DR與傳統(tǒng)膠片技術(shù)在核電檢測中的能效對比

紀(jì) 暉，范 義，孫林輝，陳 衡，華雄飛

(中廣核檢測技術(shù)有限公司，蘇州 215000)

隨著國內(nèi)核電建設(shè)的推廣、發(fā)展和核電結(jié)構(gòu)老化檢測的迫切需求，射線檢測成為核電結(jié)構(gòu)檢測的重要手段。目前采用的膠片照相法的不足在于其具有檢測周期長，底片數(shù)量多且儲存困難，查閱不便，膠片成本高，曝光時間長，底片難以共享等缺點(diǎn)。近年來，數(shù)字成像檢測技術(shù)快速發(fā)展，受到業(yè)界的廣泛關(guān)注。筆者對數(shù)字射線成像(DR)技術(shù)在核電廠的運(yùn)用情況進(jìn)行總結(jié)，為數(shù)字射線成像技術(shù)在核電運(yùn)用的進(jìn)一步推廣提供支撐。

1 系統(tǒng)概述

試驗(yàn)采用的Leading Sight型數(shù)字射線成像系統(tǒng)由放射源、平板探測器、電源、計算機(jī)及軟件等組成。其原理是射線源產(chǎn)生的射線穿過被檢測物體，與物體原子相互作用，部分光子的能量和方向發(fā)生改變，產(chǎn)生二次光子，二次光子與方向不發(fā)生改變的一次光子一同進(jìn)入平板探測器，最終變成數(shù)字信號在計算機(jī)中完成圖像的顯示[1]。Leading Sight型數(shù)字射線成像系統(tǒng)及平板探測器性能參數(shù)分別如圖1和表1所示。

表1 平板探測器的機(jī)械及性能參數(shù)

圖1 Leading Sight型數(shù)字射線成像系統(tǒng)

2 能效對比

2.1 人員投入對比

DR檢測技術(shù)可在現(xiàn)場透照后直接成像，省去了膠片檢測技術(shù)的暗室處理環(huán)節(jié)，有資質(zhì)的班組成員可現(xiàn)場對檢測圖像進(jìn)行評定并出具評定結(jié)果。膠片法射線檢測流程由現(xiàn)場操作、暗室處理、結(jié)果評定等組成。實(shí)際作業(yè)中，通常會有34個班組同時作業(yè)的情況，對于膠片檢測班組，隨著膠片量的增加，暗室人員需要相應(yīng)增加至2人；而DR班組則需要投入多臺檢測設(shè)備，無需增加班組人員。多班組同時作業(yè)情況下，DR技術(shù)的人員投入優(yōu)勢會下降，表2所示為單個班組和3個班組作業(yè)情況下的人員投入對比。因此可見，在班組較少時DR檢測的優(yōu)勢明顯。

表2 DR與膠片不同班組人員投入對比 人

2.2 現(xiàn)場檢測效率對比

以某核電廠大修時的核二、三級部件焊縫射線檢測為例，從最少透照次數(shù)，單道焊縫檢測耗時，大修整體工期估算等三方面對DR檢測技術(shù)和膠片檢測技術(shù)進(jìn)行對比，結(jié)果如表3所示。

表3 某核電廠大修時核二、三級部件焊縫DR和膠片技術(shù)參數(shù)對比(源強(qiáng)80 Ci)

對表3進(jìn)行分析，得到以下結(jié)論。

(1) 中心透照焊縫共23道，占比約為20%。采用DR檢測中心透照焊縫曝光次數(shù)增加，以φ812.8 mm×46 mm(直徑×壁厚)環(huán)焊縫為例，曝光次數(shù)由膠片技術(shù)的1次增加至15次，增加了作業(yè)人員勞動強(qiáng)度，降低了現(xiàn)場工作效率，從效率上考慮，不建議使用DR技術(shù)進(jìn)行檢測；部分焊縫現(xiàn)場情況復(fù)雜，存在高空或狹窄區(qū)域，不適合DR設(shè)備的連接和布置(約占總量的10%)，便于采用DR進(jìn)行檢測的焊縫占比約為70%。

(2) 在現(xiàn)場實(shí)施環(huán)節(jié)，DR技術(shù)平板探測器的布置時間長于膠片的布置時間，并且DR技術(shù)透照次數(shù)要多于膠片技術(shù)的，總體上DR技術(shù)的耗時要比膠片檢測耗時長。但是DR技術(shù)無暗室處理環(huán)節(jié)，可以節(jié)省暗室處理所需時間。對于單道焊縫，DR技術(shù)檢測效率優(yōu)于膠片技術(shù)的，可節(jié)省約50%的時間。

(3) 現(xiàn)場實(shí)施按每天8 h時間窗口計算，正常有效檢測時間折算為5 h。使用膠片技術(shù)，單個班組需要31 d可以完成全部焊縫檢查；若3個班組同時作業(yè)，考慮到3個班組不能同時滿時間窗口工作，實(shí)際需要1415 d完成。使用DR檢測，單個班組需要36 d可以完成焊縫檢查，3個DR班組同時作業(yè)，則需要18 d左右完成。使用膠片檢測，可以在白天進(jìn)行底片的沖洗，不會影響現(xiàn)場工期進(jìn)度。總體工期方面，DR技術(shù)與膠片技術(shù)相比沒有優(yōu)勢，甚至在總體用時上還不如膠片技術(shù)。

