DD252676A1

DD252676A1 - Verfahren und vorrichtung zur dichteprofilmessung von fliessfaehigen stroemenden medien

Info

Publication number: DD252676A1
Application number: DD86294438A
Authority: DD
Inventors: Horst Kretschmer; Norbert Beiermann; Michael Gaetke; Juergen Noack; Christel Tober
Original assignee: Freiberg Brennstoffinst
Priority date: 1986-09-16
Filing date: 1986-09-16
Publication date: 1987-12-23
Also published as: DE3723523A1; DE3723523C2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung des Dichteprofils staubfoermiger und feinkoerniger in einem Traegergasstrom suspendierter Feststoffe in Rohrleitungen mit hoher Feststoffkonzentration, insbesondere von Brennstoffen zur Vergasung sowie Verbrennung in einem Reaktor. Ziel der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Messung der Dichteverteilung von zweiphasigen fliessfaehigen Medien, insbesondere von Staub-Traegergas-Gemischen mit hoher Empfindlichkeit, Genauigkeit und kurzer Reaktionszeit und die fuer die Messung bei hoeheren Druecken geeignet ist. Die Aufgabe besteht in der Schaffung einer Vorrichtung zur radiometrischen Dichteprofilmessung nach dem on-line-Prinzip an fliessfaehigen fluiden Medien mit einer b-Strahlenquelle und einem spezifischen b-Detektor fuer Rohrleitungsdurchmesser 20 mm. Erfindungsgemaess wird das Messvolumen definiert ueber den Rohrquerschnitt bewegt und die Empfindlichkeit mit der Groesse des Messvolumens vorgewaehlt. Stroemungskanal geht stossfrei zum Foerderrohr ueber. Das Gehaeuse im Foerderrohr ist drehbar und die Anordnung von Strahlenquelle, das detektorseitige Strahlenfenster und der Detektor synchron beweglich angeordnet. Zwischen den Hohlraeumen und dem Stroemungskanal ist eine Druckausgleichsleitung eingebunden. Figur

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung des Dichteprofils staubförmiger und feinkörniger in einem Trägergasstrom suspendierter Feststoffe in Rohrleitungen mit hoher Feststoffkonzentration, insbesondere von Brennstoffen zur Vergasung sowie Verbrennung in einem Reaktor.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt, die Dichte von Medien, die in Rohrleitungen fließen, durch Transmissionsmessung radiometrisch zu bestimmen.

Bei den angewandten Meßeinrichtungen ist es üblich, y-strahlende Isotope verschiedener Quantenenergie oder Röntgenquellen einzusetzten.

In den Patenten DE-OS 2642537, DE-OS 2727032 und DD-WP 217016 wird zur Messung der Dichte vonfluiden Medien die y-Strahlen-Transmissionsmessung herangezogen. Diese Dichten stellen immer einen integral gemittelten Wert über ein relativ großes Meßvolumen dar. Daher lassen sich auf Basis von γ-Strahlen-Transmission in Rohrleitungen von 20 bis 100mm Durchmesser, in denen zweiphasige Medien, insbesondere Staub-Trägergas-Suspensionen mit hoher Feststoffkonzentration, gefördert werden, keine Dichteprofilmessungen mit genügend hoher Genauigkeit durchführen.

Die noch üblichen optischen Verfahren sind nur dort einsetzbar, wo es keine Verschmutzung der optischen Einblicke gibt und teilweise die Staubteilchen einen guten Reflexionsgrad besitzen.

Bei kleinen zu messenden Flächemassen, d. h. kleinen Meßvolumen, erreicht die ß-Messung gegenüber der ^-Messung eine um cirka zwei Größenordnungen bessere Empfindlichkeit und damit entsprechend höhere Genauigkeit und kleinere Ansprechzeiten.

Industrielle Anwendungen der /3-Transmission gibt es z. B. bei Papier- und Folienherstellung, zur Überwachung der Flächenmasse von Gummikalandern, siehe z. B. HART: Radioaktive Isotope in der Betriebsmeßtechnik, VEB Verlag Technik Berlin, 2.Auflage 1962, Seite 304-324.

Außerdem werden in HART: Flüssigkeitsdichtemessung mit Hilfe von Kernstrahlung, Teubner Verlagsgesellschaft Leipzig 1972, Seite 192-197 einige-y-Dichtemeßsonden vorgestellt, die jedoch nur für Flüssigkeiten einsetzbar sind. Sie besitzen in den meisten Fällen eine Probenahmeleitung und sind nur für relativ niedrige Systemdrücke (bis 0,35MPa) ausgelegt.

