DD252676A1 - METHOD AND APPARATUS FOR DENSITY PROFILE MEASUREMENT OF FLOWABLE FLUID MEDIA - Google Patents
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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. FigurThe invention relates to a device for measuring the density profile dust-like and feinkoerniger suspended in a Traegergasstrom solids in pipelines with high solids concentration, in particular of fuels for gasification and combustion in a reactor. The aim of the invention is a device for measuring the density distribution of two-phase flowable media, in particular of dust-gas mixtures with high sensitivity, accuracy and short reaction time and which is suitable for the measurement at higher pressures. The object is to provide a device for radiometric density profile measurement according to the on-line principle of flowable fluid media with a b-radiation source and a specific b-detector for pipe diameter 20 mm. According to the invention, the measurement volume is defined over the pipe cross-section and the sensitivity with the size of the measurement volume is preselected. Stroemungskanal goes shock-free to the conveyor tube over. The housing in the conveyor tube is rotatable and the arrangement of the radiation source, the detector-side beam window and the detector arranged synchronously movable. Between the cavities and the flow channel a pressure equalization line is involved. figure
Description
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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.The invention relates to a method and an apparatus for measuring the density profile of dusty and fine-grained solids suspended in a carrier gas stream in pipelines having a high solids concentration, in particular of fuels for gasification and combustion in a reactor.
Es ist bekannt, die Dichte von Medien, die in Rohrleitungen fließen, durch Transmissionsmessung radiometrisch zu bestimmen.It is known to determine the density of media flowing in pipelines by transmission measurement radiometrically.
Bei den angewandten Meßeinrichtungen ist es üblich, y-strahlende Isotope verschiedener Quantenenergie oder Röntgenquellen einzusetzten.In the measuring devices used, it is customary to use y-emitting isotopes of different quantum energy or x-ray sources.
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.In patents DE-OS 2642537, DE-OS 2727032 and DD-WP 217016, the y-ray transmission measurement is used to measure the density of fluid media. These densities always represent an integrally averaged value over a relatively large measuring volume. Therefore, based on γ-ray transmission in pipes of 20 to 100mm diameter, in which two-phase media, in particular dust carrier gas suspensions with high solids concentration promoted do not perform density profile measurements with sufficiently high accuracy.
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.The usual optical methods can only be used where there is no contamination of the optical insights and partially the dust particles have a good reflectance.
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.For small surface masses to be measured, i. H. Small measurement volume, the ß-measurement compared to the ^ -measurement reaches a sensitivity of about two orders of magnitude and thus correspondingly higher accuracy and smaller response times.
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.Industrial applications of / 3-transmission exist z. As in paper and film production, to monitor the basis weight of rubber semides, see, for. B. HART: Radioactive isotopes in Betriebsmeßtechnik, VEB Verlag Technik Berlin, 2nd edition 1962, page 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.In addition, in HART: Liquid Density with the help of nuclear radiation, Teubner Verlagsgesellschaft Leipzig 1972, page 192-197 some-y density probes are presented, which, however, can only be used for liquids. They have a sampling line in most cases and are designed for relatively low system pressures (up to 0.35MPa).
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.The basic absorbers must be designed according to the existing pressure conditions. The transmission path depends both on the desired resolution of the density of the measured material and maximum y-energy.
Die Forderungen einer on-line-Messung des Dichteprofils bei Systemdrücken bis 4 MPa mit entsprechend hoher Empfindlichkeit,The demands of an on-line measurement of the density profile at system pressures up to 4 MPa with correspondingly high sensitivity,
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.Accuracy and short response time are not met by known radiometric gauges. The cited references and patents give no indication of the appropriate equipment of the required measuring device.
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.The object of the invention is a method and apparatus for measuring the density distribution of biphasic flowable media, especially dust-carrier gas mixtures with high sensitivity, accuracy and short reaction time and which is suitable for measurement at higher pressures.
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.Technical object of the invention is to provide a method and apparatus for radiometric density profile measurement according to the on-line principle of flowable fluid media with a / 3-radiation source and a specific jß detector for pipe diameter <20mm.
Für die Modellierung der Dichtstromförderung ist die Kenntnis des Dichteprofils von höchster Bedeutung und hat damit Einfluß auf ökonomische und sicherheitstechnische Fragen.Knowledge of the density profile is of utmost importance for the modeling of dense phase conveying and thus has an influence on economic and safety issues.
