快中子测量油垢厚度的方法研究

为了预防输油管道被结垢堵塞，必需定期对管道垢厚进行检测。因管道有的架在空中，有的埋在地下，直接测量垢厚是不现实的，必需采用测垢仪在管外无损检测。根据快中子穿透能力强和对氢灵敏，中子透射法测油垢厚度的方法对架空管道是可行的，中子散射法测油垢厚度可用于埋在地下管道，避免了因需开挖管道上下左右的大量土方，只要开挖上方较少的土方或打孔就可用了。本项目用快中子透射和散射原理，对快中子透射和散射测垢进行详细实验和蒙特卡洛模拟研究。首先在理想条件下研究透射和不同散射角、管道直径对垢厚响应的影响，其次在实用条件下研究上述影响外，再研究土壤环境对响应的影响。本项目的创新点：快中子透射和散射原理国内外都用于石油测井领域，现用于快中子测垢仪实属首次。该项目完成后，有助于我国开发具有自主知识产权的快中子测垢仪的系列产品。

根据该项目年度工作计划，从以下几个方面取得了一定的研究成果：.1、完成了理想条件下不同测量方式对中子计数响应的影响。.利用MCNP程序研究了不同类型的探测器对中子计数的响应，为进一步实验选择不同的探测器提供了依据。（1）由实验和模拟结果可看出，随油垢厚度的增加，散射中子计数的变化是灵敏的。进一步说明用快中子散射检测油垢的方法是可行的。（2）用聚乙烯代替油垢进行不同源距时透射计数与厚度响应关系的MCNP模拟和实验。研究中发现了中子源与油垢样品之间的探测距离对提高线性度有很大关系。（3）用实验和MCNP程序模拟计算了散射中同一轴线法和同一横截面法对不同散射角散射中子计数响应的影响。研究发现不管是中子计数、灵敏度还是测量精度，同一横截面法优于同一轴线法，大角度散射优于小角度散射。得出探测角度为135°为最佳探测角度。.2．完成了保温层对中子计数响应的影响.本工作用快中子透射法和散射法对不同厚度保温层时输油管道中的聚乙烯厚度对计数响应进行了研究，讨论了保温层对快中子测量输油管道油垢测量的影响。研究发现保温层对快中子透射法和散射法都存在着影响，但对散射法的影响比透射法要大。.3．初步完成了理想条件下PGNAA法检测油垢厚度的实验。.研究发现采用PGNAA方法探测输油管道油垢是可行的，在探测角度较大时（>90°）探测到的γ光子计数与0—57mm厚度范围内的石蜡层之间存在较好的线性关系。可以使用线性标定的结果，同时还发现不同的测量角度对测量精度的影响较大，大角度时测量精度达到毫米级的要求，探测角度为45°时PGNAA法检测输油管道油垢是不可行的。.4、蒙特卡洛模拟研究透射和散射后中子能谱分布，选择合适的中子探测器：用蒙特卡洛模拟了不同中子探测器在油垢测量中得响应，模拟的探测器有BF3探测器、Li玻璃探测器、ZnS探测器和NaI探测器，并对大、小输油管道进行了模拟。研究结果指出，散射法测量油垢厚度，用NaI探测器的PGNAA法可以得到大的探测深度。.5、 在理想条件下研究镉上中子和镉下中子对油垢厚度响应的关系。.实验研究了镉上中子和镉下中子计数对油垢厚度的响应，指出镉上中子在透射测量中，对油垢厚度有较好的响应，而镉下中子不适合于透射测量；而在散射测量中，正好相反，镉上中子对油垢厚度的响应没有镉下中子的好。