DE2526878A1

DE2526878A1 - Verfahren und einrichtung zur grenzflaechenbestimmung

Info

Publication number: DE2526878A1
Application number: DE19752526878
Authority: DE
Inventors: John Stuart Charlton
Original assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Current assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Priority date: 1974-06-21
Filing date: 1975-06-16
Publication date: 1976-01-08
Also published as: GB1474395A; NL7507255A; US4038548A; NL182982C; FR2275754A1; IT1039073B; FR2275754B1; CA1081866A; NL182982B; DE2526878C2

Description

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B 6683

16. Juni 1975

Imperial Chemical Industries Limited London, Großbritannien

Verfahren und Einrichtung zur Grenzflächenbestimmung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Ermitteln des Niveaus einer Flüssigkeit in einem Behälter. Das Verfahren ermöglicht es weiterhin, die Grenzfläche zwischen zwei nicht mischbaren oder teilweise mischbaren Flüssigkeiten, welche unterschiedliche Fähigkeiten zum Moderieren von schnellen Neutronen und/oder zur Absorption langsamer Neutronen besitzen, zu ermitteln. Eine Ausführungsform der Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Überwachung des Flüssigkeitsniveaus in einem Behälter. Diese Ausführungsform der Erfindung ermöglicht es auch, die Grenzfläche zwischen zwei nicht mischbaren oder teilweise mischbaren Flüssigkeiten, welche sich in ihren Fähigkeiten zum Moderieren von schnellen

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Neutronen und/oder zum Absorbieren von langsamen Neutronen unterscheiden, kontinuierlich zu überwachen.

Es wurde vorgeschlagen, das Niveau einer Flüssigkeit in einem Behälter unter Verwendung einer ortsfesten und kollimierten radioaktiven Quelle, beispielsweise einer y-Strahlenquelle, und einem ortsfesten Detektor für die Strahlung zu ermitteln. Wenn das Niveau der Flüssigkeit den Weg zwischen der Quelle und dem Detektor unterbricht, dann zeigt bzw. registriert der Detektor eine Änderung in der Übertragung der Strahlung. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß das genaue Niveau der Flüssigkeit nicht überwacht werden kann, wenn es sich nicht in oder in der Nähe des Weges zwischen der Quelle und dem Detektor befindet. Um das Niveau über einen Höhenbereich in dem Behälter zu überwachen, wurde vorgeschlagen, eine einzige ^-Strahlenquelle zu verwenden, die ein divergentes Strahlungsbündel besitzt, sowie einen langgestreckten bzw. längsverlaufenden Strahlungsdetektor, welcher einen Höhenbereich in dem Behälter überdeckt. Wenn das Flüssigkeitsniveau ansteigt, dann wird ein immer größerer Teil des langgestreckten Detektors "verdunkelt" , und die Strahlung von der Quelle wird in zunehmendem Maße absorbiert. Der Detektor zeigt bzw. registriert auf diese Weise ein Signal, das eine Funktion der Position des Niveaus ist.

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Bei Behältern, die nicht mischbare Flüssigkeiten oder teilweise mischbare Flüssigkeiten enthalten, ist es vorteilhaft, wenn man in der Lage ist, das Niveau der Grenzfläche zwischen den Flüssigkeiten wie auch das Niveau der oberen Flüssigkeit zu überwachen. Es wurde nun gefunden, daß sich die Grenzfläche bei Verwendung von /^-Strahlung im allgemeinen nicht ermitteln läßt, weil die Strahlungsweglänge durch den Behälter normalerweise ausreicht, eine vollständige Absorption des Strahlenbündels durch jede Flüssigkeit zu bewirken. Jedoch wurde überraschenderweise gefunden, daß es dann, wenn sich nicht mischbare oder teilweise mischbare Flüssigkeiten in ihren Fähigkeiten entweder zum Moderieren von schnellen Neutronen und/oder zum Absorbieren von langsamen Neutronen unterscheiden, möglich ist, die Position der Grenzfläche wie auch das Niveau der oberen Flüssigkeit zu überwachen, indem man eine Einrichtung benutzt, die eine Quelle für schnelle Neutronen und einen Detektor für langsame Neutronen aufweist.

Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zum Bestimmen der Position der Grenzfläche zwischen einer Flüssigkeit und deren Dampf oder zwischen zwei Flüssigkeiten in einem Behälter, wobei sich die Flüssigkeiten in ihren Fähigkeiten zum Moderieren von schnellen Neutronen und/oder zum Absorbieren von langsamen Neutronen unterscheiden, zur Verfügung gestellt, welches die

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Verfahrensschritte umfaßt, dai3 man die Flüssigkeit oder die Flüssigkeiten schnellen Neutronen aussetzt, die von einer Quelle in der Nähe des Behälters ausgesandt werden, und daß man die langsamen Neutronen, die aus der Flüssigkeit oder den Flüssigkeiten austreten, überwacht. Unter der Bezeichnung "schnelle Neutronen" werden energetische Neutronen mit Energien von mehr als etwa 0,5 MeV verstanden. Unter der Bezeichnung "langsame Neutronen" werden Neutronen mit Energien von weniger als 10 eV verstanden. Moderierung bzw. Moderation ist der Vorgang, durch den schnelle Neutronen ihre Energie soweit verlieren, daß sie zu langsamen Neutronen werden.

Die Flüssigkeiten sollten sich in ihren Fähigkeiten zum Moderieren von schnellen Neutronen und/oder zum Absorbieren von langsamen Neutronen um wenigstens 5 % unterscheiden, d.h. es sollte ein Unterschied von wenigstens 5 % in der Anzahl der aus der Flüssigkeit austretenden langsamen Neutronen vorhanden sein, wenn die Flüssigkeiten identischen Quellen ausgesetzt werden. Vorteilhafterweise werden die langsamen Neutronen, die aus der Flüssigkeit oder den Flüssigkeiten austreten, an wenigstens zwei Positionen auf bzw. an dem Behälter überwacht.

Weiterhin betrifft die Erfindung eine Einrichtung zum Bestimmen der Position der Grenzfläche zwischen einer Flüssigkeit und deren Dampf oder zwischen zwei Flüssigkeiten in einem Kessel,

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wobei die Flüssigkeiten unterschiedliche Fähigkeiten zum Moderieren von schnellen Neutronen und/oder zum Absorbieren von langsamen Neutronen aufweisen, welche einen Strahler für schnelle Neutronen aufweist, der im Gebrauch in der Nähe des Behälters angeordnet ist, sowie einen zugeordneten Detektor für langsame Neutronen, der im Gebrauch in der Nähe des Behälters angeordnet ist, so daß er wenigstens einige der langsamen Neutronen, die aus dem Behälter austreten, empfangen kann.

Die Quelle für schnelle Neutronen kann ortsfest oder bewegbar sein. Der Detektor für langsame Neutronen ist vorteilhafterweise längsverlaufend bzw. langgestreckt. Eine alternative und äquivalente Anordnung besteht in einer Reihe von Detektoren für langsame Neutronen, die sich mit den Enden berührend längs einer Seite des Behälters angeordnet sind und/oder einer Reihe von diskreten Neutronenquellen, die in Zwischenräumen längs einer Seite des Behälters angeordnet sind. Für die Ermittlung eines Niveaus oder einer Grenzfläche sind die Quelle für schnelle Neutronen und der Detektor für langsame Neutronen vorteilhafterweise in einer tragbaren Prüf- bzw. Meßeinheit enthalten. Im Betrieb wird diese rück- und vorwärts über die äußere Oberfläche des Behälters bewegt, und die pro Zeiteinheit ermittelten langsamen Neutronen werden an bzw. in einer tragbaren elektronischen Einheit angezeigt und/oder registriert. Wenn die Quelle und der Detektor durch

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die Position der Grenzfläche Flüssigkeit/Flüssigkeit oder durch die Position des oberen Flüssigkeitsniveaus bewegt werden, dann erhält man meßbare Veränderungen in der Ermittlungsrate langsamer Neutronen, aus welchen die Position der Grenzfläche und des oberen Niveaus festgestellt werden können.

241 Eine geeignete Quelle schneller Neutronen ist eine Am-Be-Quelle und ein geeigneter Detektor ist ein He-Proportionalzähler.