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.According to the invention the object is achieved in that the flow channel is formed as a function of a measuring channel through a hole in a housing which has the same diameter as the conveying tube and guarantees a bumpless transition. In the housing shots for the / 3-radiation source and the detector are provided. The Δ-radiation source and the Δ-detector are arranged on opposite sides of the measuring channel on an axis intersecting the center line of the 90 ° intersecting axis. According to the invention, the radiation source and the radiation window are arranged on the detector side in the housing so that there is hardly any disturbance of the flowing medium in the measuring volume, and the measuring volume moves both defined over the tube cross section and the sensitivity or density profile resolution can be preselected with the size of the measuring volume.
Gemäß der Erfindung ist das Gehäuse im Förderrohr drehbar angeordnet, so daß die Positionierung des Meßvolumens über den gesamten Rohrquerschnitt möglich ist.According to the invention, the housing is rotatably arranged in the conveying tube, so that the positioning of the measuring volume over the entire pipe cross-section is possible.
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.According to the invention, the measurement volume is formed by two planar beam windows, wherein the one beam window is a component of the radiation source and thus no additional absorber is needed.
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.The beam windows of the radiation source and the detector are in terms of their wall thickness and their material such that their basis weight, which is the product of wall thickness and density of the material of the wall, is substantially smaller than the corresponding defined basis weight of the pipeline.
Erfindungsgemäß bestehen die Strahlenfenster aus kleinen, sehr dünnen Titan- oder Edelstahlblechen, die über Laserimpulsoder Elektronestrahlschweißen auf einen hohen Druck in der Rohrleitung ermöglichen.According to the invention, the beam windows consist of small, very thin titanium or stainless steel sheets, which allow laser pulse or electron beam welding to a high pressure in the pipeline.
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.Any signs of wear on the windows are avoided by maintaining a lower density limit and an upper speed limit. A check is carried out by Zählratenmessungen without measuring media, with minimal signs of wear (<1 μητί) are detected.
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.According to the invention, the probe, for the investigation of edge currents can also be designed so that the radiation source, beam window and detector, which are on one axis, are moved parallel, that the outer edge of the radiation source and beam window, the flow channel of the housing is tangent, and that the measuring volume symmetrical to the 90 ° to the radiation source detector axis, wherein parts of the radiation source and the beam window, which protrude into the flow channel, are provided laterally in the flow direction with an inflow and outflow body. This probe design eliminates the synchronous movement of the radiation source and the beam window.
Die Erfindung sei durch ein Ausführungsbeispiel näher beschrieben. Dazu wird die beiliegende Figur herangezogen, die einen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung zeigt.The invention will be described in more detail by an embodiment. For this purpose, the enclosed figure is used, which shows a cross section through the device according to the invention.
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 mitThe exemplary embodiment relates to a device which is intended for measuring the density distribution of a coal dust carrier gas suspension which is fed to the reactor of a pulverized coal gasification plant. The rotatable during operation device installed in a pipeline of 37 mm 0, in which the coal dust-carrier gas mixture under a pressure of about 4 MPa flows into the reactor. The device consists of the housing 1 with a bore which corresponds to the diameter of the delivery line and thus guarantees a bumpless transition to this. Two further opposing bores lying at an angle of 90 ° to the flow direction, the radiation source 2, which is fixed in a movable actuator 3 with a nut 4, and the beam window 5, which is also in a movable actuator 6 with a nut. 7 is held. The adjusting devices 3 and 6 are with
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.Round rings 8 and 9 and the Strahienfenster5 sealed with round ring 10 against atmospheric pressure. The freedom from dust caused by the movement of the radiation source 2 and the beam window 5 free volume is ensured by a sintered metal filter 12 with subsequent pressure equalization line 13 and scraper rings 14 made of felt material.
Unmittelbar hinter dem Strahlenfenster 5 sitzt der Detektor 11, gehaltert in der Stellvorrichtung 6.Immediately behind the beam window 5 sits the detector 11, held in the adjusting device 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.The measuring volume of the movable, planar beam window source and detector side are made of titanium and have on the face a welded with laser pulses titanium foil of 0.1 mm thickness. The measuring volume is determined by synchronous movement of the. Adjusting device 3 and 6 set over the pipe cross-section.
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%.The detector 11 is coupled to a microcomputer via a conventional evaluation device-not shown in the figure. The arrangement allows the measurement of the density profile of the carbonaceous carrier gas suspension with an error less than ± 2%.
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