DD272019A3 - FLOW CHANNEL WITH RADIOMETRIC SEAL MEASUREMENT FOR FLOW-PROOF MEDIA - Google Patents
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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.The invention relates to a device for the radiometric density measurement of solid-gas suspensions with a high solids concentration in a flow channel with a b-radiation source and a b-ray detector. The aim of the invention is a device for measuring the density of two-phase flowable media, in particular of dust-gas mixtures, which allows the measurement with high sensitivity, accuracy and temporal response at higher pressures. The object of the invention is to provide a device for b-ray density measurement of solid-gas tracer suspensions with high solids concentration, which provides accurate results even with larger Foerderleistungen of dense phase suspensions with high sensitivity and short reaction times. According to the invention, the flow channel has a measuring section of a rectangular cross-section, which flows continuously and equidistant in each case into a circular channel cross-section of approximately 20 mm in diameter. The beam windows consist of a pressure-resistant material with a small surface mass.
Description
Hierzu 2 Seiten ZeichnungenFor this 2 pages drawings
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.The invention relates to a device for radiometric density measurement of solid-gas suspensions with high solids concentration in a flow channel with a ß-radiation source and a ß-beam detector.
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.From DE-OS 2642 537 a method for density measurement of fluids flowing in a flow channel by means of γ-Sti ahlen transmission is known in which a γ-ray source and a γ-ray detector are arranged diametrically opposite one another in a transverse plane of a measuring section. At Kanalaldurchmessem of <20mm resulting in two-phase solid-gas suspensions practically useless measurements. The customary to achieve sufficient radii lengths extensions of the pipeline in the measuring section lead in the dense phase promotion of solid suspensions to segregation and possibly blockages.
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.From HART, "Liquid Density Measurement Using Nuclear Radiation", Leipzig 1972, p 192 to 197, various ß-probes for measuring the density of flowing liquids are known in which a ß-radiation source and at least one radiation detector are arranged in a transverse plane of a test section. In one of these measuring arrangements described, the β-ray can be guided stepwise over the entire cross-sectional area, the detector being moved over the circumference of the measuring tube The movable arrangement of the radiation source and also of the detector requires considerable constructive effort and is with delivery lines with small diameters in the range of only a few inches for reasons of space not possible.
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.This applies in particular to the measurement of solid-carrier gas-dense streams which contain solids contents of up to more than 300 kg solids per m 3 carrier gas and are conveyed under relatively high pressures from dosing containers into thermal reactors.
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.On the other hand, β-ray transmission measurements relative to conventional γ-ray measurements have a significant advantage of about two orders of magnitude better sensitivity and a correspondingly faster response, which is faster for pneumatic dense phase flow of coal dust carrier gas suspensions in pressure gasification reactors Response times is crucial. Due to the relatively low permeability of the β-rays and the relatively high absorption on the solids of a dense suspension, however, the application of this ß-beam measurement method was limited to only very small Leitungsquerschnitto and could therefore in technical UroSsnlsgen due to the then ncivvcr.digsr * , high, non-operating costs can not be used.
Ziel der ErfindungObject of the invention
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.The aim of the invention is a device for measuring the density of two-phase flowable media, in particular dust-carrier gas mixtures, which provides the measurement with high sensitivity. Accuracy and temporal response at higher pressures allows.
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.The object of the invention is to provide a device for β-ray density measurement of solid carrier gas suspensions with high Feststottkonzer.tration, which even with larger flow rates of dense phase suspension suspensions with high sensitivity and short reaction times accurate measurement results;
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.According to the invention, the continuous transformation of the flow channel from the circular cross-section at the inflow or outflow end to the octagonal cross-section in the middle measuring section and the arrangement of the β-ray source and the radiation detector t η reaches the opposite broad sides of this measuring cross-section such that density measurements by β-rays Transmission can also be carried out with delivery lines of larger cross-section and metrologically critical solid carrier gas suspensions, since by the choice of the respective Seitenlägen the rectangular cross-section distances of <20mm between the ß-radiation source and the detector can be met, due to the area equality of the rectangular cross section to the original circular cross section without disturbing the flow. The planar Strahlenfensver the ß-radiation source and the detector are mounted flush in the two opposing broad sides of the measuring section, so that no solids in the beam path between the source and detector can be deposited and distortions of the results are avoided. The Strahlei, windows are in terms of wall thickness and material such that their basis weight, d. i. the product of wall thickness and material density, much smaller than the corresponding surface mass of the flow channel is.
