RU2309U1 - DEVICE FOR MEASURING THE CONTENT OF IMPURITIES, PREVIOUSLY OF SULFUR AND CHLORIDE SALTS, IN THE OIL FLOW - Google Patents

DEVICE FOR MEASURING THE CONTENT OF IMPURITIES, PREVIOUSLY OF SULFUR AND CHLORIDE SALTS, IN THE OIL FLOW Download PDF

Info

Publication number
RU2309U1
RU2309U1 RU95109234/20U RU95109234U RU2309U1 RU 2309 U1 RU2309 U1 RU 2309U1 RU 95109234/20 U RU95109234/20 U RU 95109234/20U RU 95109234 U RU95109234 U RU 95109234U RU 2309 U1 RU2309 U1 RU 2309U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
oil
gamma radiation
sulfur
content
measuring
Prior art date
Application number
RU95109234/20U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
О.Н. Ванюков
С.А. Козловский
И.В. Левашов
Original Assignee
Акционерное общество открытого типа - Научно-технический центр "РАТЭК"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество открытого типа - Научно-технический центр "РАТЭК" filed Critical Акционерное общество открытого типа - Научно-технический центр "РАТЭК"
Priority to RU95109234/20U priority Critical patent/RU2309U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2309U1 publication Critical patent/RU2309U1/en

Links

Landscapes

  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
  • Measurement Of Radiation (AREA)

Abstract

Устройство для измерения содержания примесей, преимущественно серы и хлористых солей, в потоке нефти, включающее выполненную в виде цилиндрического сосуда с входным и выходным патрубками для подключения к нефтепроводу измерительную камеру, внутри которой на расстоянии друг от друга расположены заключенные в герметичные оболочки радионуклидный источник нейтронов и сцинтилляционный детектор гамма-излучения, аппаратуру обработки поступающей измерительной информации и средства отображения и документирования результатов измерений, отличающееся тем, что оно снабжено по меньшей мере одним детектором тепловых нейтронов, заключенным в герметичную оболочку, радионуклидный источник нейтронов помещен в контейнер из снижающего поток гамма-излучения материала, а сцинтиллятор детектора гамма-излучения помещен в стакан с веществом, снижающим поток тепловых нейтронов.A device for measuring the content of impurities, mainly sulfur and chloride salts, in the oil stream, including a measuring chamber made in the form of a cylindrical vessel with inlet and outlet pipes for connecting to the oil pipeline, inside of which a radionuclide source of neutrons enclosed in sealed envelopes are located and gamma scintillation detector, equipment for processing incoming measurement information and means for displaying and documenting measurement results, from characterized in that it is equipped with at least one thermal neutron detector enclosed in a sealed envelope, a radionuclide neutron source is placed in a container from a material that reduces the gamma radiation flux, and a scintillator of the gamma radiation detector is placed in a glass with a substance that reduces the thermal neutron flux.

Description

Полезная модель относится к области анализа материалов радиационными методами измерением вторичной эмиссии с использованием нейтронов, а более конкретно к устройствам, предназначенным для экспрессного измерения содержания примесей, преимущественно серы и хлористых солей, в потоке нефти, в том числе и на магистральных трубопроводах в полевых условиях.The utility model relates to the field of analysis of materials by radiation methods by measuring secondary emission using neutrons, and more particularly to devices designed for rapid measurement of impurities, mainly sulfur and chloride salts, in an oil stream, including on main pipelines in field conditions.

