DD272019A3

DD272019A3 - Stroemungskanal mit radiometrischer dichtemessung fuer fliessfaehige medien

Info

Publication number: DD272019A3
Application number: DD86294437A
Authority: DD
Inventors: Horst Kretschmer; Norbert Beiermann; Michael Gaetke; Kurt Sterba
Original assignee: Freiberg Brennstoffinst
Priority date: 1986-09-16
Filing date: 1986-09-16
Publication date: 1989-09-27
Also published as: DE3723437C2; DE3723437A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur radiometrischen Dichtemessung von Feststoff-Gas-Suspensionen mit hoher Feststoffkonzentration in einem Stroemungskanal mit einer b-Strahlenquelle und einem b-Strahlendetektor. Ziel der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Messung der Dichte von zweiphasigen fliessfaehigen Medien, insbesondere von Staub-Traegergas-Gemischen, die die Messung mit hoher Empfindlichkeit, Genauigkeit und zeitlicher Reaktion bei hoeheren Druecken ermoeglicht. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur b-Strahlen-Dichtemessung von Feststoff-Traegergas-Suspensionen mit hoher Feststoffkonzentration zu schaffen, die auch bei groesseren Foerderleistungen von Dichtstrom-Suspensionen mit hoher Empfindlichkeit und kurzen Reaktionszeiten genaue Messergebnisse liefert. Erfindungsgemaess weist der Stroemungskanal einen Messabschnitt von reckeckigem Querschnitt auf, der stetig und flaechengleich in je einen kreisfoermigen Kanalquerschnitt von etwa 20 mm Durchmesser uebergeht. Die Strahlenfenster bestehen aus einem druckfesten Werkstoff mit kleiner Flaechenmasse.

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur radiometrischen Dichtmessung von Feststoff-Gas-Suspensionen mit hoher Feststoffkonzentration in einem Strömungskanal mit einer ß-Strahlenquelle und einem ß-Strahlendetektor.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Aus DE-OS 2642 537 ist ein Verfahren zur Dichtemessung von in einem Strömungskanal strömenden Fluiden mittels γ-Sti ahlen-Transmission bekannt, bei dem eine γ-Strahlenquelle und ein γ-Strahlendetektor diametral gegenüberliegend in einer Querebene eines Meßabschnittes angeordnet sind. Bei Kanaldurchmessem von <20mm ergeben sich bei zweiphasigen Feststoff-Gas-Suspensionen praktisch unbrauchbare Meßwerte. Die zur Erzielung ausreichender Durchstrahlungslängen üblichen Erweiterungen der Rohrleitung im Meßabschnitt führen bei der Dichtstromförderung von Feststoff-Suspensionen zu Entmischungen und ggf. Verstopfungen.

Aus HART, „Flüssigkeitsdichtemessung mit Hilfe von Kernstrahlung", Leipzig 1972, S. 192 bis 197, sind verschiedene ß-Meßsonden zur Dichtemessung von strömenden Flüssigkeiten bekannt, bei denen eine ß-Strahlenquelle und mindestens ein Strahlendetektor in einer Querebene einer Meßstrecke angeordnet sind. Bei einer dieser beschriebenen Meßanordnungen kann der ß-Strahl über die gesamte Querschnittsfläche schrittweise geführt werden, wobei der Detektor über den Umfang des Meßrohres bewegt wird. Die bewegliche Anordnung der Strahlenquelle und auch des Detektors erfordert einen erneblichen konstruktiven Aufwand und ist bei Förderleitungen mit kleinen Durchmessern im Bereich von nur einigen cm aus Platzgründen nicht möglich.

Dies gilt insbesondere für die Messung von Feststoff-Trägergas-Dichtströmen, die Feststoffgehalte von bis zu über 300kg Feststoff pro m³ Trägergas enthalten und unter relativ hohen Drücken aus Dosierbehältern in thermische Reaktoren gefördert werden.

