RU188348U1 - Устройство для определения компонентного состава потока многофазной жидкости - Google Patents
Устройство для определения компонентного состава потока многофазной жидкости Download PDFInfo
- Publication number
- RU188348U1 RU188348U1 RU2018147101U RU2018147101U RU188348U1 RU 188348 U1 RU188348 U1 RU 188348U1 RU 2018147101 U RU2018147101 U RU 2018147101U RU 2018147101 U RU2018147101 U RU 2018147101U RU 188348 U1 RU188348 U1 RU 188348U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ray
- pipe
- multiphase fluid
- component composition
- radiation
- Prior art date
Links
- 239000012530 fluid Substances 0.000 title claims abstract description 18
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims abstract description 17
- 230000005865 ionizing radiation Effects 0.000 claims abstract description 6
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 claims abstract description 6
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 27
- 238000001506 fluorescence spectroscopy Methods 0.000 claims 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 abstract description 12
- 239000013078 crystal Substances 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 abstract 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 10
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 5
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 5
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 4
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 3
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 3
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 2
- 230000005461 Bremsstrahlung Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000000295 emission spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
- G01N23/02—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material
- G01N23/06—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and measuring the absorption
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
Abstract
Использование: для определения компонентного состава потока многофазной жидкости. Сущность изобретения заключается в том, что устройство для определения компонентного состава потока многофазной жидкости содержит генератор рентгеновского излучения на основе рентгеновской трубки с одной мишенью и волнодисперсионный спектрометр, в состав которого входят кристаллический монохроматор-анализатор, детектор на основе сцинтилляционного счетчика ионизирующего излучения и датчик контроля и стабилизации интенсивности рентгеновского излучения, расположенные по разные стороны трубы, по которой протекает поток многофазной жидкости, при этом генератор рентгеновского излучения дополнительно содержит поликапиллярную рентгеновскую полулинзу, установленную сразу после источника рентгеновского излучения, а источник рентгеновского излучения и волнодисперсионный спектрометр, расположенные по разные стороны трубы, размещены в едином корпусе. Технический результат: повышение точности и скорости анализа компонентного состава потока многофазной жидкости. 2 ил.
Description
Полезная модель относится к области анализа материалов радиационными методами с помощью рентгеновского излучения и может быть использована в нефтегазовой и в химической промышленности.
Известно устройство для определения компонентного состава потока многофазной жидкости [RU 2559119 C1, МПК G01N23/06, G01N23/207, опубл. 10.08.2015] принятое за прототип, содержащее источник рентгеновского излучения и детектор, установленные по разные стороны трубы, по которой протекает поток многофазной жидкости, причем так, чтобы излучение от источника к детектору проходило через специальные окна, врезанные в трубу, из материала с низким коэффициентом поглощения излучения, например, титана, датчик для измерения давления, подключенный к трубе, датчик контроля и стабилизации интенсивности рентгеновского луча. Источник рентгеновского излучения и волнодисперсионный спектрометр, размещенные в корпусах, жестко закреплены по разные стороны трубы на одной оси, перпендикулярной оси симметрии трубы так, чтобы излучение от источника рентгеновского излучения к волнодисперсионному спектрометру проходило через окна, врезанные в трубу. В корпусе волнодисперсионного спектрометра расположен кристаллический монохроматор-анализатор, установленный под углом к лучу от источника рентгеновского излучения так, чтобы выполнялось условие Брэгга для линии излучения из спектра источника рентгеновского излучения. За кристаллическим монохроматором-анализатором по направлению распространения дифрагированного луча установлен сцинтилляционный счетчик ионизирующего излучения. Датчик контроля и стабилизации интенсивности рентгеновского излучения установлен за кристаллическим монохроматором-анализатором на одной оси с источником рентгеновского излучения. Датчик температуры многофазной жидкости врезан в трубу. Источник рентгеновского излучения, датчик контроля и стабилизации интенсивности рентгеновского излучения, датчики измерения давления и температуры многофазной жидкости, сцинтилляционный счетчик ионизирующего излучения связаны с ЭВМ.