Известное устройство для измерения содержания серы и хлористых солей в потоке нефти ( Salahuddin Sheikh, SPE, Arabian American Oil Co., Albert P. Richter, SPE, Texaco Inc. Nuclear Salt-in-Crude Monitor, JOURNAL OF PETROLEUM TECHNOLOGU, MAY 1983 ), принятое за прототип, включает измерительную камеру и приборную стойку. Измерительная камера представляет собой сосуд цилиндрической формы со входным и выходным патрубками для подключения к нефтепроводу. В сосуде вварены две находящиеся на расстоянии друг от друга поперечные трубы, посередине одной из которых размещен источник нейтронов, а в другой - сцинтилляционный детектор гаммаизлучения. Поступающая с детектора гамма-излучения информация обрабатывается специальной аппаратурой, расположенной в приборной стойке, а результаты измерения содержания серы и хлористых солей в нефти отображаются на табло и документируются.Known Device for Measuring Sulfur and Chloride Salts in an Oil Flow (Salahuddin Sheikh, SPE, Arabian American Oil Co., Albert P. Richter, SPE, Texaco Inc. Nuclear Salt-in-Crude Monitor, JOURNAL OF PETROLEUM TECHNOLOGU, MAY 1983) adopted for the prototype includes a measuring chamber and an instrument rack. The measuring chamber is a cylindrical vessel with inlet and outlet nozzles for connection to the oil pipeline. Two transverse tubes are welded into the vessel at a distance from each other, in the middle of one of which a neutron source is placed, and in the other a gamma-ray scintillation detector. The information coming from the gamma-ray detector is processed by special equipment located in the instrument rack, and the results of measuring the content of sulfur and chloride salts in oil are displayed on the scoreboard and documented.

Определение содержания серы и хлора производится путем регистрации захватного гамма-излучения в трех энергетических диапазонах:The determination of sulfur and chlorine is carried out by registering capture gamma radiation in three energy ranges:

в энергетическом диапазоне, содержащем, в основном, линии захватного гамма-излучения серы;in the energy range, containing mainly the lines of capture gamma radiation of sulfur;

в энергетическом диапазоне, содержащем линии захватного гамма-излучения хлора;in the energy range containing the capture line of gamma radiation of chlorine;

в энергетическом диапазоне, содержащем линии захватного гамма-излучения водородаin the energy range containing the lines of capture gamma radiation of hydrogen

с последующим определением из системы уравнений содержания серы и хлора в нефти, находящейся в измерительной камере. При этом измеренная плотность потока захватного гамма-излучения в энергетических диапазонах серы и хлора нормируется на плотность потока захватного гамма-излучения в энергетическом диапазоне водорода.with the subsequent determination from the system of equations for the sulfur and chlorine content in the oil in the measuring chamber. Moreover, the measured flux density of the capture gamma radiation in the energy ranges of sulfur and chlorine is normalized to the flux density of the capture gamma radiation in the energy range of hydrogen.

Измерительная камера, выполненная в виде цилиндрического сосуда со входным и выходным патрубками для подключения к нефтепроводу, заключенные в герметичные оболочки и находящиеся внутри измерительной камеры на расстоянии друг от друга радионуклидный источник нейтронов и сцинтилляционный детектор гамма-излучения, аппаратура обработки поступающей измерительной информации и средства отображения и документирования результатов измерений - признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемой полезной модели.A measuring chamber made in the form of a cylindrical vessel with inlet and outlet pipes for connecting to an oil pipeline, a radionuclide neutron source and a gamma-ray scintillation detector, processing equipment for incoming measurement information, and imaging devices, enclosed in sealed shells and located inside the measuring chamber at a distance from each other and documenting the measurement results - the signs of the prototype, coinciding with the essential features of the claimed utility model.

Устройство - прототип не позволяет снизить относительную погрешность измерения содержания серы и хлористых солей в нефти иначе, как путем использованияThe device is a prototype does not allow to reduce the relative error of measuring the content of sulfur and chloride salts in oil, except by using

