Korrózió és lerakódás radiográfiai vizsgálata nagy átmérőjű, szigetelt és szigeteletlen csövek esetén Balaskó Márton1, Sváb Erzsébet2, Tóth Péter1 1. KFKI Atomenergia Kutatóintézet, 1525 Budapest 114, Pf 49. 2. MTA Szilárdtest Fizikai és Optikai Kutatóintézet, 1525 Budapest 114, Pf.49. Bevezetés A kísérleti mérésekhez egy 10” és egy 13” külső átmérőjű, hét külső- és hét belső lépcsőt tartalmazó referencia csövet készítettünk. A gamma radiográfiai (GR) vizsgálatokhoz az AGMI Rt. 60Co és 192Ir forrását, illetve a Budapest kutatóreaktor gamma sugárzását (~8,2 MeV), míg a neutronradiográfiai (NR) mérésekhez a reaktor neutron nyalábját használtuk. Végeztünk röntgen radiográfiai (XR) vizsgálatokat is egy SEIFERT ERESCO 65 MF2L típusú hordozható generátorral, kettős falon való áthatolású elrendezésben. A radiográfiai képek előállítására, filmfelvételi technika mellett alkalmaztuk az Imaging Plate (IP) módszert és a CCD kamera alkalmazásán alapuló, számítógéppel támogatott képrögzítési módszert.
1. Vizsgálati berendezések A kísérleti munkát az AGMI Rt. Roncsolásmentes Vizsgálati Laboratóriumában és a KFKI Atomenergia Kutatóintézetének Budapest reaktoránál kiépített, Dinamikus Radiográfiai (DR) állomásán végeztük. A vizsgálatok során az 1. ábrán látható elvi elrendezéseket alkalmaztuk.
1. ábra: A munka során felhasznált kettős falú és tangenciális elrendezések elvi rajza A 60Co aktivitása 201 GBq volt, mérete 2 X 2 mm2. A felvételek során a forrás- film távolság 900 mm, míg a tárgy-film távolság 50 mm volt. Az exponálási idő 15-100 percre adódott, AGFA D7 film használata esetén, amelyet a NAÜ előirt. Az Seifert Eresco 65MF2L típusú röntgen generátor 270 kV; 3 mA teljesítménnyel üzemelt a felvételek készítése során, a fókusz mérete 3 X 3 mm2, a fókusztárgy távolság 1000 mm, a tárgy- film távolság 50 mm, az exponálási idő 4 perc volt, D7 filmen. Az rtg. felvételeket csak kettős falon való áthatolású elrendezésben készítettük el. A Budapest (10 MW) reaktornál, a zóna közelében elhelyezkedő, szendvics szerkezetű (Cd, Pb és Fe) kollimátor belső átmérője 25 mm, a fókusz- film távolság 5000 mm, míg a tárgy- film távolság 50 mm volt. Az exponálási idő reaktor gamma (~8,2 MeV) sugarak használatakor 2,5 perc volt, 25 mm vastag Pb sugárzás gyengítő szűrő alkalmazása esetén, ha D7 filmet használtunk. Imaging Plate detektor lemez esetén a Pb sugárzás gyengítő szűrő vastagságát meg kellett növelni 50 mm-re és az exponálási időt 1,5 percre kellett csökkenteni. Ha NaCsI egykristály sugárzás- fény átalakító képét Peltier hűtésű CCD kamarával detektáltuk, csupán 0,4 másod-percre volt az exponálási idő.
