无缝不锈钢管壁厚测量的方法

发布时间：2021-05-10 08:49:30 丨 浏览次数：

    包头钢铁集团公司是我国西部地区最大的钢铁类上市公司，公司生产的无缝钢管品种很多，有普通流体管、液压支架管、压力容器、石油套管、石油井管等全套石油采掘输送所需管道，在我国石油开发、地质钻探、船舶、锅炉汽车等行业中发挥了巨大的作用。

1系统组成

    无缝不锈钢管壁厚测量系统是利用辐射技术对钢管的壁厚进行的一种快速、无损、无化学反应的非接触式测量。该系统原产于德国一家公司，但运行了两年就报坏了，2006年由天津核人有限公司的技术人员修复，现在正在试运行阶段。该系统安装在不锈钢管厂180热轧车间的连轧机出口和定径机出口，实现在线实时连续的测量和温度监控作用。

    该套系统由辐射系统、测量系统、气动系统、冷却水系统和计算机系统组成。

1.1辐射系统

    辐射系统由辐射源、电离室和前置放大器三部分组成。辐射测量的特点是无损、无化学反应、快速、连续、非接触性。它是利用电离电流辐射的透射法进行测量的，即被测量的无缝不锈钢管放在辐射源和探测器之间。

1.1.1系统辐射源

    由放射性核素-137组成，化学符号Cs-137，化学成分酸盐或氯化物，是一种固体状态，半衰期为30年，1m处的全照射剂量率为33 mSv/h，辐射能量是660 keV (1 eV=1.6022x10-19J）为了使防护容器的各个侧面的辐射强度减弱，射源罐由密度为18 g/cm3厚度为7.5mm、以上的钨制成，射源罐内部装有旋转电机，为了保证射源开关正常工作，必须有4.5 bar（1 bar= 10 5Pa)的压力和螺旋弹簧，用于正常和紧急状态下的开/闭射源。本套装置共有两个辐射源:

    O型架设在连轧机出口;它的有效辐射方向有两个，即从左到右水平方向、从上到下垂直方向。

    C型架设在定径机出口:它的有效辐射方向为从上到下垂直方向。

1.1.2电离室

    电离室基本上是由两个电极组成，这两个电极相对并行放置且装在充有惰性气体的密封钢室内，为了屏蔽外部干扰，电离室的外壳必须接地。电离室的组成是测量电极、电子、离子、电压电极、电离室外壳、惰性气体(41 bar氛气)、放大器、电离室电压源魄压为1 900 V )。它的工作温度为-25～80 ℃，为了防止燃烧，电离室加了一层特殊护罩。

1.1.3前置放大器

    把电离室的电流转换成标准输出电压任（±10V）。放大器输入端口加有一对反相电流极小的二极管，以消除安装过程中的静电压。为了防止外部因素干扰，放大器装有法拉第密封小盒，其室内用泡沫塑料填充以达到绝缘和隔热。

1.2测量系统

    包括现场控制站、信号灯、主控室。现场控制站负责手动行车驱动，将O型架、C型架行进到测量位置，并且通过手动来开/关辐射源;信号灯安装在接近于测量架的适当位置，必须从任何方向接近框架都可以看到，信号灯由白、黄、绿三种颜色组成，分别代表射源标识、射源开、射源关.

    主控室位于车间的P4台，它是由总电源、测量变送气、隔离放大器、绝缘监控继电器、流量监控器、辅助接触器、多量程定时继电器、信号源控制电路等组成.隔离放大器是为了直流电流和直流电压信号的电器隔离，为了电路内部和外部女全隔离，以及为了直流电流和电压的测量而设计的，测量的直流变化量线性地转换成标准输出信号。隔离放大器的输出、输入和电源互相电器隔离。流量监控器是检测介质的流量大小。监控器有一个设定的切换阀在5-6mV，低于这个值监控器指示现有流量（LED亮):当高于5-6 mV,指示当前无流量（LED灭);当流速降到最小值之下，指示出故障现象。绝缘监控器是测量非接地交流和多相电流的网络绝缘电阻。

1.3气动系统

    测量架压缩空气的流量和质量的要求是:压力4.5～6 bar;流量30 m3/h;质量为清沽、过滤并干燥过的。测量架输出压力必须至少是4.5 bar,才能使射源开关屏蔽体灵活打开，为了保持气动系统无灰尘，在系统前而应当安装有水分离和过滤器的处理站。

1.4冷却水系统

    由冷却水泵、一次冷却水、二次冷却水组成。冷却水的质量和流量有一定的要求:压力3 bar;流量为3 m3/h;温度30 ℃;质量为纯化和过滤的工业用水或饮用水。冷却水通过热交换板和调节器保持测量点的温度最佳，二次循环回路与冷却水箱一起构成一个封闭系统，在此系统中，冷却剂通过一个泵不断地循环并监测温度、压力、代次循环水的流量。整个O型架的容量为75 L水，C型架的容量为15L水，冷却水系统中必须加入适量的防冻剂，而且冷却水的循环方向要正确。