V V

-иградионуклидного источника нейтронов с большим потоком нейтронов, увеличения времени измерения или увеличения числа детекторов гамма-излучения. Однако, использование радионуклидного источника нейтронов с большим потоком нейтронов лимитировано допустимой загрузкой сцинтилляционного детектора гамма-излучения, при которой еще сохраняются его спектрометрические свойства. Время измерения ограничено допустимой технологической задержкой в получении очередной информации о содержании серы и хлористых солей в транспортируемой по магистральному трубопроводу нефти. Увеличение числа детекторов гамма-излучения, равно как использование радионуклидного источника нейтронов с большим потоком нейтронов, повышает стоимость устройства в целом и усложняет его конструкцию. В то же время в устройстве-прототипе отсутствуют конструктивные элементы, которые могли бы снизить величину фоновой компоненты, воздействующей на детектор гамма-излучения, и, следовательно, уменьшить относительную погрешность измерения содержания серы и хлористых солей в нефти. Кроме того, нормирование измеренной плотности потока захватного гамма-излучения в энергетических диапазонах серы и хлора на плотность потока захватного гамма-излучения в энергетическом диапазоне водорода оправдано только лишь при постоянстве плотности нефти и содержания в в ней водорода и отсутствия в нефти сильно поглощающих нейтроны микропримесей. Поскольку в российских месторождениях нефти вариации плотности нефти и содержания в ней водорода, а также сильно поглощающих нейтроны микропримесей существенны, неучет этих факторов приведет к-gradionuclide source of neutrons with a large neutron flux, increase the measurement time or increase the number of gamma-ray detectors. However, the use of a radionuclide neutron source with a large neutron flux is limited by the permissible loading of the scintillation gamma-ray detector, at which its spectrometric properties are still preserved. The measurement time is limited by an allowable technological delay in obtaining regular information on the content of sulfur and chloride salts in the oil transported through the main pipeline. An increase in the number of gamma-ray detectors, as well as the use of a radionuclide neutron source with a large neutron flux, increases the cost of the device as a whole and complicates its design. At the same time, the prototype device lacks structural elements that could reduce the amount of the background component acting on the gamma radiation detector, and, therefore, reduce the relative error in measuring the content of sulfur and chloride salts in oil. In addition, the normalization of the measured flux density of capture gamma radiation in the energy ranges of sulfur and chlorine to the flux density of capture gamma radiation in the energy range of hydrogen is justified only if the density of the oil and the hydrogen content in it and the absence of microimpurities strongly absorbing neutrons in the oil are constant. Since variations in oil density and hydrogen content in it, as well as microimpurities strongly absorbing neutrons, are significant in Russian oil fields, the neglect of these factors will lead to

-F-F

увеличению относительной погрешности измерения содержания серы и хлористых солей в нефти.an increase in the relative error in measuring the content of sulfur and chloride salts in oil.

Нефть является и в ближайшем будущем будет оставаться основным сырьем для базовых отраслей промышленности - энергетики и химической промышленности. В условиях рыночной экономики прибыльность этой отрасли в значительной мере определяет состояние экономики страны в целом. В свою очередь прибыльность существенно зависит от качества сырья, поскольку от него зависят расходы на транспортировку и переработку нефти и доведения показателей качества конечного продукта до норм, установленных национальными или международными стандартами.Oil is and in the near future will remain the main raw material for the basic industries - energy and the chemical industry. In a market economy, the profitability of this industry largely determines the state of the country's economy as a whole. In turn, profitability significantly depends on the quality of raw materials, since the costs of transporting and refining oil and bringing the quality indicators of the final product to the norms established by national or international standards depend on it.

В то же время в своем источнике (скважине, промысле) показатели качества могут иметь значительные вариации, и нефть различных месторождений значительно (на порядок и более) различается как по углеводородному составу, так и по содержанию примесей. Основными примесями, определяющими товарные качества нефти, являются сера и хлористые соли хлориды натрия, калия и магния. Содержание их в нефти, поступающей на отечественные нефтеперерабатывающие заводы регламентировано ГОСТ 9965-76 Нефть. Степень подготовки для нефтеперерабатывающих предприятий. Технические условия.At the same time, quality indicators can have significant variations in their source (well, field), and oil from various fields significantly (by an order of magnitude or more) varies both in hydrocarbon composition and in the content of impurities. The main impurities that determine the commercial quality of oil are sulfur and chloride salts of sodium, potassium and magnesium chlorides. Their content in oil supplied to domestic refineries is regulated by GOST 9965-76 Oil. Degree of training for refineries. Technical conditions

Поскольку технологический процесс получения из нефти того или иного продукта зависит от класса нефти, устанавливаемого ГОСТ 9965-76 в зависимости от массовой доли серы в сырой нефти, при транспортировании ее по магистральным трубопроводам на нефтеперекачивающих станциях должно производится экспрессное определение в потоке нефти содержания серы.Since the technological process of obtaining a particular product from oil depends on the class of oil established by GOST 9965-76, depending on the mass fraction of sulfur in crude oil, when transporting it through main pipelines at oil pumping stations, an express determination of the sulfur content in the oil flow should be made.