Недостатком прототипа является использование расходящегося луча рентгеновского излучения без оптических элементов формирования луча, вследствие чего при прохождении луча от источника до счетчика излучения интенсивность излучения значительно падает за счет угловой расходимости луча. Уменьшение интенсивности приводит к росту статистических ошибок при определении компонентного состава, либо к увеличению времени измерения для компенсации статистических ошибок.
Задачей заявляемой полезной модели является повышение точности при одновременном сокращении времени измерения компонентного состава потока многофазной жидкости путем повышения интенсивности рентгеновского луча попадающего в счетчик излучения.
Поставленная задача решена тем, что в состав устройства для определения компонентного состава потока многофазной жидкости, содержащего генератор рентгеновского излучения на основе рентгеновской трубки с одной мишенью и волнодисперсионный спектрометр, состоящий из кристаллического монохроматора-анализатора, детектора на основе сцинтилляционного счетчика ионизирующего излучения и датчика контроля и стабилизации интенсивности рентгеновского излучения, расположенных по разные стороны трубы, по которой протекает поток многофазной жидкости, причем так, чтобы излучение от источника к детектору проходило через специальные окна, врезанные в трубу, из материала с низким коэффициентом поглощения излучения, например титана, дополнительно в генератор рентгеновского излучения включена поликапиллярная рентгеновская полулинза, установленная сразу после источника рентгеновского излучения, а источник рентгеновского излучения и волнодисперсионный спектрометр, расположенные по разные стороны трубы, размещены в едином корпусе.
В заявляемом устройстве использование поликапиллярной рентгеновской полулинзы позволяет преобразовать расходящийся пучок рентгеновского излучения, генерируемый источником излучения, в квазипараллельный и, таким образом, увеличить интенсивность излучения, попадающего на сцинтилляционный счетчик, за счет уменьшения потерь первоначального пучка.
Увеличение интенсивности рентгеновского излучения ведет к уменьшению статистической погрешности измерения и, как следствие, увеличению точности измерения и/или уменьшению времени, затрачиваемого на исследование, поскольку статистическая погрешность определяется по формуле:
где δ – относительная статистическая ошибка;
t – время измерения в секундах.
Таким образом, заявляемое устройство для определения компонентного состава потока многофазной жидкости по сравнению с прототипом обладает повышенной точностью и скоростью анализа.
Полезная модель поясняется следующими рисунками.
На фиг. 1 приведены спектры излучения от источника рентгеновского излучения на основе рентгеновской трубки Oxford X-ray tube (Apogee 5500 Series) с применением и без применения поликапиллярной полулинзы [Cherepennikov Yu., Miloichikova I., Gogolev A., Stuchebrova S., Hampai D., Dabagov S., Liedl A.. The polycapillary optics application for couple diffraction line intensity increase // NIM B. 2017. Vol. 402. P. 278–291]. 1- спектр с линзой, 2 – спектр без линзы.
На фиг. 2 представлена схема устройства для определения компонентного состава многофазной жидкости на базе рентгеновской трубки с применением поликапиллярной полулинзы.
Согласно проведенным исследованиям (фиг.1) применение поликапиллярной полулинзы приводит к увеличению интенсивности линий излучения выделенных кристаллическими монохроматорами более чем в 15 раз.