Die Grundabsorber müssen entsprechend den vorhandenen Druckbedingungen minimal ausgelegt werden. Die Durchstrahlungsstrecke richtet sich sowohl nach der gewünschten Auflösung der Dichte des Meßgutes und maximaler y-Energie.

Die Forderungen einer on-line-Messung des Dichteprofils bei Systemdrücken bis 4 MPa mit entsprechend hoher Empfindlichkeit,

Genauigkeit und kurzer Ansprechzeit werden von bekannten radiometrischen Meßeinrichtungen nicht erfüllt. Auch die zitierten Literaturstellen und Patentschriften geben keinen Hinweis zur geeigneten Ausstattung der benötigten Meßvorrichtung.

Ziel der Erfindung

Ziel derErfindung ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung der Dichteverteilung von zweiphasigen fließfähigen Medien, insbesondere von Stäub-Trägergas-Gemischen mit hoher Empfindlichkeit, Genauigkeit und kurzer Reaktionszeit und die für die Messung bei höheren Drücken geeignet ist.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Technische Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur radiometrischen Dichteprofilmessung nach dem online-Prinzip an fließfähigen fluiden Medien mit einer/3-Strahlenquelle und einem spezifischen jß-Detektorfür Rohrleitungsdurchmesser < 20mm.

Für die Modellierung der Dichtstromförderung ist die Kenntnis des Dichteprofils von höchster Bedeutung und hat damit Einfluß auf ökonomische und sicherheitstechnische Fragen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Strömungskanal in Funktion eines Meßkanals durch eine Bohrung in einem Gehäuse, die den gleichen Durchmesser wie das Förderrohr hat und einen stoßfreien Übergang garantiert, gebildet wird. Im Gehäuse sind Aufnahmen für die/3-Strahlungsquelle und den Detektor vorgesehen. Δ-Strahlungsquelle und Δ-Detektor · sind auf gegenüberliegenden Seiten des Meßkanals auf einer die Mittellinie des-JVIeßkanals mit 90° schneidenden Achse angeordnet. Erfindungsgemäß sind Strahlenquelle und Strahlenfenster auf der Detektorseite so im Gehäuse angeordnet, daß im Meßvolumen kaum eine Störung des strömenden Mediums erfolgt, und das Meßvolumen sowohl definiert über den Rohrquerschnitt bewegt als auch die Empfindlichkeit bzw. Dichteprofilauflösung mit der Größe des Meßvolumens vorgewählt werden kann.

Gemäß der Erfindung ist das Gehäuse im Förderrohr drehbar angeordnet, so daß die Positionierung des Meßvolumens über den gesamten Rohrquerschnitt möglich ist.

Erfindungsgemäß wird das Meßvolumen durch zwei ebene Strahlenfenster gebildet, wobei das eine Strahlenfenster ein Bestandteil der Strahlenquelle ist und somit keine zusätzlichen Absorber benötigt werden.

Die Strahlenfenster der Strahlenquelle und des Detektors sind hinsichtlich ihrer Wandstärke und ihres Werkstoffes so beschaffen, daß ihre Flächenmasse, das ist das Produkt aus Wandstärke und Dichte des Werkstoffes der Wand, wesentlich kleiner ist, als die entsprechende definierte Flächenmasse der Rohrleitung.

Erfindungsgemäß bestehen die Strahlenfenster aus kleinen, sehr dünnen Titan- oder Edelstahlblechen, die über Laserimpulsoder Elektronestrahlschweißen auf einen hohen Druck in der Rohrleitung ermöglichen.

Eventuelle Verschleißerscheinungen an den Strahlenfenstern werden durch die Einhaltung einer unteren Dichtegrenze und einer oberen Geschwindigkeitsgrenze vermieden. Eine Kontrolle erfolgt durch Zählratenmessungen ohne Meßmedien, wobei minimale Verschleißerscheinungen (< 1 μητί) erkannt werden.

Erfindungsgemäß kann die Sonde, zur Untersuchung von Randströmungen auch so ausgelegt werden, daß Strahlenquelle, Strahlenfenster und Detektor, die auf einer Achse liegen, so parallel verschoben werden, daß die Außenkante von Strahlenquelle und Strahlenfenster der Strömungskanal des Gehäuses tangiert, und daß das Meßvolumen symmetrisch zu der um 90° zur Strahlenquelle-Detektor-Achse liegt, wobei Teile der Strahlenquelle und des Strahlenfensters, die in den Strömungskanal hineinragen, seitlich in Strömungsrichtung mit einem An- und Abströmkörper versehen sind. Bei dieser Sondenauslegung entfällt die synchrone Bewegung von Strahlenquelle und Strahlenfenster.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung sei durch ein Ausführungsbeispiel näher beschrieben. Dazu wird die beiliegende Figur herangezogen, die einen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung zeigt.