Das Verfahren und die Einrichtung der Erfindung ermöglichen es in einfacher Weise, das Niveau der Grenzfläche und das Niveau der oberen Flüssigkeit in einem Behälter innerhalb von Hh 12,7 mm zu bestimmen.

Das Verfahren und die Einrichtung nach der Erfindung können auch dazu benutzt werden, ein oder mehrere Warnsignale abzugeben, wenn die Grenzfläche zwischen zwei Flüssigkeiten oder ein Flüssigkeitsniveau irgendeine gewünschte Position in einem Behälter erreicht bzw. sich dieser Position nähert. Die Quelle schneller Neutronen kann in der Nähe der gewünschten Position-auf bzw. an der Behälterwandung ortsfest angebracht werden. Der Detektor für langsame Neutronen, der zu diesem Zweck kleine' vertikale Abmessungen haben kann, ist auf bzw. an der Behälterwand in der gleichen horizontalen Ebene wie

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die Quelle angeordnet. Der Detektor für langsame Neutronen kann an sich auf der entgegengesetzten Seite des Behälters angeordnet sein, jedoch wurde gefunden, daß es vorteilhafter ist, die Quelle und den Detektor nebeneinander anzuordnen. Wenn sich die Grenzfläche oder das FlUssigkeitsniveau der Position der Quelle und des Detektors nähert bzw. diese erreicht, erfolgt eine Veränderung in der Ermittlungsrate der langsamen Neutronen, wodurch die Annäherung bzw. das Erreichen der Grenzfläche oder des Niveaus signalisiert wird, und dieses kann dazu benutzt werden, einen geeigneten Alarm zu betätigen.

In einer weiteren Anwendung des Verfahrens sind die Quelle für schnelle Neutronen und der Detektor für langsame Neutronen in einer Prüf- bzw. Meßeinheit enthalten, die automatisch an dem Behälter auf- und abwärtsbewegt wird, und zwar entweder innerhalb eines in den Behälter eingefügten Tauchrohrs oder an bzw. auf der Außenwand des Behälters, und die ermittelte Zählrate für langsame Neutronen wird angezeigt und/oder aufgezeichnet. Die Position der Grenzfläche, die durch eine Veränderung in der Zählrate der langsamen Neutronen angezeigt wird, wird auf diese Weise einmal in jedem Durchgang der Probe über die Behälterhöhe ermittelt. Die Durchgangszeit der Prüf- bzw. Meßeinheit kann so eingestellt werden, daß eine Anzeige der Grenzflächenposition mit einer geeigneten Frequenz erzielt wird.

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Die Erfindung wird nachstehend anhand eines AusfUhrungsbeispiels für die kontinuierliche Anzeige einer Flüssigkeitsgrenzfläche oder eines Flüssigkeitsniveaus über einen ausgedehnten Bereich eines Behälters unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Seitenaufrißansicht eines Behälters, und

Fig. 2 zeigt eine Aufsicht auf den Behälter der Fig. 1 im Schnitt.

Es sei nunmehr auf die Zeichnung Bezug genommen, wonach ein Behälter 1 zwei nicht mischbare Flüssigkeiten enthält, von denen die obere Flüssigkeit 2 Benzol ist, während die untere Flüssigkeit 3 Wasser ist. Das Niveau des Benzols innerhalb des Behälters ist durch die gestrichelte Linie 7 angedeutet, und die Grenzfläche zwischen den Flüssigkeiten ist durch die gestrichelte Linie 8 angedeutet. Eine längsgestreckte Quelle 5 (in Fig. 1 durch gestrichelte Linien dargestellt) für schnelle Neutronen ist von einem eigenen Schutzgehäuse 4 umgeben, und die Quelle sowie das Gehäuse sind außen an die Seite des Behälters 1 angeklemmt, und zwar zusammen mit einem längsgestreckten Detektor 6 für langsame Neutronen. Im Betrieb treten schnelle Neutronen aus der Quelle 5 in den Behälter 1 ein und

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gelangen in Wechselwirkung mit dem darin enthaltenen Material. Die schnellen Neutronen werden durch die Wechselwirkung mit dem Material im Behälter, welches sich in der Nähe der Quelle befindet, moderiert. Ein Teil der erhaltenen langsamen Neutronen diffundiert zurück aus dem Behälter und wird durch den Detektor 6 ermittelt. Die Konzentration der langsamen Neutronen am Detektor 6 ist infolgedessen eine Funktion der Fähigkeit des sich in der Nähe der Quelle befindlichen Materials zur Moderierung von schnellen Neutronen und zur Absorbierung von langsamen Neutronen.

