Korrózió és lerakódás radiográfiai vizsgálata nagy átmérőjű, szigetelt és szigeteletlen csövek esetén Balaskó Márton 1, Sváb Erzsébet 2, Tóth Péter 1 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. 60 Co és 192 Ir 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 60 Co aktivitása 201 GBq volt, mérete 2 X 2 mm 2. 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 mm 2, 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 át 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% fal mélységű, eltérő átmérőjű lyuk sorokat kellett kialakítani marással, illetve szikra forgácsolással. A 10 átmérőjű cső esetén a fal 7 mm és 20mm között változott. A tangenciális fal 74 és 140mm közötti tartományba adódott. A 13 átmérőjű cső esetén a fal 7,5 mm és 25 mm között változott, míg a tangenciális fal 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 ot az alábbi egyenlettel számítottuk ki: t 2 2 max = ( OD) ( ID) ahol OD a cső külső átmérője, ID a cső belső átmérője. A 10 külső átmérőjű referencia cső fontos i adatait az I. táblázat tartalmazza. A 13 külső átmérőjű referencia cső fontos i adatait az II. táblázat tartalmazza. I. Táblázat: A 10 külső átmérőjű referencia cső fontos i adatai Külső lépcsők Belső lépcsők Pozíció Fal - Maximális áthatolási Pozíció Fal - Maximális áthatolási OS7 6 74.0 IS7 6 78.5 OS6 8 86.0 IS6 8 90.3 OS5 10 96.5 IS5 10 100.6 OS4 12 106.2 IS4 12 109.8 OS3 14 115.2 IS3 14 118.0 OS2 16 123.7 IS2 16 125.7 OS1 18 131.7 IS1 18 132.8 OS0 20 139.4 IS0 20 139.4 II. Táblázat: A 13 külső átmérőjű referencia cső fontos i adatai Külső lépcsők Belső lépcsők Pozíció Fal Maximális áthatolási Pozíció Fal - Maximális áthatolási OS7 7.5 92.5 IS7 7.5 98.1 OS6 10.0 107.3 IS6 10.0 111.0 OS5 12.5 120.5 IS5 12.5 124.0 OS4 15.0 132.6 IS4 15.0 135.6 OS3 17.5 140.3 IS3 17.5 147.1 OS2 20.0 154.4 IS2 20.0 157.0 OS1 22.5 164.5 IS1 22.5 165.8 OS0 25.0 174.0 IS0 25.0 174.0
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 mm 2 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 60 Co aktivitása 201 GBq volt, mérete 2 X 2 mm 2. 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 cm 2 - es 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: U g a 10 -os csövön = 0,34 mm U g 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 ban 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 mérést 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 mérési eredményei 2,0 1,5 1,0 szórás 0,5 0,0-0,5-1,0-1,5-2,0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 té nyle ge s fa lva sta gsá g [m m ] 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, 60 Co 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 ok 50%-os belső furatnál 13 Furat pozíció Fal vastags. Acél Legnagyobb átsugárzott anyag bitumen 25 % 100 % 200 % 400 % IS7 7,5 15,0 22,5 32,5 47,5 77,5 IS6 10,0 20,0 20,0 30,0 45,0 75,0 IS5 12,5 25,0 17,5 27,5 42,5 72,5 IS4 15,0 30,0 15,0 25,0 40,0 70,0 IS3 17,5 35,0 12,5 22,5 37,5 67,5 IS2 20,0 40,0 10,0 20,0 35,0 65,0 IS1 22,5 45,0 7,5 17,5 32,5 62,5 IS0 25,0 50,0 5,0 15,0 30,0 60,0
IV. táblázat: Mérési eredmények 13, 100% bitumen, szigetelés, 50 %-os belső furat, Co-60 identification of the film used for evaluation: 12 BB2 100 B results of IH 7-0 at IS 7-0 with 50% date of the test 27. június 2005 exposure time [min] 100,00 assumed µ [1/mm] 0,0107 position density next to the object density in the object density depth object step penetrated in object Dfog)]/ w [1/mm] calculated ( - calculated ) 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: 12 BB3 100 B results of IH 7-0 at IS 7-0 with 50% date of the test 12. július 2005 exposure time [min] 100,00 assumed µ [1/mm] 0,0108 position density next to the object density in the object density depth object step penetrated in object µ=ln[(dob- Dfog)/(Dbase- µ=ln[(dob- Dfog)/(Dbase- Dfog)]/ w [1/mm] calculated ( - calculated ) IH7-50 3,47 3,60 0,14 3,8 3,8 11,3 0,011 3,8-0,1 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
VI. táblázat: Mérési eredmények 13, 400% bitumen, szigetelés, 50 %-os belső furat, Ir-192 identification of the film used for evaluation: 12 BB4 IR results of IH 7-0 at IS 7-0 with 50% date of the test 7. augusztus 2005 exposure time [min] 49,00 assumed µ [1/mm] position density next to the object density in the object density depth object step penetrated in object µ=ln[(dob- Dfog)/(Dbase- Dfog)]/ w [1/mm] calculated ( - calculated ) 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 µ VII. táblázat: Mérési eredmények 13, 400% bitumen, szigetelés, 50 %-os belső furat, Seifert Eresco 65MF2L, SFD=930 mm, U=295 kv, I=3 ma. identification of the film used for evaluation: 12 BB4 R results of IH 7-0 at IS 7-0 with 50% date of the test 7. augusztus 2005 exposure time [min] 4,00 assumed µ [1/mm] position density next to the object density in the object density depth object step penetrated in object µ=ln[(dob- Dfog)/(Dbase- Dfog)]/ w [1/mm] calculated ( - calculated ) IH7-50 3,87 4,32 0,46 3,8 3,8 11,3 0,0319 3,9-0,1 0,0310 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 µ
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 falú részek pontosan mérhetőek. Megfelelő hibahely esetén a külső hiányok megfelelő pontossággal szintén megtalálhatóak ezen eljárás keretében, de a belső anyaghiányok már csak jelentős korlátozásokkal. A nagy maximális áthatolási anyag 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.