- идентификация класса нефти и выбор направления транспортирования в течение установленного времени в регионы с соответствующими профилированными нефтеперерабатывающими предприятиями.- identification of the oil class and the choice of transportation direction for the established time to the regions with the corresponding profiled oil refineries.

Если от содержания серы существенно зависит как цена сырой нефти, так и расходы на ее переработку, то от содержания хлористых солей зависят амортизационные расходы, связанные с коррозией нефтепроводов, железнодорожных цистерн и танков нефтеналивных судов. Согласно ГОСТ 9965-76 нефть, в зависимости от содержания в ней хлористых солей, делится на три группы.Whereas both the price of crude oil and the cost of its refining substantially depend on the sulfur content, the depreciation costs associated with the corrosion of oil pipelines, railway tanks and tanks of oil vessels depend on the content of chloride salts. According to GOST 9965-76, oil, depending on the content of chloride salts in it, is divided into three groups.

Из изложенного следует, что оперативное и точное определение этих примесей в сырой нефти, как для поставщика, так и для потребителя, является важным элементом производственного процесса.It follows from the foregoing that the prompt and accurate determination of these impurities in crude oil, both for the supplier and for the consumer, is an important element of the production process.

Таким образом, задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является создание устройства для экспрессного измерения содержания примесей, преимущественно серы и хлористых солей, в потоке нефти, которое обеспечивало бы повышение точности отнесения транспортируемой нефти к соответствующему классу или группе по национальным или международным стандартам в зависимости от содержания в ней серы или хлористых солей, что будет содействовать прибыльности отрасли.Thus, the task to which the claimed utility model is directed is to create a device for the rapid measurement of the content of impurities, mainly sulfur and chloride salts, in the oil stream, which would increase the accuracy of classifying the transported oil to the corresponding class or group according to national or international standards depending on the content of sulfur or chloride salts in it, which will contribute to the profitability of the industry.

При осуществлении полезной модели достигается технический результат, выражаемый в снижении относительной погрешности измерения содержания серы и хлористых солей в нефти без использования радионуклидного источника нейтроновWhen implementing the utility model, a technical result is achieved, expressed in the reduction of the relative error in measuring the content of sulfur and chloride salts in oil without using a radionuclide source of neutrons

с повышенным потоком нейтронов, увеличения времени измерения и увеличения числа детекторов гамма-излучения.with an increased neutron flux, an increase in the measurement time and an increase in the number of gamma-ray detectors.

В известном устройстве, включающем выполненную в виде цилиндрического сосуда со входным и выходным патрубками для подключения к нефтепроводу измерительную камеру, внутри которой на расстоянии друг от друга расположены заключенные в герметичные оболочки радионуклидный источник нейтронов и сцинтилляционный детектор гамма-излучения, аппаратуру обработки поступающей измерительной информации и средства отображения и документирования результатов измерений:In the known device, which is made in the form of a cylindrical vessel with inlet and outlet nozzles for connecting to the oil pipeline, a measuring chamber, inside of which at a distance from each other there is a radionuclide neutron source and a gamma-ray scintillation detector enclosed in airtight shells, equipment for processing incoming measurement information and means for displaying and documenting measurement results:

введен по меньшей мере один детектор тепловых нейтронов, заключенный в герметичную оболочку;at least one thermal neutron detector is introduced, enclosed in an airtight shell;

радионуклидный источник нейтронов помещен в контейнер из снижающего поток гамма-излучения материала;a radionuclide source of neutrons is placed in a container from a material that reduces the gamma radiation flux;

сцинтиллятор детектора гамма-излучения помещен в стакан с веществом, снижающим поток тепловых нейтронов.the scintillator of the gamma radiation detector is placed in a glass with a substance that reduces the thermal neutron flux.