2. Vizsgálati tárgyak: Egy 10” és egy 13” külső átmérőjű, hét külső- és hét belső lépcsőt tartalmazó csövet kellett készíteniük. A lépcsőkben, 10%, 20% és 50% falvastagság mélységű, eltérő átmérőjű lyuk sorokat kellett kialakítani marással, illetve szikra forgácsolással. A 10” átmérőjű cső esetén a falvastagság 7 mm és 20mm között változott. A tangenciális falvastagság 74 és 140mm közötti tartományba adódott. A 13” átmérőjű cső esetén a falvastagság 7,5 mm és 25 mm között változott, míg a tangenciális falvastagság 92 és 170 mm közötti tartományban helyezkedett el. A referencia csövek külső és belső palástján egy-egy haránt irányú bemarást is kellett készíteni. Az elkészült vizsgálati tárgyak fénykép felvétele a 2. ábrán látható.
2. ábra: A vizsgálati tárgyak fénykép felvétele
3. ábra: A vizsgálati tárgyak szikraforgácsolása
A maximális áthatolási vastagságot az alábbi egyenlettel számítottuk ki:
t max = (OD ) 2 − ( ID ) 2 ahol
OD a cső külső átmérője, ID a cső belső átmérője.
A 10” külső átmérőjű referencia cső fontos vastagsági adatait az I. táblázat tartalmazza. A 13” külső átmérőjű referencia cső fontos vastagsági adatait az II. táblázat tartalmazza. I.
Táblázat: A 10” külső átmérőjű referencia cső fontos vastagsági adatai
Külső lépcsők Pozíció OS7 OS6 OS5 OS4 OS3 OS2 OS1 OS0
Fal vastagság [mm] 6 8 10 12 14 16 18 20
Maximális áthatolási vastagság [mm] 74.0 86.0 96.5 106.2 115.2 123.7 131.7 139.4
Belső lépcsők Fal Pozíció vastagság [mm] IS7 IS6 IS5 IS4 IS3 IS2 IS1 IS0
6 8 10 12 14 16 18 20
Maximális áthatolási vastagság [mm] 78.5 90.3 100.6 109.8 118.0 125.7 132.8 139.4
II. Táblázat: A 13” külső átmérőjű referencia cső fontos vastagsági adatai
Külső lépcsők Pozíció OS7 OS6 OS5 OS4 OS3 OS2 OS1 OS0
Fal – vastagság [mm] 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0 22.5 25.0
Maximális áthatolási vastagság [mm] 92.5 107.3 120.5 132.6 140.3 154.4 164.5 174.0
Belső lépcsők Fal Pozíció vastagság [mm] IS7 IS6 IS5 IS4 IS3 IS2 IS1 IS0
7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0 22.5 25.0
Maximális áthatolási vastagság [mm] 98.1 111.0 124.0 135.6 147.1 157.0 165.8 174.0
3. Mérések a Budapest kutató reaktornál A mérőhely jellemzői A dinamikus radiográfiai (DR) mérőhely a Budapest reaktor 2. sz. vízszintes csatornájánál van kiépítve [1]. A csatorna belsejében a zárszerkezet mögött egy „pin hole” típusú komplex kollimátor van, amely alkalmas a reaktorból kilépő neutron- és gamma sugárnyaláb egyidejű formálására, a jó minőségű radiográfiai képek céljából. A referencia csövek célirányos méréséhez egy beállítást optimalizáló adaptert kellett készítenünk, a közel 100 kg súlyú referencia tárgyak pozícionálásához.
4. ábra: A dinamikus radiográfiai állomás CCD kamerás képfelvevő rendszere
5. ábra: A 10” átmérőjű referencia cső tangenciális felvételi pozícióban a dinamikus radiográfiai állomáson
Az 5. ábrán tangenciális felvételi pozícióban látható a 10” átmérőjű referencia cső. Mögötte balra helyezkedik el a film -, illetve az Imaging Plate (IP) tartó. Ezek mögött van a CCD kamerás felvevő rendszerünk sugárzás-fény átalakítója és a tükör rendszert tartalmazó fényárnyékoló cső.
6. ábra: A 10” átmérőjű referencia cső belső lépcsőinek tangenciális elrendezésben, CCD kamerával felvett gammaradiográfiai képe. Sugárzás-fény átalakítóként NaCsI egykristályt használtunk.
