8調(diào)出顯示屏幕（設(shè)備信息)，即無(wú)允許命令存在的射源開(kāi)關(guān)位置和測(cè)量點(diǎn)框架位置的連鎖信息，同時(shí)顯示“系統(tǒng)準(zhǔn)備”和“探測(cè)的無(wú)縫不銹鋼管”。黃色標(biāo)記表示有效狀態(tài)。

    功能鍵F9可調(diào)出系統(tǒng)參數(shù)，綠色數(shù)據(jù)可以更新，黃色數(shù)據(jù)不可以修改?？娠@示無(wú)縫不銹鋼管的測(cè)量時(shí)間，額定溫度，溫度系數(shù)，鋼號(hào)，合金校正，管檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。

    功能鍵F10畫(huà)而總覽，按RETURN鍵進(jìn)入副屏幕即服務(wù)畫(huà)面10-1到11-15，這個(gè)屏幕表示出各測(cè)量通道的狀態(tài)信息。

2維護(hù)注意事項(xiàng)

      1處理放射源和防護(hù)容器時(shí)，只能在放射防護(hù)員監(jiān)督下或由不銹鋼管廠家專(zhuān)業(yè)人員進(jìn)行。

      2測(cè)量點(diǎn)部件不應(yīng)受到灰塵和浮濁液影響。

      3維護(hù)時(shí)間為每周一次，定期檢查運(yùn)行通進(jìn)。

      4必須O型架、C型架的水平和垂直位置保持不變。

      5放射源出射窗和入射窗保持清潔、無(wú)損傷，保證射源開(kāi)關(guān)的機(jī)構(gòu)要靈活運(yùn)轉(zhuǎn)。

      6氣動(dòng)回路、冷卻回路保持通暢且運(yùn)轉(zhuǎn)正常。

3系統(tǒng)可能出現(xiàn)的問(wèn)題及解決辦法

    無(wú)縫不銹鋼管厚度測(cè)量系統(tǒng)正常工作時(shí)，應(yīng)顯示系統(tǒng)無(wú)故障、控制系統(tǒng)己接通、射源開(kāi)關(guān)已打開(kāi)、測(cè)量點(diǎn)在測(cè)量位置。如果計(jì)算機(jī)屏幕顯示有以下一個(gè)或多個(gè)故障報(bào)替，系統(tǒng)則處于非正常工作狀態(tài)。 

4結(jié)束語(yǔ)

    該套系統(tǒng)由于現(xiàn)場(chǎng)條件不穩(wěn)定，仍在試運(yùn)行階段.總之，系統(tǒng)的核心是輻射測(cè)量技術(shù)，利用計(jì)算機(jī)控制與輻射測(cè)量?jī)x的銜接大大提高和加速了測(cè)量數(shù)據(jù)的處理能力，同時(shí)也增加了測(cè)量和控制系統(tǒng)操作的容易性。任何現(xiàn)代測(cè)量方法的高技術(shù)要求體現(xiàn)在不妨礙和中斷生產(chǎn)過(guò)程，非破壞性地完成測(cè)量任務(wù)，本系統(tǒng)正是依靠輻射測(cè)量技術(shù)實(shí)現(xiàn)了連續(xù)、自動(dòng)、高效地監(jiān)測(cè)無(wú)縫不銹鋼管壁厚度。下一步天津核人公司的技術(shù)人員準(zhǔn)備在此系統(tǒng)上安裝測(cè)溫和測(cè)徑裝置，從而完善該套系統(tǒng)的功能。