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無縫不銹鋼管壁厚測量的方法

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)公司是我國西部地區(qū)最大的鋼鐵類上市公司，公司生產(chǎn)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(fā)、地質(zhì)鉆探、船舶、鍋爐汽車等行業(yè)中發(fā)揮了巨大的作用。

1系統(tǒng)組成

    無縫不銹鋼管壁厚測量系統(tǒng)是利用輻射技術(shù)對鋼管的壁厚進(jìn)行的一種快速、無損、無化學(xué)反應(yīng)的非接觸式測量。該系統(tǒng)原產(chǎn)于德國一家公司，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熱軋車間的連軋機(jī)出口和定徑機(jī)出口，實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時(shí)連續(xù)的測量和溫度監(jiān)控作用。

    該套系統(tǒng)由輻射系統(tǒng)、測量系統(tǒng)、氣動系統(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。輻射測量的特點(diǎn)是無損、無化學(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(tǒng)輻射源

    由放射性核素-137組成，化學(xué)符號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/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(nèi)用泡沫塑料填充以達(dá)到絕緣和隔熱。

1.2測量系統(tǒng)

    包括現(xiàn)場控制站、信號燈、主控室。現(xiàn)場控制站負(fù)責(zé)手動行車驅(qū)動，將O型架、C型架行進(jìn)到測量位置，并且通過手動來開/關(guān)輻射源;信號燈安裝在接近于測量架的適當(dāng)位置，必須從任何方向接近框架都可以看到，信號燈由白、黃、綠三種顏色組成，分別代表射源標(biāo)識、射源開、射源關(guān).

    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(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(nèi)部和外部女全隔離，以及為了直流電流和電壓的測量而設(shè)計(jì)的，測量的直流變化量線性地轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)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(jiān)控器是檢測介質(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)控器是測量非接地交流和多相電流的網(wǎng)絡(luò)絕緣電阻。

1.3氣動系統(tǒng)

    測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(guān)屏蔽體靈活打開，為了保持氣動系統(tǒng)無灰塵，在系統(tǒng)前而應(yīng)當(dāng)安裝有水分離和過濾器的處理站。

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)量為純化和過濾的工業(yè)用水或飲用水。冷卻水通過熱交換板和調(diào)節(jié)器保持測量點(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，冷卻劑通過一個(gè)泵不斷地循環(huán)并監(jiān)測溫度、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)，測量工藝程序有系統(tǒng)采樣頻率、數(shù)據(jù)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(zhì)無縫不銹鋼管校正、報(bào)替功能、歷史數(shù)據(jù)查詢功能等。該系統(tǒng)還有人工設(shè)定厚度上、下限，實(shí)時(shí)存儲1000個(gè)歷史數(shù)據(jù)，并可人工標(biāo)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(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)受到任何外磁場的干擾，否則會出現(xiàn)色彩不正，圖像畸形或抖動現(xiàn)象。

    鍵盤需要24 V電源供電，它與數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)的傳送。鍵盤上的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，鋼號，管號，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（管通過期間實(shí)際值):S4,S5通道壁厚及平均值，O型架壁厚借通過之后計(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，即使是手動操作，無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，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縫不銹鋼管的合格產(chǎn)品部分的平均壁厚偏差，無縫不銹鋼管的合格產(chǎn)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(biāo)壁厚的“相對偏差”以每根管的紅色圖點(diǎn)的紅線顯示:

    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，鋼號，管號，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

  （管通過期間實(shí)際值),C型架壁厚（管通過之后的計(jì)算值):平均壁厚、最大壁厚和最小壁厚。在每次新的‘批/爐號”開始時(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，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縫不銹鋼管的合格產(chǎn)品部分的平均壁厚偏差，無縫不銹鋼管的合格產(chǎn)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(biāo)壁厚的“相對偏差”以紅線——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（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，當(dāng)溫度大于室溫時(shí)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(nèi)可進(jìn)行溫度校正.在畫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)，即無允許命令存在的射源開關(guān)位置和測量點(diǎn)框架位置的連鎖信息，同時(shí)顯示“系統(tǒng)準(zhǔn)備”和“探測的無縫不銹鋼管”。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@示無縫不銹鋼管的測量時(shí)間，額定溫度，溫度系數(shù)，鋼號，合金校正，管檢測標(biāo)準(zhǔn)。

    功能鍵F10畫而總覽，按RETURN鍵進(jìn)入副屏幕即服務(wù)畫面10-1到11-15，這個(gè)屏幕表示出各測量通道的狀態(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業(yè)人員進(jìn)行。

      2測量點(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、無損傷，保證射源開關(guān)的機(jī)構(gòu)要靈活運(yùn)轉(zhuǎn)。

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

3系統(tǒng)可能出現(xiàn)的問題及解決辦法

    無縫不銹鋼管厚度測量系統(tǒng)正常工作時(shí)，應(yīng)顯示系統(tǒng)無故障、控制系統(tǒng)己接通、射源開關(guān)已打開、測量點(diǎn)在測量位置。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

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