1.5计算机系统

    由系统软件、显示器、键盘组成。

    系统的CPU是奔腾4处理器，软件采用Win2000操作系统，测量工艺程序有系统采样频率、数据归一化处理、无缝不锈钢管有无的自动判断、管径的几何校正、温度校正、不同材质无缝不锈钢管校正、报替功能、历史数据查询功能等。该系统还有人工设定厚度上、下限，实时存储1000个历史数据，并可人工标记及注释，可读取曲线上的任意值。

    显示器显示无缝不锈钢管的批/炉号、钢号、管号、目标壁厚、上限壁厚、下限壁厚、目标外径、上限外径、下限外径、目标温度,S4通道壁厚、S5通道壁厚、S4+S5通道平均壁厚（外径）、故障状态、设备信息等。显示器不应受到任何外磁场的干扰，否则会出现色彩不正，图像畸形或抖动现象。

    键盘需要24 V电源供电，它与数据线一样，通过25通道扁平插头座连接，用键盘可以输入或中断数据的传送。键盘上的F1-F10功能键作用如下:

    功能键Fl调出0型架壁厚度，显示信息条目有二批/炉号，钢号，管号，目标壁厚，上限壁厚，下限壁厚，目标温度，目标外径，O型架壁厚（管通过期间实际值):S4,S5通道壁厚及平均值，O型架壁厚借通过之后计算值): 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，即使是手动操作，无缝不锈钢管的顺序也被记录。

    功能键F2调出O型架产品趋势，可显示出合格产品平均壁厚，合格产品平均管壁厚度即在整根无缝不锈钢管的合格产品部分的平均壁厚偏差，无缝不锈钢管的合格产品部分=整根管-头与尾剪切长度)相对于无缝不锈钢管的目标壁厚的“相对偏差”以每根管的红色图点的红线显示:

    指示值= （A-B)/B x 100%式中，A为产品平均壁厚:B为目标壁厚。

    功能键F3调出C型架壁厚度，可显示信息条目有:批/炉号，钢号，管号，目标壁厚，上限壁厚，下限壁厚，目标温度，目标外径,C型架壁厚

  （管通过期间实际值),C型架壁厚（管通过之后的计算值):平均壁厚、最大壁厚和最小壁厚。在每次新的‘批/炉号”开始时，管计数复位到零。

    功能键F4调出C型架产品趋势，可显示出合格产品平均壁厚，合格产品平均管壁厚度即在整根无缝不锈钢管的合格产品部分的平均壁厚偏差，无缝不锈钢管的合格产品部分=整根管-头与尾剪切长度)相对于无缝不锈钢管的目标壁厚的“相对偏差”以红线——每根管一个红色圆点显示。

    功能键F5调出合金表，显示合金系数和膨胀曲线（温度校正)，在钢种表中可输入100种不同材质的合金校正系数。合金校正系数可以把其它密度材料的显示值调整到标定测量装置用的钢种ST37-54（密度7. 855 g/cm3)的显示值，它可用标定试块比较材料密度或比较壁厚得到。

    功能键F6调出膨胀曲线，当温度大于室温时20 ℃,膨胀曲线指出需要校正的无缝不锈钢管批号，并在600-1200 ℃范围内可进行温度校正.在画而左边可以看到膨胀系数。

    温度校正系数公式为

    W=1+温度表值%

    功能键F7通过功能键F7调出显示屏幕

  （故障状态)。红色标记显示运行状态，若故障发生，立即通知负责维修人员，并检查预先设定的数据。

    功能键F8调出显示屏幕（设备信息)，即无允许命令存在的射源开关位置和测量点框架位置的连锁信息，同时显示“系统准备”和“探测的无缝不锈钢管”。黄色标记表示有效状态。

    功能键F9可调出系统参数，绿色数据可以更新，黄色数据不可以修改。可显示无缝不锈钢管的测量时间，额定温度，温度系数，钢号，合金校正，管检测标准。

    功能键F10画而总览，按RETURN键进入副屏幕即服务画面10-1到11-15，这个屏幕表示出各测量通道的状态信息。

2维护注意事项

      1处理放射源和防护容器时，只能在放射防护员监督下或由不锈钢管厂家专业人员进行。

      2测量点部件不应受到灰尘和浮浊液影响。

      3维护时间为每周一次，定期检查运行通进。

      4必须O型架、C型架的水平和垂直位置保持不变。

      5放射源出射窗和入射窗保持清洁、无损伤，保证射源开关的机构要灵活运转。

      6气动回路、冷却回路保持通畅且运转正常。

3系统可能出现的问题及解决办法

    无缝不锈钢管厚度测量系统正常工作时，应显示系统无故障、控制系统己接通、射源开关已打开、测量点在测量位置。如果计算机屏幕显示有以下一个或多个故障报替，系统则处于非正常工作状态。 

4结束语

    该套系统由于现场条件不稳定，仍在试运行阶段.总之，系统的核心是辐射测量技术，利用计算机控制与辐射测量仪的衔接大大提高和加速了测量数据的处理能力，同时也增加了测量和控制系统操作的容易性。任何现代测量方法的高技术要求体现在不妨碍和中断生产过程，非破坏性地完成测量任务，本系统正是依靠辐射测量技术实现了连续、自动、高效地监测无缝不锈钢管壁厚度。下一步天津核人公司的技术人员准备在此系统上安装测温和测径装置，从而完善该套系统的功能。