無縫不銹鋼管壁厚測量的方法

發布時間：2021-05-10 08:49:30 丨 瀏覽次數：

    包頭鋼鐵集團公司是我國西部地區最大的鋼鐵類上市公司，公司生產的無縫鋼管品種很多，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，在我國石油開發、地質鉆探、船舶、鍋爐汽車等行業中發揮了巨大的作用。

1系統組成

    無縫不銹鋼管壁厚測量系統是利用輻射技術對鋼管的壁厚進行的一種快速、無損、無化學反應的非接觸式測量。該系統原產于德國一家公司，但運行了兩年就報壞了，2006年由天津核人有限公司的技術人員修復，現在正在試運行階段。該系統安裝在不銹鋼管廠180熱軋車間的連軋機出口和定徑機出口，實現在線實時連續的測量和溫度監控作用。

    該套系統由輻射系統、測量系統、氣動系統、冷卻水系統和計算機系統組成。

1.1輻射系統

    輻射系統由輻射源、電離室和前置放大器三部分組成。輻射測量的特點是無損、無化學反應、快速、連續、非接觸性。它是利用電離電流輻射的透射法進行測量的，即被測量的無縫不銹鋼管放在輻射源和探測器之間。

1.1.1系統輻射源

    由放射性核素-137組成，化學符號Cs-137，化學成分酸鹽或氯化物，是一種固體狀態，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）為了使防護容器的各個側面的輻射強度減弱，射源罐由密度為18 g/cm3厚度為7.5mm、以上的鎢制成，射源罐內部裝有旋轉電機，為了保證射源開關正常工作，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下的開/閉射源。本套裝置共有兩個輻射源:

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

    C型架設在定徑機出口:它的有效輻射方向為從上到下垂直方向。

1.1.2電離室

    電離室基本上是由兩個電極組成，這兩個電極相對并行放置且裝在充有惰性氣體的密封鋼室內，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罩。

1.1.3前置放大器

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

1.2測量系統

    包括現場控制站、信號燈、主控室?，F場控制站負責手動行車驅動，將O型架、C型架行進到測量位置，并且通過手動來開/關輻射源;信號燈安裝在接近于測量架的適當位置，必須從任何方向接近框架都可以看到，信號燈由白、黃、綠三種顏色組成，分別代表射源標識、射源開、射源關.

    主控室位于車間的P4臺，它是由總電源、測量變送氣、隔離放大器、絕緣監控繼電器、流量監控器、輔助接觸器、多量程定時繼電器、信號源控制電路等組成.隔離放大器是為了直流電流和直流電壓信號的電器隔離，為了電路內部和外部女全隔離，以及為了直流電流和電壓的測量而設計的，測量的直流變化量線性地轉換成標準輸出信號。隔離放大器的輸出、輸入和電源互相電器隔離。流量監控器是檢測介質的流量大小。監控器有一個設定的切換閥在5-6mV，低于這個值監控器指示現有流量（LED亮):當高于5-6 mV,指示當前無流量（LED滅);當流速降到最小值之下，指示出故障現象。絕緣監控器是測量非接地交流和多相電流的網絡絕緣電阻。

1.3氣動系統

    測量架壓縮空氣的流量和質量的要求是:壓力4.5～6 bar;流量30 m3/h;質量為清沽、過濾并干燥過的。測量架輸出壓力必須至少是4.5 bar,才能使射源開關屏蔽體靈活打開，為了保持氣動系統無灰塵，在系統前而應當安裝有水分離和過濾器的處理站。

1.4冷卻水系統

    由冷卻水泵、一次冷卻水、二次冷卻水組成。冷卻水的質量和流量有一定的要求:壓力3 bar;流量為3 m3/h;溫度30 ℃;質量為純化和過濾的工業用水或飲用水。冷卻水通過熱交換板和調節器保持測量點的溫度最佳，二次循環回路與冷卻水箱一起構成一個封閉系統，在此系統中，冷卻劑通過一個泵不斷地循環并監測溫度、壓力、代次循環水的流量。整個O型架的容量為75 L水，C型架的容量為15L水，冷卻水系統中必須加入適量的防凍劑，而且冷卻水的循環方向要正確。

1.5計算機系統

    由系統軟件、顯示器、鍵盤組成。

    系統的CPU是奔騰4處理器，軟件采用Win2000操作系統，測量工藝程序有系統采樣頻率、數據歸一化處理、無縫不銹鋼管有無的自動判斷、管徑的幾何校正、溫度校正、不同材質無縫不銹鋼管校正、報替功能、歷史數據查詢功能等。該系統還有人工設定厚度上、下限，實時存儲1000個歷史數據，并可人工標記及注釋，可讀取曲線上的任意值。