Andererseits haben ß-Strahlen-Transmissionsmessungen gegenüber den herkömmlichen γ-Strahlenmessungen don wesentlichen Vorteil einer um etwa zwei Größenordnungen besseren Empfindlichkeit und eines entsprechend schnelleren Ansprechverhaltens, was der pneumatischen Dichtstrom-Föi'derung von Kohlenstaub-Trägergas-Suspensionen in Druck-Vergasungsreaktoren wegen deren schneller Reaktionszeiten von entscheidender Bedeutung ist. Aufgrund der relativ geringen Durchdringungsfähigkeit der ß-Strahlen und der relativ hohen Absorption an den Feststoffen einer Dichtstrom-Suspension war jedoch die Anwendung dieser ß-Strahlen-Meßmethode auf nur sehr kleine Leitungsquerschnitto beschränkt und konnte demzufolge in technischen UroSsnlsgen aufgrund der dann ncivvcr.digsr*. hoher, FSrdcrlsistungsn nicht eingesetzt werden.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Messung der Dichte von zweiphasigen fließfähigen Medien, insbesondere von Staub-Trägergas-Gemischen, die die Messung mit hoher Empfindlichkeit. Genauigkeit und zeitlicher Reaktion bei höheren Drücken ermöglicht.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur ß-Strahlen-Dichtemessung von Feststoff-Trägergas-Suspensionen mit hoher Feststottkonzer.tration zu schaffen, die auch bei größeren Förderleistungen von Dichtstrom-Suspensionen mit hoher Empfindlichkeit und kurzen Reaktionszeiten genaue Meßergebnisse lieft;· i.

Erfindungsgemäß wird durch die stetige Umformung des Strömungskanals vom kreisförmigen Querschnitt am Einström- bzw. Abströmende zum !achteckigen Querschnitt im mittleren Meßabschnitt und durch die Anordnung der ß-Strahlenquelle und des Strahlendetektors t η den gegenüberliegenden Breitseiten dieses Meßquerschnittes erreicht, daß Dichtemessungen durch ß-Strahlen-Transmission auch bei Förderleitungen von größerem Querschnitt und meßtechnisch kritischen Feststoff •Trägergas-Suspensionen durchgeführt werden können, da durch die Wahl der jeweiligen Seitenlägen des Rechteck-Querschnittes Abstände von <20mm zwischen der ß-Strahlenquelle und dem Detektor eingehalten werden können, und zwar aufgrund der Flächengleichheit des Rechteckquerschnittes zum ursprünglichen Kreisquerschnitt ohne Störung des Förderstromes. Die ebenen Strahlenfensver der ß-Strahlenquelle und des Detektors sind in den beiden gegenüberliegenden Breitseiten des Meßabschnittes bündig angebracht, so daß sich keine Feststoffanteile im Strahlengang zwischen Quelle und Detektor ablagern können und Verfälschungen der Meßergebnisse vermieden werden. Die Strahlei,fenster sind hinsichtlich Wandstarke und Werkstoff so beschaffen, daß ihre Flächenmasse, d. i. das Produkt aus Wandstärke und Werkstoff dichte, wesentlich kleiner als die entsprechende Flächenmasse des Strömungskanals ist.

Die Strahlenfenster bestehen aus sehr dünnen Titan- oder Edelstahlblechen, die mittels Laser- oder Flektronenstrahl-Schweißen auf einen rohrförmigen Halter stirnseitig aufgeschweißt sind und einen hohen Druck im Strömungskanal ermöglichen. Bei der erfindungsgemiißen Meßvorricht Jng erfolgt eine Kontrolle durch Zählratenmessung ohne Meßmedium, wobei minimalste Verschleißerscheinungsn im Bereich < 1 μιτι erkannt werden können.

Als Detektor kann vorteilhaft ein ß-£»zintillator mit separater Kapselung eingesetzt werden, der durch eine Küh'mittelversorgung auf einem konstanten Temperaturniveau gehalten wird.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist in einer Schmalseite des Meßabschnittas eine dritte Ausnehmung um 90° zur gemeinsamen Achse der Strahlquelle und des Detektors vorgesehen, die zur Kalibrierung der Messung mit definierten Flächenmassen und zur Durchführung von Dichtheitsprüfungen der Strahlenquelle ohne Beeinflussung der Meßgeometrie dient. Die Kalibrierung der Sonde erfolgt im ausgebauten Zustand durch den geöffneten Verschluß mit dünnen Aluminiumabsorbern, deren Flächenmasse nur einige mg pro cm² beträgt.

Ausführungsbeispiel

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1: die Meßvorrichtung im Axialschnitt;

Fig.2: die Vorrichtung nach Fig. 1 irn Querschnitt.

