DR与传统胶片技术在核电检测中的能效对比

纪 晖，范 义，孙林辉，陈 衡，华雄飞

(中广核检测技术有限公司，苏州 215000)

随着国内核电建设的推广、发展和核电结构老化检测的迫切需求，射线检测成为核电结构检测的重要手段。目前采用的胶片照相法的不足在于其具有检测周期长，底片数量多且储存困难，查阅不便，胶片成本高，曝光时间长，底片难以共享等缺点。近年来，数字成像检测技术快速发展，受到业界的广泛关注。笔者对数字射线成像(DR)技术在核电厂的运用情况进行总结，为数字射线成像技术在核电运用的进一步推广提供支撑。

1 系统概述

试验采用的Leading Sight型数字射线成像系统由放射源、平板探测器、电源、计算机及软件等组成。其原理是射线源产生的射线穿过被检测物体，与物体原子相互作用，部分光子的能量和方向发生改变，产生二次光子，二次光子与方向不发生改变的一次光子一同进入平板探测器，最终变成数字信号在计算机中完成图像的显示[1]。Leading Sight型数字射线成像系统及平板探测器性能参数分别如图1和表1所示。

表1 平板探测器的机械及性能参数

图1 Leading Sight型数字射线成像系统

2 能效对比

2.1 人员投入对比

DR检测技术可在现场透照后直接成像，省去了胶片检测技术的暗室处理环节，有资质的班组成员可现场对检测图像进行评定并出具评定结果。胶片法射线检测流程由现场操作、暗室处理、结果评定等组成。实际作业中，通常会有34个班组同时作业的情况，对于胶片检测班组，随着胶片量的增加，暗室人员需要相应增加至2人；而DR班组则需要投入多台检测设备，无需增加班组人员。多班组同时作业情况下，DR技术的人员投入优势会下降，表2所示为单个班组和3个班组作业情况下的人员投入对比。因此可见，在班组较少时DR检测的优势明显。

表2 DR与胶片不同班组人员投入对比 人

2.2 现场检测效率对比

以某核电厂大修时的核二、三级部件焊缝射线检测为例，从最少透照次数，单道焊缝检测耗时，大修整体工期估算等三方面对DR检测技术和胶片检测技术进行对比，结果如表3所示。

表3 某核电厂大修时核二、三级部件焊缝DR和胶片技术参数对比(源强80 Ci)

对表3进行分析，得到以下结论。

(1) 中心透照焊缝共23道，占比约为20%。采用DR检测中心透照焊缝曝光次数增加，以φ812.8 mm×46 mm(直径×壁厚)环焊缝为例，曝光次数由胶片技术的1次增加至15次，增加了作业人员劳动强度，降低了现场工作效率，从效率上考虑，不建议使用DR技术进行检测；部分焊缝现场情况复杂，存在高空或狭窄区域，不适合DR设备的连接和布置(约占总量的10%)，便于采用DR进行检测的焊缝占比约为70%。

(2) 在现场实施环节，DR技术平板探测器的布置时间长于胶片的布置时间，并且DR技术透照次数要多于胶片技术的，总体上DR技术的耗时要比胶片检测耗时长。但是DR技术无暗室处理环节，可以节省暗室处理所需时间。对于单道焊缝，DR技术检测效率优于胶片技术的，可节省约50%的时间。

(3) 现场实施按每天8 h时间窗口计算，正常有效检测时间折算为5 h。使用胶片技术，单个班组需要31 d可以完成全部焊缝检查；若3个班组同时作业，考虑到3个班组不能同时满时间窗口工作，实际需要1415 d完成。使用DR检测，单个班组需要36 d可以完成焊缝检查，3个DR班组同时作业，则需要18 d左右完成。使用胶片检测，可以在白天进行底片的冲洗，不会影响现场工期进度。总体工期方面，DR技术与胶片技术相比没有优势，甚至在总体用时上还不如胶片技术。

2.3 设备及耗材成本对比

DR系统价格约为50万元 (人民币,下同),主要包括：平板探测器,计算机,软件,双丝像质计等。使用DR设备的一次性投入较大，而平板探测器和电源都是可重复利用设备，重复利用率高，但同时平板探测器又是高性能易损品，每次的维修成本高，维修费用在1020万元，容易受现场人员和环境的影响。

胶片技术硬件成本主要包括：暗室(恒温洗片桶、烘干机、空调、抽湿器、红光灯及水电等)[2]，总价格为1030万元；评片室(观片灯，密度计，空调、抽湿器、底片存储柜等)，总价格为510万元；胶片和药液。选用KODAK M100胶片(长×宽为430 mm×350 mm)1盒(100张)，价格约为7 000元，药液一套价格约为500元。

DR技术检测一次投入大，但是平板探测器重复利用率高，估计能重复使用10 000次左右，则每次透照成本约40元。胶片(双片，长×宽为430 mm×118 mm)每次透照成本约40元。从单次大修使用成本上看，DR技术要高于胶片技术。当大修次数达到3次时，DR技术成本与胶片技术基本相近。超过此工作量后，DR技术成本将低于胶片技术。但DR技术平板探测器易发生机械损伤，维修成本高，可采用增加保护护套等方式来降低损伤水平。

2.4 储存成本对比

胶片和药液的存储条件比较严格，要求温度不高于21 ℃，湿度在30%50%。需要建设专用的耗材存放室。同时，透照完成的底片评定出具报告后，还要对底片进行保存管理，作为质量的评定依据，一般保存时长为整个机组运行周期。在此期间，会积累越来越多的底片，且需要集中存储在专门的档案室，管理困难，另外底片难以备份，如若发生火灾等大型灾害，将产生不可挽救的后果。

DR检测技术得到的是数字化图像，直接存储在计算机中，降底了存储成本；使用软件进行分类打包管理，方便索引查阅，可以实现远程共享传输;且可通过大数据共享平台，以方便综合评定；同时图像备份简单，便于工程质量监督管理。

3 结论

(1) 单个DR检测班组相较于胶片法可以节约12个人员配置；多个班组同时作业时，人员优势会有所减弱。

(2) DR技术的现场应用性和可达性弱于胶片技术的，在某些焊缝结构复杂和空间受限的情况下，平板探测器无法实施透照，需要胶片进行补充透照，从现场二、三级焊缝统计结果来看，不可达率在15%以上。

(3) 对于中心透照焊缝，DR检测的透照次数多于胶片技术的，检测效率较低。从现场核二、三级焊缝统计结果来看，中心透照焊缝大约占20%左右，从效率上考虑，目前不建议采用手动DR单张透照技术。

(4) 除了双壁双影检查的焊缝，由于平板探测器的不可弯曲性，基于标准对几何不清晰度、信噪比和缺陷分辨率的要求，DR技术的一次透照时长要明显小于胶片的，所以对同一个焊缝进行射线检测，使用DR检测会比胶片透照的次数更多，具体的透照次数取决于焊缝的管径和壁厚。

(5) 单个班组作业，DR检测在效率方面具有一定优势。但从核电大修整体工期的角度来看，DR检测的效率低于胶片技术的，所以大修中全面使用DR技术的时机还不成熟。

(6) DR技术的时效性强，由于没有暗室装片、冲洗等环节，检测结果出具速度更快。但从整体的工作量来看，DR技术的工作量与胶片技术基本相当，设备的连接、布置、调试等会占用大量的时间。

(7) DR技术的先期投入成本和维修成本较高，但是在长期生产中的成本消耗较少，在长期检测中比胶片技术有较强的经济优势[3]。