Устройство для определения компонентного состава потока многофазной жидкости (фиг.2.) содержит источник рентгеновского излучения 1 (ИРИ) и волнодисперсионный спектрометр 2 (ВДС), размещенные в едином корпусе 3, охватывающем с двух противоположных сторон трубу, по которой протекает поток многофазной жидкости. Труба может быть обычной цилиндрической трубой (отдельная отводная труба) или выполнена в виде трубки Вентури. При использовании трубки Вентури самое узкое место трубки располагается на оси соединяющей источник рентгеновского излучения 1 (ИРИ) и волнодисперсионный спектрометр 2 (ВДС). На этой же оси рядом с источником рентгеновского излучения расположена поликапиллярная рентгеновская линза 4 (ППЛ). Устройство располагают вокруг трубы таким образом, чтобы врезанные в трубу окна 5 и 6 из материала с низким коэффициентом поглощения излучения, например, из титана, находились на оси, проходящей через источник рентгеновского излучения 1 (ИРИ), поликапиллярную рентгеновскую линзу 4 (ППЛ) и волнодисперсионный спектрометр 2 (ВДС). Благодаря такой конструкции устройства излучение от источника рентгеновского излучения 1 проходит через поликапиллярную рентгеновскую линзу 4 (ППЛ), через окно трубы 5, многофазную жидкость и окно трубы 6 и попадает на волнодисперсионный спектрометр 2 (ВДС). Датчики измерения давления 7 (ДД) и температуры 8 (ДТ) перед измерением закрепляются на корпусе трубы с многофазной жидкостью.
Источник рентгеновского излучения 1 (ИРИ), волнодисперсионный спектрометр 2 (ВДС), датчики измерения давления 7 (ДД) и температуры 8 (ДТ) многофазной жидкости, подсоединены к ЭВМ (на фигуре не показана), обеспечивающей управление узлами устройства и запись информации.
В качестве источника рентгеновского излучения 1 (ИРИ) может быть выбран рентгеновский аппарат на основе известной рентгеновской трубки, например, источником БСВ-29 с анодом из серебра, генерирующий полихроматическое тормозное излучение до 60 кэВ и характеристическое рентгеновское излучение серебра с энергиями 22 и 25 кэВ (линии Kα и Kβ, соответственно).
Волнодисперсионный спектрометр 2 (ВДС) содержит кристаллический монохроматор-анализатор, установленный под углом к лучу от источника рентгеновского излучения так, чтобы выполнялось условие Брэгга для линии излучения из спектра источника рентгеновского излучения, за которым по направлению распространения дифрагированного луча установлены сцинтилляционный счетчик ионизирующего излучения и датчик контроля и стабилизации интенсивности рентгеновского излучения (на рисунке не показаны).
В качестве поликапиллярной рентгеновской линзы 4 (ППЛ) могут быть использованы полулинзы производства Unisantis.
Устройство работает следующим образом. Источник рентгеновского излучения 1 (ИРИ) генерирует расходящийся пучок рентгеновского излучения со сложным спектральным составом, которое по оси, проходящей через окна 5, 6 трубы с многокомпонентной жидкостью направлено на волнодисперсионный спектрометр 2 (ВДС). Узкий квазипараллельный поток излучения повышенной интенсивности формируется из расходящегося пучка рентгеновского излучения за счет того, что часть потока падает на поликапиллярную рентгеновскую полулинзу 4 (ППЛ) и преобразуется в квазипараллельный пучок рентгеновского излучения. Остальная часть потока практически полностью поглощается стенками трубы. Квазипараллельный пучок рентгеновского излучения повышенной интенсивности, прошедший через поток многофазной жидкости, становится носителем информации о ее характеристиках, так как в зависимости от состава и параметров многофазной жидкости рентгеновское излучение по-разному поглощается и рассеивается за счет фотоэффекта и комптоновского рассеяния. Прошедшая без взаимодействия с окнами 5 и 6 и потоком многофазной жидкости часть луча рентгеновского излучения, направляется на волнодисперсионный спектрометр 2 (ВДС), осуществляющий выделение набора монохроматических линий излучения и измерение интенсивности по каждой из этих линий в отдельности.
Одновременно с прохождением потока излучения, датчики измерения давления 7 (ДД) и температуры 8 (ДТ) многофазной жидкости, размещенные на трубе, измеряют температуру и давление потока жидкости, используемые для уточнения значений коэффициентов поглощения компонент потока.