4. Radiográfiai felvétel készítés IP lemezekkel 4.1. Neutronradiográfiai felvétel készítés IP lemezekkel A neutronradiográfiai felvételeket ND 20 X 25 típusú (200 x 250 mm2 felületű) IP lemezekkel készítjük. A lemezeket lazán fényárnyékolt, több rétegű Pb árnyékolással ellátott karton csomagolásban helyezzük, a hagyományos film technikában megszokott módon a film helyére.
7. ábra: A 10”átmérőjű referencia cső belsőlépcsőinek NR képe, forrás felőli oldalán etalonokkal
A 7. ábrán 10”átmérőjű referencia cső belső lépcsőinek NR képe, forrás felőli oldalán jobbról balra 50 mm vastag bóros-polietilén tégla furatokkal, 10 X 0,5 mm-es, 10 mm széles, furatos plexi lépcső, 2 mm vastag Cd lemez furat sorral. Az érzékelő félvezető lapka védelmében a cső felső palástjára 50 mm vastag Pb tégla sort helyeztünk. A felvétel készítés során 100 mm Pb nyaláb gyengítőt használtunk. Az exponálási idő 60 másodperc volt. 4.2. Gammaradiográfiai felvétel készítése IP lemezzel A gammaradiográfiai felvételeket XD 20 X 25 (200X250 mm2 felületű) IP lemezekkel vesszük fel. Az eljárás azonos az NR felvétel előkészítéssel. Ebben az esetben 2 mm vastag Cd + 50 mm vastag Pb lemezeket kell alkalmazni. Az előbbi a felaktiválódás veszélyének elhárítása miatt szükséges.
8. ábra: A 10”átmérőjű referencia cső belső lépcsőinek GR képe, forrás felőli oldalán etalonokkal Az 8. ábrán 10”átmérőjű referencia cső belsőlépcsőinek GR képe, forrás felőli oldalán, alul 10X5 mm-es, 50 mm széles Fe lépcsős etalon, felette 10X2 mm-es, 20 mm széles Pb lépcsős etalon. Az érzékelő félvezető lapka védelmében a cső felső palástjára 50 mm vastag Pb tégla sort helyeztünk. A felvétel készítés során 50 mm Pb nyaláb gyengítőt használtunk. Az exponálási idő 90 másodperc volt. 5. Vizsgálati berendezések az AGMI Rt-ben A 60Co aktivitása 201 GBq volt, mérete 2 X 2 mm2. A felvételek során a forrás- film távolság 900 mm, míg a tárgy-film távolság 50 mm volt. Az exponálási idő 15-100 perc volt, AGFA D7 30X40 cm2es film használata esetén. A filmhez 0,1 mm-es Pb szűrő/erősítő fóliát alkalmaztunk 3 mm-es Pb háttérsugárzás szűrővel. A szórt sugárzás csökkentéséhez 90°-os Wolfram kollimátort használtunk. A filmek előhívása gépi úton történt AGFA Structurix NDT hívóautomatával.
A méréseknél a nagyítási korrekció: MC a 10”-os csövön = 0,85 MC a 13”-os csövön = 0,82 A méréseknél a geometriai életlenség: Ug a 10”-os csövön = 0,34 mm Ug a 13”-os csövön = 0,45 mm A mérés során felhasznált eszközök egy része láthatóaz alábbi ábrán:
9. ábra: A 10” átmérőjű referencia cső belső furatainak vizsgálata Co-60 sugárforrással 6. Vizsgálati tárgyak A vizsgálatokat a 2. pontban leírt, 2. ábrán látható darabokon végeztük el, majd a darabokat 50 mm vastagságban hőszigetelő burkolattal körülvéve megismételtük a vizsgálatokat. A szigeteléssel ellátott darabok a 10. ábrán láthatóak.