2.3 設(shè)備及耗材成本對比

DR系統(tǒng)價格約為50萬元 (人民幣,下同),主要包括：平板探測器,計算機(jī),軟件,雙絲像質(zhì)計等。使用DR設(shè)備的一次性投入較大，而平板探測器和電源都是可重復(fù)利用設(shè)備，重復(fù)利用率高，但同時平板探測器又是高性能易損品，每次的維修成本高，維修費(fèi)用在1020萬元，容易受現(xiàn)場人員和環(huán)境的影響。

膠片技術(shù)硬件成本主要包括：暗室(恒溫洗片桶、烘干機(jī)、空調(diào)、抽濕器、紅光燈及水電等)[2]，總價格為1030萬元；評片室(觀片燈，密度計，空調(diào)、抽濕器、底片存儲柜等)，總價格為510萬元；膠片和藥液。選用KODAK M100膠片(長×寬為430 mm×350 mm)1盒(100張)，價格約為7 000元，藥液一套價格約為500元。

DR技術(shù)檢測一次投入大，但是平板探測器重復(fù)利用率高，估計能重復(fù)使用10 000次左右，則每次透照成本約40元。膠片(雙片，長×寬為430 mm×118 mm)每次透照成本約40元。從單次大修使用成本上看，DR技術(shù)要高于膠片技術(shù)。當(dāng)大修次數(shù)達(dá)到3次時，DR技術(shù)成本與膠片技術(shù)基本相近。超過此工作量后，DR技術(shù)成本將低于膠片技術(shù)。但DR技術(shù)平板探測器易發(fā)生機(jī)械損傷，維修成本高，可采用增加保護(hù)護(hù)套等方式來降低損傷水平。

2.4 儲存成本對比

膠片和藥液的存儲條件比較嚴(yán)格，要求溫度不高于21 ℃，濕度在30%50%。需要建設(shè)專用的耗材存放室。同時，透照完成的底片評定出具報告后，還要對底片進(jìn)行保存管理，作為質(zhì)量的評定依據(jù)，一般保存時長為整個機(jī)組運(yùn)行周期。在此期間，會積累越來越多的底片，且需要集中存儲在專門的檔案室，管理困難，另外底片難以備份，如若發(fā)生火災(zāi)等大型災(zāi)害，將產(chǎn)生不可挽救的后果。

DR檢測技術(shù)得到的是數(shù)字化圖像，直接存儲在計算機(jī)中，降底了存儲成本；使用軟件進(jìn)行分類打包管理，方便索引查閱，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程共享傳輸;且可通過大數(shù)據(jù)共享平臺，以方便綜合評定；同時圖像備份簡單，便于工程質(zhì)量監(jiān)督管理。

3 結(jié)論

(1) 單個DR檢測班組相較于膠片法可以節(jié)約12個人員配置；多個班組同時作業(yè)時，人員優(yōu)勢會有所減弱。

(2) DR技術(shù)的現(xiàn)場應(yīng)用性和可達(dá)性弱于膠片技術(shù)的，在某些焊縫結(jié)構(gòu)復(fù)雜和空間受限的情況下，平板探測器無法實(shí)施透照，需要膠片進(jìn)行補(bǔ)充透照，從現(xiàn)場二、三級焊縫統(tǒng)計結(jié)果來看，不可達(dá)率在15%以上。

(3) 對于中心透照焊縫，DR檢測的透照次數(shù)多于膠片技術(shù)的，檢測效率較低。從現(xiàn)場核二、三級焊縫統(tǒng)計結(jié)果來看，中心透照焊縫大約占20%左右，從效率上考慮，目前不建議采用手動DR單張透照技術(shù)。

(4) 除了雙壁雙影檢查的焊縫，由于平板探測器的不可彎曲性，基于標(biāo)準(zhǔn)對幾何不清晰度、信噪比和缺陷分辨率的要求，DR技術(shù)的一次透照時長要明顯小于膠片的，所以對同一個焊縫進(jìn)行射線檢測，使用DR檢測會比膠片透照的次數(shù)更多，具體的透照次數(shù)取決于焊縫的管徑和壁厚。

(5) 單個班組作業(yè)，DR檢測在效率方面具有一定優(yōu)勢。但從核電大修整體工期的角度來看，DR檢測的效率低于膠片技術(shù)的，所以大修中全面使用DR技術(shù)的時機(jī)還不成熟。

(6) DR技術(shù)的時效性強(qiáng)，由于沒有暗室裝片、沖洗等環(huán)節(jié)，檢測結(jié)果出具速度更快。但從整體的工作量來看，DR技術(shù)的工作量與膠片技術(shù)基本相當(dāng)，設(shè)備的連接、布置、調(diào)試等會占用大量的時間。

(7) DR技術(shù)的先期投入成本和維修成本較高，但是在長期生產(chǎn)中的成本消耗較少，在長期檢測中比膠片技術(shù)有較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢[3]。