Das Ausführungsbeispiel betrifft eine Vorrichtung, die zur Messung der Dichteverteilung einer Kohlenstaub-Trägergas-Suspension bestimmt ist, die dem Reaktor einer Druckvergasungsanlage für Kohlenstaub zugeführt wird. Die während des Betriebes drehbare Vorrichtung in einer Rohrleitung von 37 mm 0 installiert, in der das Kohlenstaub-Trägergas-Gemisch unter einem Druck von etwa 4MPa in den Reaktor strömt. Die Vorrichtung besteht aus dem Gehäuse 1 mit einer Bohrung, die dem Durchmesser der Förderleitung entspricht und somit zu dieser einen stoßfreien Übergang garantiert. Zwei weitere sich gegenüberliegende Bohrungen, die im Winkel von 90° zur Strömungsrichtung liegen, enthalten die Strahlenquelle 2, die in einer beweglichen Stellvorrichtung 3 mit einer Mutter 4 befestigt ist, und das Strahlenfenster 5, das ebenfalls in einer beweglichen Stellvorrichtung 6 mit einer Mutter 7 gehaltert ist. Die Stellvorrichtungen 3 und 6 sind mit

Rundringen 8 und 9 unddasStrahienfenster5 mit Rundring 10 gegen Atmosphärendruck abgedichtet. Die Staubfreiheit der durch die Bewegung von Strahlenquelle 2 und Strahlenfenster 5 entstehenden freien Volumen wird durch einen Sintermetallfilter 12 mit anschließender Druckausgleichsleitung 13 und Abstreifringen 14 aus Filzmaterial gewährleistet.

Unmittelbar hinter dem Strahlenfenster 5 sitzt der Detektor 11, gehaltert in der Stellvorrichtung 6.

Die das Meßvolumen bildenden beweglichen, ebenen Strahlenfenster quellen- und detektorseitig sind aus Titan gefertigt und besitzen auf der Stirnfläche eine mit Laserimpulsen angeschweißte Titanfolie von 0,1 mm Stärke. Das Meßvolumen wird durch synchrone Bewegung der. Stellvorrichtung 3 und 6 über den Rohrquerschnitt eingestellt.

Der Detektor 11 ist über ein übliches Auswertegerät—in der Figur nicht dargestellt — mit einem Mikrorechner gekoppelt. Die Anordnung gestattet die Messung des Dichteprofils der Kohlenstaub-Trägergassuspension mit einem Fehler kleiner ± 2%.

Claims

1. Verfahren zur Strömungsdichteprofilmessung nach dem Prinzip der /3-Strahlen-Transmission von fließfähigen strömenden Medien, insbesondere von zweiphasigen, unter erhöhtem Druck stehenden Medien, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßvolumen definiert über der Größe des Meßvolumens vorgewählt wird.

2. Vorrichtung zur Strömungsdichteprofilmessung nach Anspruch 1 von fließfähigen strömenden Medien, insbesondere von zweiphasigen, unter erhöhtem Druck stehenden Medien, die eine ß-Strahlenquelle und einen spezifischen /3-Detektor beinhaltet, wobei die Strahlenquelle, das detekorseitige Strahlenfenster und der Detektor auf einer Linie senkrecht zur Strömungsachse angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung als Strömungskanal durch eine Bohrung im Gehäuse (1), die den gleichen Durchmesser wie das Förderrohr hat, stoßfrei zum Förderrohr übergeht, das Gehäuse im Förderrohr drehbar und die Anordnung von Strahlenquelle, das detektorseitige Strahlenfenster und der Dektektor synchron beweglich angeordnet sind, und zwischen den Hohlräumen (15) und dem Strömungskanal zur Verhinderung von Staubeintritt eine Druckausgleichsleitung besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlenfenster aus einem Werkstoff gefertigt sind, der eine sehr kleine Flächenmasse besitzt und höhen Systemdrücken standhält.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß Strahlenquelle, Strahlenfenster und Detektor in einer Achse liegen und parallel so verschoben sind, daß die Außenkante von Strahlenquelle und Strahlenfenster den Strömungskanal des Gehäuses tangiert, und daß das Meßvolumen symmetrisch zu der um 90° zur Strahlenquelle-Detektor-Achse gedrehten Achse liegt, wobei Teile der Strahlenquelle und des Strahlenfensters, die in den Strömungskanal hineinragen, seitlich in Strömungsrichtung mit einen An- und Abströmkörper versehen sind.