10. ábra: Előtérben a 10” átmérőjű szigetelt cső, háttérben a 13” átmérőjű szigetelt cső
7. Tangenciális elrendezés vizsgálati eredményei
11. ábra: 10” átmérőjű szigetelt cső, 50%-os külső furat
12. ábra: 10” átmérőjű szigetelt cső, 50%-os belső furat
A vizsgálat során elkészült felvételeket az előírt módon kiértékeltük. Egy radiográfiai felvételen minden furathoz 6 vastagságmérést végeztünk. Az így kapott adatokat táblázatban rögzítettük, a mérési eredményeket a nagyítási korrekciónak megfelelően átszámítottuk. A kapott mérési eredményekből átlagot és szórást számítottunk. A 13. ábrán egy tipikus mérési adatsorról készült grafikont mutatunk be.
10"-os normál csõ 20 % -os külsõ furat mé ré si e re dmé nye i 2,0 1,5
szórás [mm]
1,0 0,5 0,0 -0,5 -1,0 -1,5 -2,0 1
3
5
7
9
11 13 15 17 19 té n yle g e s fa lva sta g sá g [m m ]
21
23
25
27
13. ábra: A 10” átmérőjű referencia cső külső furatainak vizsgálata Co-60 sugárforrással
Bitumen lerakódás vizsgálata
14. ábra: A 13” átmérőjű referencia cső, bitumen lerakódás modellezése
15. ábra: A tangenciális felvételen jól látható a bitumen lerakódás. A lerakódás ellenére a mérések pontossága nem romlott számottevően.
16. ábra: Digitális tangenciális felvétel, számítógéppel segített kiértékelés (YXLON)
8. Kettősfalú átsugárzással végzett vizsgálatok A vizsgálatok során a paraméterek a tangenciális megadottakkal megegyeztek, azzal az eltéréssel, hogy a tesztdarabok közepénél 2,5-ös feketedés volt a kívánatos. A mérések során a tangenciális technikával nem, vagy csak nehezen mérhető 10 és 20%-os belső furatok is mérhetőek voltak.
17. ábra: Kettős falú átsugárzás, ∅ 13” cső, 50 %-os belső furat 400% bitumen, 60Co
18. ábra: Kettős falú átsugárzás, ∅ 13” cső, 50 %-os belső furat 400%, 295 kV; 3 mA Megjegyzés: A 17. és a 18. ábrán látható radiográfiai felvétel negatív kép, a többi képpel ellentétben.
III. táblázat: Átsugárzott vastagságok 50%-os belső furatnál ∅ 13”
Furat pozíció
Fal vastags. [mm]
Legnagyobb átsugárzott anyagvastagság Acél [mm]
bitumen [mm]
IS7 IS6 IS5 IS4
7,5 10,0 12,5 15,0
15,0 20,0 25,0 30,0
25 % 22,5 20,0 17,5 15,0
100 % 32,5 30,0 27,5 25,0
200 % 47,5 45,0 42,5 40,0
400 % 77,5 75,0 72,5 70,0
IS3 IS2
17,5 20,0
35,0 40,0
12,5 10,0
22,5 20,0
37,5 35,0
67,5 65,0
IS1 IS0
22,5 25,0
45,0 50,0
7,5 5,0
17,5 15,0
32,5 30,0
62,5 60,0
IV. táblázat: Mérési eredmények ∅13”, 100% bitumen, szigetelés, 50 %-os belső furat, Co-60
identification of the film used for evaluation:
date of the test exposure time [min]
position
12 BB2 100 B
results of IH 7-0 at IS 7-0 with 50% wall thickness difference
27. június 2005 100,00
measured measured optical optical density next density in to the object the object
assumed µ [1/mm]
optical depth object density [mm] difference
step wall thickness [mm]
calculated penetrated µ=ln[(Dobwall wall Dfog)/(Dbasethickness thickness in Dfog)]/∆w difference [1/mm] object [mm] [mm]