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.The beam windows consist of very thin titanium or stainless steel sheets, which are welded on the front side by means of laser or electron beam welding onto a tubular holder and allow a high pressure in the flow channel. With the measuring device Jng according to the invention, a check is carried out by count rate measurement without measuring medium, whereby minimal wear phenomena in the range of <1 μm can be detected.
Als Detektor kann vorteilhaft ein ß-£»zintillator mit separater Kapselung eingesetzt werden, der durch eine Küh'mittelversorgung auf einem konstanten Temperaturniveau gehalten wird.As a detector, a β-zintillator with separate encapsulation can be advantageously used, which is kept at a constant temperature level by means of a coolant supply.
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.According to a further advantageous embodiment of the invention, a third recess is provided by 90 ° to the common axis of the beam source and the detector in a narrow side of the Meßabschnittas, which serves to calibrate the measurement with defined surface masses and to carry out leak tests of the radiation source without affecting the measuring geometry. The calibration of the probe takes place in the removed state through the open closure with thin aluminum absorbers whose basis weight is only a few mg per cm 2 .
Ausführungsbeispielembodiment
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:In the following an embodiment of the invention will be described in more detail with reference to the drawing. Show it:
Fig. 1: die Meßvorrichtung im Axialschnitt;Fig. 1: the measuring device in axial section;
Fig.2: die Vorrichtung nach Fig. 1 irn Querschnitt.2 shows the device of Fig. 1 in cross section.
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.The measuring device shown is for the density measurement of up to 60 0 C hot coal dust carrier gas suspension determined, which is fed to the reactor of a Uruckvergasungf plant. The measuring device is installed in a pipe 1 of 20 mm diameter, in which the coal dust-carrier gas mixture flows under a pressure of about 4 MPa the reactor. The device has a housing 2 in which an inner part 3 composed of a plurality of aluminum blocks is arranged. In this inner part, a flow channel is formed, which consists of a central measuring section 20 of rectangular cross-section and two adjoining transition sections 21,22, in which the cross section of rectangular changes continuously to the circular cross section. Dit, cross sections of the measuring section 20 and the transition sections 21,22 and the pipe 1 are the same area .. Two radial recesses are formed in the housing part 2 and the inner part 3 diametrically opposite. In a recess is a ß-radiation source 4, which is supported by a pressure piece 5 and pressure screw 6 and sealed by a cover 7 and a circular ring against the atmosphere. The β-Sirahlenquelle 4 is sealed against the flow channel by a beam window 24. In the opposite recess a chuck 9 is attached, aas sealed to the flow channel through a beam window 25 and the atmosphere through a sealing ring 10 <st. Behind the chuck 9, a diaphragm 11 and a scintillation detector 12 are arranged in a sleeve 18, which - not shown - supply the detector 12 with a cooling center! allowed. In the housing 2 in the Innentai! 3, a third recess is formed in a narrow side of the measuring section 20, which serves for the calibration dor measuring arrangement by means of a Aluminiumabsoi bers of defined basis weight and to control the ß-radiation source 4. To avoid dead spaces, this recess is closed by a closure 13 and a cover 14 with sealing ring 15. The sealing of the measuring device to the pipeline 1 takes place at the flanges 16 by sealing rings 17th
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.The Str.ihlenfenster 24,25 of the ß-radiation source 4 and the ß-radiation detector 11 are flush with the wall of the measuring section 20 are titanium leaflets of 0.1 mm thickness, which are welded to the end face of the ß-radiation source 4 and the chuck 9 ,
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.The ß-Strahlendrjtektor 11 is connected to a - not shown - signal conditioning device. With the measuring device described, the density of a coal dust-carrier gas suspension conveyed in the so-called dense flow can be measured with a relative error <± 2%.
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