Вследствие высокой интенсивности потока ретгеновского излучения происходит уменьшение статистической погрешности измерения.
Данные от волнодисперсионного спектрометра 2 (ВДС), датчиков измерения давления 7 (ДД) и температуры 8 (ДТ) многофазной жидкости поступают на ЭВМ. При этом скорости счета по каждой из монохроматических линий, зарегистрированные волнодисперсионным спектрометром 2 (ВДС) и датчиками измерения давления 7 (ДД) и температуры 8 (ДТ) используются для расчета массовых долей отдельных компонент многофазной жидкости.
В результате экспериментов с поликапиллярной рентгеновской полулинзой при увеличении интенсивности линии излучения, и, соответственно, числа N зарегистрированных квантов излучения в 15 раз время измерения для достижения той же точности, определяемой статистической ошибкой, уменьшилось в 15 раз, а при фиксированном времени измерения уменьшилась статистическая ошибка в 3,8 раз, что примерно равно 
.
Таким образом, с помощью предложенного устройства при регистрации интенсивности квазипараллельного потока излучения повышенной интенсивности излучения по каждой из выделенных монохроматических линий контролируют состав многокомпонентного потока с повышенной точностью и одновременном сокращении времени измерения, например, потока типа нефть-вода-газ, что востребовано в нефтяной промышленности, а при регистрации большего числа линий – состав жидкостей, состоящих из большего количества компонент.
Claims (1)
- Устройство для определения компонентного состава потока многофазной жидкости, содержащее генератор рентгеновского излучения на основе рентгеновской трубки с одной мишенью и волнодисперсионный спектрометр, в состав которого входят кристаллический монохроматор-анализатор, детектор на основе сцинтилляционного счетчика ионизирующего излучения и датчик контроля и стабилизации интенсивности рентгеновского излучения, расположенные по разные стороны трубы, по которой протекает поток многофазной жидкости, отличающееся тем, что генератор рентгеновского излучения дополнительно содержит поликапиллярную рентгеновскую полулинзу, установленную сразу после источника рентгеновского излучения, а источник рентгеновского излучения и волнодисперсионный спектрометр, расположенные по разные стороны трубы, размещены в едином корпусе.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018147101U RU188348U1 (ru) | 2018-12-28 | 2018-12-28 | Устройство для определения компонентного состава потока многофазной жидкости |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018147101U RU188348U1 (ru) | 2018-12-28 | 2018-12-28 | Устройство для определения компонентного состава потока многофазной жидкости |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU188348U1 true RU188348U1 (ru) | 2019-04-09 |
Family
ID=66087893
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018147101U RU188348U1 (ru) | 2018-12-28 | 2018-12-28 | Устройство для определения компонентного состава потока многофазной жидкости |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU188348U1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2722064C1 (ru) * | 2019-10-09 | 2020-05-26 | Общество с ограниченной ответственностью "Корпорация Уралтехнострой" | Рентгенопрозрачная труба для анализа многофазных потоков |
| RU2812309C1 (ru) * | 2019-10-09 | 2024-01-29 | Степан Александрович Полихов | Рентгенопрозрачная труба для анализа многофазных потоков |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2439423A (en) * | 2006-06-20 | 2007-12-27 | Schlumberger Holdings | Fluid phase fraction determination using x-rays |
| RU2377546C1 (ru) * | 2008-04-10 | 2009-12-27 | Открытое акционерное общество "Техприбор" | Рентгенофлуоресцентный анализатор компонентного состава и скорости трехкомпонентного потока |
| US20120087467A1 (en) * | 2010-10-12 | 2012-04-12 | Roxar Flow Measurement As | X-ray based densitometer for multiphase flow measurement |