0,0107
difference (wall thickness difference calculated wall thickness)
IH7-50
3,98
4,12
0,14
3,8
3,8
11,3
0,010
3,5
0,3
IH6-50
3,80
3,99
0,20
5,0
5,0
15,0
0,011
5,1
-0,1
IH5-50
3,68
3,89
0,22
6,3
6,3
18,8
0,010
5,7
0,5
IH4-50
3,47
3,73
0,27
7,5
7,5
22,5
0,011
7,5
0,0
IH3-50
3,26
3,53
0,28
8,8
8,8
26,3
0,010
8,3
0,5
IH2-50
3,16
3,50
0,34
10,0
10,0
30,0
0,011
10,4
-0,4
IH1-50
2,95
3,29
0,35
11,3
11,3
33,8
0,011
11,4
-0,1
IH0-50
2,77
3,13
0,36
12,5
12,5
37,5
0,011
12,6
-0,1
V. táblázat: Mérési eredmények ∅13”, 200% bitumen, szigetelés, 50 %-os belső furat, Co-60
identification of the film used for evaluation:
date of the test exposure time [min]
12 BB3 100 B
results of IH 7-0 at IS 7-0 with 50% wall thickness difference
12. július 2005 100,00
assumed µ [1/mm]
calculated penetrated µ=ln[(Dobwall wall Dfog)/(Dbasethickness thickness in Dfog)]/∆w difference [1/mm] object [mm] [mm] 11,3 0,011 3,8
0,0108
difference (wall thickness difference calculated wall thickness)
position
measured optical density next to the object
measured optical density in the object
optical density difference
depth object [mm]
step wall thickness [mm]
IH7-50
3,47
3,60
0,14
3,8
3,8
IH6-50
3,32
3,48
0,17
5,0
5,0
15,0
0,011
4,9
0,1
IH5-50
3,24
3,45
0,22
6,3
6,3
18,8
0,011
6,5
-0,2
IH4-50
3,05
3,28
0,23
7,5
7,5
22,5
0,011
7,4
0,1
IH3-50
2,87
3,11
0,25
8,8
8,8
26,3
0,010
8,4
0,4
IH2-50
2,68
2,95
0,28
10,0
10,0
30,0
0,011
10,0
0,0
IH1-50
2,58
2,88
0,30
11,3
11,3
33,8
0,011
11,3
-0,1
IH0-50
2,40
2,71
0,32
12,5
12,5
37,5
0,011
12,8
-0,3
-0,1
VI. táblázat: Mérési eredmények ∅13”, 400% bitumen, szigetelés, 50 %-os belső furat, Ir-192
identification of the film used for evaluation:
date of the test exposure time [min]
position
12 BB4 IR
results of IH 7-0 at IS 7-0 with 50% wall thickness difference
7. augusztus 2005 49,00
measured measured optical optical density next density in to the object the object
assumed µ [1/mm]
calculated penetrated µ=ln[(Doboptical step wall wall depth object wall Dfog)/(Dbasethickness density thickness [mm] thickness in Dfog)]/∆w [mm] difference difference [1/mm] object [mm] [mm]
difference (wall thickness difference calculated wall thickness)
µ
IH7-50
3,73
3,93
0,20
3,8
3,8
11,3
0,0150
4,1
-0,3
0,0138
IH6-50
3,38
3,65
0,28
5,0
5,0
15,0
0,0170
5,5
-0,5
0,0153
IH5-50
3,15
3,45
0,31
6,3
6,3
18,8
0,0162
6,0
0,3
0,0169
IH4-50
2,79
3,19
0,40
7,5
7,5
22,5
0,0197
8,0
-0,5
0,0184
IH3-50
2,45
2,80
0,36
8,8
8,8
26,3
0,0174
7,6
1,1
0,0199
IH2-50
2,21
2,68
0,47
10,0
10,0
30,0
0,0218
10,2
-0,2
0,0214
IH1-50
1,89
2,36
0,47
11,3
11,3
33,8
0,0228
11,2
0,1
0,0229
IH0-50
1,61
2,05
0,45
12,5
12,5
37,5
0,0232
11,8
0,7
0,0245
VII. táblázat: Mérési eredmények ∅13”, 400% bitumen, szigetelés, 50 %-os belső furat, Seifert Eresco 65MF2L, SFD=930 mm, U=295 kV, I=3 mA.
