利用γ射线对输油管道油垢检测的模拟实验

彭敏 张季

(新疆工程学院,新疆乌鲁木齐 830091)

利用γ射线对输油管道油垢检测的模拟实验

彭敏 张季

(新疆工程学院,新疆乌鲁木齐 830091)

本文通过石蜡材料替代输油空管道中的油垢,利用γ射线透射法,模拟γ射线透射输油管道油垢进行检测,并通过实验测量给出了石蜡材料在1～5cm厚度范围内的γ射线衰减数据,通过分析得出结论厚度响应是非常灵敏的,说明这种模拟方法是具有可行性。

油垢 石蜡 γ射线 模拟

1 引言

油田内部及对外输送原油过程中,会在输油管道内壁上形成一定厚度的油垢,日积月累,油垢会愈积愈厚,这将严重影响到油田的输油能力,因而寻找一种能在管道外部检测油垢厚度的方法是非常必要的。γ射线具有很强的穿透力,并且穿过某种物质后会有一定的衰减,利用此衰减规律就可检测出油垢的厚度。而在输油过程中,原油中的含蜡量普遍较高,所以本文采用石蜡材料模拟输油管道中的油垢进行实验,并探讨了此种方法的可行性。

2 γ射线射线透射法原理

当一束强度为I0的γ射线透过厚度为d,密度为ρ,质量衰减系数为(μ/ρ)的被测物质之后,γ射线强度会衰减为I,它随被测物质的厚度变化关系为:

其中,b为积累因子,是由被测物质的成分、密度、厚度和大小等因素决定的,同时它也与装置的设计有关。对于选定的被测物质,只要选择的装置设计合理,b就可当做常数对待。因此存在:

图1

其中,a=(μ/ρ)ρ=μ。对于密度不变的被测物质来说,它为常数。

3 实验过程

本实验装置包括放射源、石蜡样品、铅室、NaI晶体、光电倍增管等,装置图如（图1）所示。其中,放射源采用Cs-137,半衰期为30年,γ射线能量为0.662Mev,外径3.07cm,有效活性区0.5-0.7cm之间;自制铅准直器A和B内径2.1cm,厚1cm,高5cm。石蜡样品大小8cm×7cm×1cm。

本实验采用5块石蜡样品,用自制的阁式样品架放置石蜡样品,选择5块石蜡研究是为了方便研究γ射线在不同厚度下的衰减。同时回原现场,用厚度约为2mm的铁片模拟直径为160mm、厚度为2mm的输油小管道。(本实验模拟的是输油空管道)

当γ射线经过自制铅准直器A,不同厚度的石蜡样品,铅准直器B后,到达闪烁体上,先产生光电子、康普顿电子使闪烁体电离发光又在光阴极上打出光电子,后经光电倍增管倍增出大量电子,最终形成电压脉冲。将电压脉冲放大后落入S-35多道分析仪中进行测量,由于电压脉冲的幅值与γ光子在闪烁体内消耗的能量及产生的光强成正比,所以根据脉冲幅值就可以确定γ光子的能量,随后多道分析仪给出γ能谱,用计算机将结果存储起来。本模拟实验采用全能峰法确定γ射线强度,因散射及其他干扰辐射脉冲幅值较小,只取288-438道的全能峰内的积分计数为γ射线的强度。

表1

表2

4 测量结果及分析

表1给出了石蜡自放射源处从下往上累加的测量结果,表2给出了自探测器从上往下累加的结果。

从表1和表2的结果来看,这两种累加过程的实验测量结果差别不大,因而这两种累加测量在实际操作中都是可以的,此实验装置及设计是可用的。利用测量结果绘制Ln(I0/I)与d的关系曲线,及厚度响应曲线,发现曲线成线性关系,说明此结果是符合理论的,并且石蜡的厚度变化对γ计数的影响是非常敏感的。再对测量结果进行各种误差分析,结果总是＜5%,在误差允许范围内,说明本模拟实验数据具有可信度,本模拟实验为检测石油输油管道的油垢提供了可行、便捷的方法。

[1]王世亨,刘圣康.γ射线透射检测管道油垢方法的理论探讨.新疆大学学报,2000,17(4).

[2]赵农校,艾尔肯.阿不列木.测量输油管道石蜡模拟油垢厚度的标定实验初探.核电子学与探测技术,2009,05.