Die dargestellte Meßvorrichtung ist zur Dichtemessung einer bis zu 60⁰C heißen Kohlenstaub-Trägergas-Suspension bestimmt, die dem Reaktor einer Uruckvergasungf anlage zugeführt wird. Die Meßvorrichtung ist in einer Rohrleitung 1 von 20 mm Durchmesser installiert, in der das Kohlenstaub-Trägergas-Gemisch unter einem Druck von etwa 4 MPa dem Reaktor zuströmt. Die Vorrichtung besitzt ein Gehäuse 2, in dem ein aus mehreren Alu-Blöcken zusammengesetzter Innenteil 3 angeordnet ist. In diesem Innenteil ist ein Strömungskanal ausgebildet, der aus einem mittleren Meßabschnitt 20 von rechteckigem Querschnitt und aus zwei daran anschließenden Übergangsabschnitten 21,22 besteht, in denen sich der Querschnitt von rechteckig stetig zum Kreisquerschnitt ändert. Dit, Querschnitte des Meßabschnittes 20 und der Übergangsabschnitte 21,22 sowie der Rohrleitung 1 sind flächengleich.. Zwei radiale Ausnehmungen sind im Gehäuseteil 2 und im Innenteil 3 diametral gegenüberliegend ausgebildet. In einer Ausnehmung befindet sich eine ß-Strahlenquelle 4, die durch ein Druckstück 5 und Druckschraube 6 gehaltert und über einen Deckel 7 sowie einen Rundring gegen die Atmosphäre abgedichtet ist. Die ß-Sirahlenquelle 4 ist gegen den Strömungskanal durch ein Strahlenfenster 24 abgedichtet. In der gegenüberliegenden Ausnehmung ist ein Futter 9 befestigt, aas zum Strömungskanal durch ein Strahlenfenster 25 und zur Atmosphäre durch einen Dichtungsring 10 abgedichtet <st. Hinter dem Futter 9 sind eine Blende 11 und ein Szintillationsdetektor 12 in einer Hülse 18 angeordnet, die eine — nicht dargestellte — Versorgung des Detektors 12 mit einem Kühlmitte! erlaubt. Im Gehäuse 2 im Innentai! 3 ist in einer Schmalseite des Meßabschnittes 20 eine dritte Ausnehmung ausgebildet, die zur Kalibrierung dor Meßanordnung mittels eines Aluminiumabsoi bers von definierter Flächenmasse sowie zur Kontrolle der ß-Strahlenquelle 4 dient. Zur Vermeidung von Toträumen ist diese Ausnehmung durch einen Verschluß 13 und einen Deckel 14 mit Dichtungsring 15 verschlossen. Die Abdichtung der Meßvorrichtung zur Rohrleitung 1 erfolgt an deren Flanschen 16 durch Dichtungsringe 17.

Die mit der Wandung des Meßabschnittes 20 bündigen Str.ihlenfenster 24,25 der ß-Strahlenquelle 4 und des ß-Strahlendetektors 11 sind Titanblättchen von 0,1 mm Stärke, die auf der Stirnfläche der ß-Strahlenquelle 4 bzw. des Futters 9 angeschweißt sind.

Der ß-Strahlendrjtektor 11 ist an ein — nicht dargestelltes — Auswertgerät angeschlossen. Mit der beschriebenen Meßvorrichtung kann die Dichte einer im sog. Dichtstrom geförderten Kohlenstaub-Trägergas-Suspension mit einem relativen Fehler < ±2% gemessen werden.

Claims

1. Vorrichtung zur radiometrischen Dichtmessung von Feststoff-Gas-Suspensionen mit hoher Feststoffkonzen'iration in einem Strömungskanal mit einer ß-Strahlenquelle und einem ß-Strahlendetektor, die in durch Strahlenfenster abgeschlossenen diametral gegenüberliegend in der Kanalwandung ausgebildeten Ausnehmungen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungskanal (1) dinen Meßabschnitt (20) von rechteckigem Querschnitt aufweist, der stetig und flächengleich in je einen kreisförmigen Kanalquerschnitt von etwa 20 mm Durchmesser übergeht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlenfenster aus druckfestem Werkstoff mit kleiner Flächenmasse, wie Titan- oder Edelstahlblechen, bestehen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Schmalseite des rechteckigen Meßabschnittes des Strömungskanales eine dritte Ausnehmung zur Kalibrierung der Meßanordnung angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßabschnitt und die Übergangsabschnitte des Strömungskanales in einem mehrteiligen Innenteil ausgebildet sind, das in einem gemeinsamen Gehäuse (2) angeordnet ist.