    顯示器顯示無縫不銹鋼管的批/爐號、鋼號、管號、目標壁厚、上限壁厚、下限壁厚、目標外徑、上限外徑、下限外徑、目標溫度,S4通道壁厚、S5通道壁厚、S4+S5通道平均壁厚（外徑）、故障狀態、設備信息等。顯示器不應受到任何外磁場的干擾，否則會出現色彩不正，圖像畸形或抖動現象。

    鍵盤需要24 V電源供電，它與數據線一樣，通過25通道扁平插頭座連接，用鍵盤可以輸入或中斷數據的傳送。鍵盤上的F1-F10功能鍵作用如下:

    功能鍵Fl調出0型架壁厚度，顯示信息條目有二批/爐號，鋼號，管號，目標壁厚，上限壁厚，下限壁厚，目標溫度，目標外徑，O型架壁厚（管通過期間實際值):S4,S5通道壁厚及平均值，O型架壁厚借通過之后計算值): 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，即使是手動操作，無縫不銹鋼管的順序也被記錄。

    功能鍵F2調出O型架產品趨勢，可顯示出合格產品平均壁厚，合格產品平均管壁厚度即在整根無縫不銹鋼管的合格產品部分的平均壁厚偏差，無縫不銹鋼管的合格產品部分=整根管-頭與尾剪切長度)相對于無縫不銹鋼管的目標壁厚的“相對偏差”以每根管的紅色圖點的紅線顯示:

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

    功能鍵F3調出C型架壁厚度，可顯示信息條目有:批/爐號，鋼號，管號，目標壁厚，上限壁厚，下限壁厚，目標溫度，目標外徑,C型架壁厚

  （管通過期間實際值),C型架壁厚（管通過之后的計算值):平均壁厚、最大壁厚和最小壁厚。在每次新的‘批/爐號”開始時，管計數復位到零。

    功能鍵F4調出C型架產品趨勢，可顯示出合格產品平均壁厚，合格產品平均管壁厚度即在整根無縫不銹鋼管的合格產品部分的平均壁厚偏差，無縫不銹鋼管的合格產品部分=整根管-頭與尾剪切長度)相對于無縫不銹鋼管的目標壁厚的“相對偏差”以紅線——每根管一個紅色圓點顯示。

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

    功能鍵F6調出膨脹曲線，當溫度大于室溫時20 ℃,膨脹曲線指出需要校正的無縫不銹鋼管批號，并在600-1200 ℃范圍內可進行溫度校正.在畫而左邊可以看到膨脹系數。

    溫度校正系數公式為

    W=1+溫度表值%

    功能鍵F7通過功能鍵F7調出顯示屏幕

  （故障狀態)。紅色標記顯示運行狀態，若故障發生，立即通知負責維修人員，并檢查預先設定的數據。

    功能鍵F8調出顯示屏幕（設備信息)，即無允許命令存在的射源開關位置和測量點框架位置的連鎖信息，同時顯示“系統準備”和“探測的無縫不銹鋼管”。黃色標記表示有效狀態。

    功能鍵F9可調出系統參數，綠色數據可以更新，黃色數據不可以修改?？娠@示無縫不銹鋼管的測量時間，額定溫度，溫度系數，鋼號，合金校正，管檢測標準。

    功能鍵F10畫而總覽，按RETURN鍵進入副屏幕即服務畫面10-1到11-15，這個屏幕表示出各測量通道的狀態信息。

2維護注意事項

      1處理放射源和防護容器時，只能在放射防護員監督下或由不銹鋼管廠家專業人員進行。

      2測量點部件不應受到灰塵和浮濁液影響。

      3維護時間為每周一次，定期檢查運行通進。

      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、無損傷，保證射源開關的機構要靈活運轉。

      6氣動回路、冷卻回路保持通暢且運轉正常。

3系統可能出現的問題及解決辦法

    無縫不銹鋼管厚度測量系統正常工作時，應顯示系統無故障、控制系統己接通、射源開關已打開、測量點在測量位置。如果計算機屏幕顯示有以下一個或多個故障報替，系統則處于非正常工作狀態。 

4結束語

    該套系統由于現場條件不穩定，仍在試運行階段.總之，系統的核心是輻射測量技術，利用計算機控制與輻射測量儀的銜接大大提高和加速了測量數據的處理能力，同時也增加了測量和控制系統操作的容易性。任何現代測量方法的高技術要求體現在不妨礙和中斷生產過程，非破壞性地完成測量任務，本系統正是依靠輻射測量技術實現了連續、自動、高效地監測無縫不銹鋼管壁厚度。下一步天津核人公司的技術人員準備在此系統上安裝測溫和測徑裝置，從而完善該套系統的功能。