| RU132900U1 (ru) * | 2013-04-24 | 2013-09-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Устройство для рентгеновского абсорбционного спектрального анализа |
| RU2559119C1 (ru) * | 2014-05-31 | 2015-08-10 | Алексей Сергеевич Гоголев | Устройство для определения компонентного состава потока многофазной жидкости |
-
2018
- 2018-12-28 RU RU2018147101U patent/RU188348U1/ru active IP Right Revival
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2439423A (en) * | 2006-06-20 | 2007-12-27 | Schlumberger Holdings | Fluid phase fraction determination using x-rays |
| RU2377546C1 (ru) * | 2008-04-10 | 2009-12-27 | Открытое акционерное общество "Техприбор" | Рентгенофлуоресцентный анализатор компонентного состава и скорости трехкомпонентного потока |
| US20120087467A1 (en) * | 2010-10-12 | 2012-04-12 | Roxar Flow Measurement As | X-ray based densitometer for multiphase flow measurement |
| RU132900U1 (ru) * | 2013-04-24 | 2013-09-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Устройство для рентгеновского абсорбционного спектрального анализа |
| RU2559119C1 (ru) * | 2014-05-31 | 2015-08-10 | Алексей Сергеевич Гоголев | Устройство для определения компонентного состава потока многофазной жидкости |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2722064C1 (ru) * | 2019-10-09 | 2020-05-26 | Общество с ограниченной ответственностью "Корпорация Уралтехнострой" | Рентгенопрозрачная труба для анализа многофазных потоков |
| RU2812309C1 (ru) * | 2019-10-09 | 2024-01-29 | Степан Александрович Полихов | Рентгенопрозрачная труба для анализа многофазных потоков |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9086306B2 (en) | Apparatus and method for measuring multi-phase fluid flow | |
| US4868856A (en) | Multi-component flow measurement and imaging | |
| Åbro et al. | Improved void fraction determination by means of multibeam gamma-ray attenuation measurements | |
| US4134012A (en) | X-ray analytical system | |
| US7316166B2 (en) | Method and system for analyzing multi-phase mixtures | |
| CN105937890B (zh) | 定量x射线分析-基体厚度校正 | |
| CA1305565C (en) | Measurement of flow velocity and mass flowrate | |
| NO334998B1 (no) | Fremgangsmåte og anordning til måling av strømningshastighet for flerfaseblanding | |
| US20160274042A1 (en) | Non-homogeneous sample scanning apparatus, and x-ray analyzer applications thereof | |
| RU188348U1 (ru) | Устройство для определения компонентного состава потока многофазной жидкости | |
| Stavland et al. | Gas fraction measurements using single and dual beam gamma-densitometry for two phase gas-liquid pipe flow | |
| US7957504B2 (en) | Method and apparatus for measuring enrichment of UF6 | |
| RU2559119C1 (ru) | Устройство для определения компонентного состава потока многофазной жидкости | |
| RU189613U1 (ru) | Устройство для определения состава трехкомпонентного потока многофазной жидкости | |
| EP2702369A1 (en) | Apparatus and method for measuring the flow-rate and composition of a multi-phase fluid mixture | |
| Falcone | Key multiphase flow metering techniques | |
| RU154702U1 (ru) | Концентратомер многофазной жидкости | |
| Gogolev et al. | WD-XRA technique in multiphase flow measuring | |
| RU220701U1 (ru) | Многофазный расходомер с источником быстрых нейтронов | |
| RU2811673C1 (ru) | Многофазный расходомер с непрерывным источником рентгеновского излучения | |
| RU2789623C1 (ru) | Многофазный расходомер | |
| RU2379658C1 (ru) | Рентгенофлуоресцентный анализатор состава и скорости трехкомпонентного потока | |
| RU2379659C1 (ru) | Рентгенофлуоресцентный анализатор компонентного состава и скорости газожидкостного потока | |
| RU2818330C1 (ru) | Многофазный расходомер | |
| Åbro et al. | Void fraction and flow regime determination by low-energy multi-beam gamma-ray densitometry |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20191229 |
|
| NF9K | Utility model reinstated |
Effective date: 20201111 |