利用γ射線對輸油管道油垢檢測的模擬實驗

彭敏 張季

(新疆工程學院,新疆烏魯木齊 830091)

利用γ射線對輸油管道油垢檢測的模擬實驗

彭敏 張季

(新疆工程學院,新疆烏魯木齊 830091)

本文通過石蠟材料替代輸油空管道中的油垢,利用γ射線透射法,模擬γ射線透射輸油管道油垢進行檢測,并通過實驗測量給出了石蠟材料在1～5cm厚度范圍內的γ射線衰減數據,通過分析得出結論厚度響應是非常靈敏的,說明這種模擬方法是具有可行性。

油垢 石蠟 γ射線 模擬

1 引言

油田內部及對外輸送原油過程中,會在輸油管道內壁上形成一定厚度的油垢,日積月累,油垢會愈積愈厚,這將嚴重影響到油田的輸油能力,因而尋找一種能在管道外部檢測油垢厚度的方法是非常必要的。γ射線具有很強的穿透力,并且穿過某種物質后會有一定的衰減,利用此衰減規律就可檢測出油垢的厚度。而在輸油過程中,原油中的含蠟量普遍較高,所以本文采用石蠟材料模擬輸油管道中的油垢進行實驗,并探討了此種方法的可行性。

2 γ射線射線透射法原理

當一束強度為I0的γ射線透過厚度為d,密度為ρ,質量衰減系數為(μ/ρ)的被測物質之后,γ射線強度會衰減為I,它隨被測物質的厚度變化關系為:

其中,b為積累因子,是由被測物質的成分、密度、厚度和大小等因素決定的,同時它也與裝置的設計有關。對于選定的被測物質,只要選擇的裝置設計合理,b就可當做常數對待。因此存在:

圖1

其中,a=(μ/ρ)ρ=μ。對于密度不變的被測物質來說,它為常數。

3 實驗過程

本實驗裝置包括放射源、石蠟樣品、鉛室、NaI晶體、光電倍增管等,裝置圖如（圖1）所示。其中,放射源采用Cs-137,半衰期為30年,γ射線能量為0.662Mev,外徑3.07cm,有效活性區0.5-0.7cm之間;自制鉛準直器A和B內徑2.1cm,厚1cm,高5cm。石蠟樣品大小8cm×7cm×1cm。

本實驗采用5塊石蠟樣品,用自制的閣式樣品架放置石蠟樣品,選擇5塊石蠟研究是為了方便研究γ射線在不同厚度下的衰減。同時回原現場,用厚度約為2mm的鐵片模擬直徑為160mm、厚度為2mm的輸油小管道。(本實驗模擬的是輸油空管道)

當γ射線經過自制鉛準直器A,不同厚度的石蠟樣品,鉛準直器B后,到達閃爍體上,先產生光電子、康普頓電子使閃爍體電離發光又在光陰極上打出光電子,后經光電倍增管倍增出大量電子,最終形成電壓脈沖。將電壓脈沖放大后落入S-35多道分析儀中進行測量,由于電壓脈沖的幅值與γ光子在閃爍體內消耗的能量及產生的光強成正比,所以根據脈沖幅值就可以確定γ光子的能量,隨后多道分析儀給出γ能譜,用計算機將結果存儲起來。本模擬實驗采用全能峰法確定γ射線強度,因散射及其他干擾輻射脈沖幅值較小,只取288-438道的全能峰內的積分計數為γ射線的強度。

表1

表2

4 測量結果及分析

表1給出了石蠟自放射源處從下往上累加的測量結果,表2給出了自探測器從上往下累加的結果。

從表1和表2的結果來看,這兩種累加過程的實驗測量結果差別不大,因而這兩種累加測量在實際操作中都是可以的,此實驗裝置及設計是可用的。利用測量結果繪制Ln(I0/I)與d的關系曲線,及厚度響應曲線,發現曲線成線性關系,說明此結果是符合理論的,并且石蠟的厚度變化對γ計數的影響是非常敏感的。再對測量結果進行各種誤差分析,結果總是＜5%,在誤差允許范圍內,說明本模擬實驗數據具有可信度,本模擬實驗為檢測石油輸油管道的油垢提供了可行、便捷的方法。

[1]王世亨,劉圣康.γ射線透射檢測管道油垢方法的理論探討.新疆大學學報,2000,17(4).

[2]趙農校,艾爾肯.阿不列木.測量輸油管道石蠟模擬油垢厚度的標定實驗初探.核電子學與探測技術,2009,05.