Die Ermittlungsrate an langsamen Neutronen wird durch die Position der Grenzfläche zwischen dem Benzol und dem Wasser relativ zur Detektorlänge beeinflußt. Infolgedessen ergibt die Zählrate, die von dem Detektor angezeigt bzw. registriert wird, eine kontinuierliche Anzeige der Position der Grenzfläche.

Es wurde gefunden, daß für eine Benzol/Wasser-Mischung, die im Behälter 1 enthalten ist, die ermittelte Zählrate dann, wenn sich die Grenzfläche in der Nähe des oberen Endes des Detektors 6 befand (und infolgedessen Wasser in der Nähe von im wesentlichen der gesamten Detektorlänge war), ungefähr das Zweifache derjenigen Zählrate betrug, gehalten wurde, wenn die Grenzfläche in der Nähe des unteren Endes des Detektors 6 war (und sich infolgedessen Benzol in der Nähe der gesamten Detektorlänge befand).

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Claims

Patentansprüche

i" 1.Werfahren zum Bestimmen der Position der Grenzfläche zwischen

einer Flüssigkeit und deren Dampf oder zwischen zwei Flüssigkeiten in einem Behälter, wobei sich die Flüssigkeiten in ihren Fähigkeiten zum Moderieren von schnellen Neutronen und/oder zum Absorbieren von langsamen Neutronen unterscheiden, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit oder die Flüssigkeiten schnellen Neutronen ausgesetzt wird bzw. werden, die von einer Quelle emittiert werden, welche sich in der Nähe des Behälters befindet, und daß langsame Neutronen, die aus der Flüssigkeit oder den Flüssigkeiten austreten, überwacht und/oder festgestellt und/oder gemessen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzei chn e.t, daß die Quelle für schnelle Neutronen und der zugeordnete Detektor für langsame Neutronen in der Nähe einer vorbestimmten Position auf bzw. an der Wand eines Behälters angeordnet werden und einen zugeordneten Alarm betätigen, wenn sich entweder die Grenzfläche zwischen den beiden Flüssigkeiten oder ein Flüssigkeitsniveau einer vorbestimmten Position nähert oder diese Position erreicht.

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3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Neutronenquelle und der Neutronendetektor Seite an Seite bzw. dicht nebeneinander angeordnet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Neutronenquelle und der Detektor für langsame Neutronen in einer tragbaren Prüfbzw. Meßeinheit untergebracht werden, welche rückwärts und vorwärts bzw. aufwärts und abwärts entweder über die äußere Oberfläche des Behälters oder innerhalb eines in den Behälter eingebrachten Tauchrohrs bewegt wird.

5. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine schnelle Neutronen aussendende Quelle (5) in der Nähe des Behälters (1) angeordnet ist, und daß ein zugeordneter Detektor (6) für langsame Neutronen in der Nähe des Behälters angeordnet ist, so daß er wenigstens einige der aus dem Behälter austretenden langsamen Neutronen empfängt.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle (5) für schnelle Neutronen bewegbar ist.

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7. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor 1,6) für langsame Neutronen längsverlaufend bzw. langgestreckt ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor (6) für langsame Neutronen eine Reihe von Detektoren für langsame Neutronen aufweist, die im Gebrauch aneinander anstoßend längs einer Seite des Behälters (1) angeordnet sind.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Neutronenquelle (5) eine Reihe von diskreten bzw. einzelnen Neutronenquellen aufweist, die im Gebrauch in Abständen längs einer Seite des Behälters angeordnet sind.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle (5) für schnelle Neutronen und der Detektor (6) für langsame Neutronen in einer tragbaren Prüf- bzw. Meßeinheit enthalten sind.

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch

gekennzeichnet, daß die Quelle (5) für schnelle

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Neutronen eine Am-Be-Quelle ist.

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12, Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 Ms 11, dadurch gekennzeichnet,, daß der Detektor (6) ein % Proportionalzähler ist.

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