date of the test exposure time [min]
position
results of IH 7-0 at IS 7-0 with 50% wall thickness difference
12 BB4 R
identification of the film used for evaluation:
7. augusztus 2005 4,00
measured measured optical optical density next density in to the object the object
assumed µ [1/mm]
optical step wall depth object density thickness [mm] [mm] difference
calculated penetrated µ=ln[(Dobwall wall Dfog)/(Dbasethickness thickness in Dfog)]/∆w difference [1/mm] object [mm] [mm] 11,3 0,0319 3,9
difference (wall thickness difference calculated wall thickness)
µ
-0,1
0,0310
IH7-50
3,87
4,32
0,46
3,8
3,8
IH6-50
3,41
4,04
0,64
5,0
5,0
15,0
0,0370
5,2
-0,2
0,0354
IH5-50
2,68
3,35
0,68
6,3
6,3
18,8
0,0397
6,2
0,0
0,0398
IH4-50
2,26
3,10
0,84
7,5
7,5
22,5
0,0472
8,0
-0,5
0,0442
IH3-50
1,73
2,40
0,68
8,8
8,8
26,3
0,0438
7,9
0,9
0,0486
IH2-50
1,28
1,95
0,68
10,0
10,0
30,0
0,0518
9,8
0,2
0,0530
IH1-50
1,02
1,69
0,67
11,3
11,3
33,8
0,0573
11,2
0,0
0,0575
IH0-50
0,76
1,30
0,54
12,5
12,5
37,5
0,0603
12,2
0,3
0,0619
A gyakorlati életben üzem közben is szükség lehet a vizsgálatok elvégzésére. A 19. ábrán látható egy szénhidrogén töltetet modellezni próbáló bitumen rúd a 10”-os tesztcsőben.
19. ábra: 10” átmérőjű szigetelt cső, 160 mm átmérőjű bitumen rúddal A sugárzás energiájának és/vagy a kép felvételi idejének a növelésével üzem közben is elvégezhető a vizsgálat, a mérési pontosság lényeges csökkenése nélkül.
9. Összefoglalás
A korrózió és a lerakódás radiográfiai vizsgálata nagy átmérőjű, szigetelt és szigeteletlen csövek esetén, lehetőséget nyújt az erőművi, vegyipari csővezetékek szigetelésbontás és felület-előkészítés nélküli vizsgálatára. A vizsgálati eljárás viszonylag drága a hagyományos (UT, ET, VT) roncsolásmentes vizsgálatokhoz képest, de az előkészületek költség és időmegtakarítása végeredményben vonzóvá teheti az előzőekben tárgyalt technikákat. A tangenciális felvételi módszerekkel az egyenletes falvastagságú részek pontosan mérhetőek. Megfelelő hibahely esetén a külső vastagsághiányok megfelelő pontossággal szintén megtalálhatóak ezen eljárás keretében, de a belső anyaghiányok már csak jelentős korlátozásokkal. A nagy maximális áthatolási anyagvastagság esetén adódó felvételi idők sikerrel csökkenthetők a cikkben leírt elektronikus képalkotó eszközök használatával. A digitális technika a mérések kiértékelésének pontosságát növelheti, az emberi erőforrás felhasználását csökkentheti. A csövek felületének nagyobb része értékelhető a kettősfalú átsugárzás esetén, mint a tangenciális eljárásnál, a helyi anyaghiányok itt biztonságosabban megtalálhatóak. A legpontosabb eredményt a módszerek együttes alkalmazásával érhetjük el.