Отличительные от прототипа существенные признаки заявляемой полезной модели:Distinctive from the prototype of the essential features of the claimed utility model:

помещение радионуклидного источника нейтронов в контейнер из снижающего поток гамма-излучения материала;placing a radionuclide neutron source in a container from a material that reduces the gamma radiation flux;

помещение сцинтиллятора детектора гамма-излучения в стакан с веществом, снижающим поток тепловых нейтронов - обеспечивают уменьшение фоновой компоненты нейтронного и гамма-излучения, воздействующей на детектор гамма-излучения, за счет поглощения собственного гамма-излучения источника нейтронов в материале контейнера и поглощения тепловых нейтронов в веществе стакана. Это, в свою очередь, обеспечивает снижение относительной погрешности измеренияplacing the scintillator of the gamma radiation detector in a glass with a substance that reduces the thermal neutron flux — they reduce the background component of the neutron and gamma radiation acting on the gamma radiation detector by absorbing its own gamma radiation from a neutron source in the container material and absorbing thermal neutrons in substance of a glass. This, in turn, provides a reduction in the relative measurement error

содержания серы и хлористых солей в нефти без использования радионуклидного источника нейтронов с повышенным потоком нейтронов, увеличения времени измерения и увеличения числа детекторов гамма-излучения.sulfur and chloride salts in oil without the use of a radionuclide neutron source with an increased neutron flux, an increase in the measurement time and an increase in the number of gamma-ray detectors.

Отличительный от прототипа существенный признак заявляемой полезной модели - снабжение устройства по меньшей мере одним детектором тепловых нейтронов - обеспечивает получение информации о величине плотности потока тепловых нейтронов в измерительной камере, используемой при нормировании измеренной плотности потока захватного гамма-излучения в энергетических диапазонах серы и хлора. Нормирование измеренной плотности потока захватного гамма-излучения в энергетических диапазонах серы и хлора на плотность потока тепловых нейтронов в измерительной камере делает результаты измерения содержания серы и хлористых солей независимыми от вариаций плотности нефти и содержания в ней водорода, наличия в нефти сильно поглощающих нейтроны микропримесей. Это, в свою очередь, также обеспечивает снижение относительной погрешности измерения содержания серы и хлористых солей в нефти без использования радионуклидного источника нейтронов с повышенным потоком нейтронов, увеличения времени измерения и увеличения числа детекторов гамма-излучения.The essential feature of the claimed utility model, distinctive from the prototype, that the device is equipped with at least one thermal neutron detector, provides information on the magnitude of the thermal neutron flux density in the measuring chamber used to normalize the measured flux density of capture gamma radiation in the energy ranges of sulfur and chlorine. Normalization of the measured flux density of capture gamma radiation in the energy ranges of sulfur and chlorine to the flux density of thermal neutrons in the measuring chamber makes the results of measuring the content of sulfur and chloride salts independent of variations in the density of oil and its hydrogen content, the presence of microimpurities strongly absorbing neutrons in the oil. This, in turn, also provides a decrease in the relative error in measuring the content of sulfur and chloride salts in oil without using a radionuclide source of neutrons with an increased neutron flux, increasing the measurement time and increasing the number of gamma radiation detectors.

Таким образом, вышеперечисленная совокупность существенных признаков заявляемой полезной модели обеспечивает получение технического результата, заключающегося в снижении относительной погрешности измерения содержания серы иThus, the above set of essential features of the claimed utility model provides a technical result, which consists in reducing the relative error in measuring sulfur content and

,,

хлористых солей в нефти без использования радионуклидного источника нейтронов с повышенным потоком нейтронов, увеличения времени измерения и увеличения числа детекторов гамма-излучения, во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.chloride salts in oil without using a radionuclide neutron source with an increased neutron flux, increasing the measurement time and increasing the number of gamma-ray detectors, in all cases to which the requested scope of legal protection applies.

Сущность полезной модели поясняется чертежами:The essence of the utility model is illustrated by drawings:

на фиг.1 показан общий вид измерительной камерыfigure 1 shows a General view of the measuring chamber

устройства в разрезе;sectional devices;

на фиг.2 приведена схема электрическая структурнаяfigure 2 shows the electrical structural diagram

устройства.devices.

Устройство для измерения содержания примесей, преимущественно серы и хлористых солей, в потоке нефти содержит измерительную камеру (см.фиг.1), аппаратуру обработки поступающей измерительной информации и средства отображения и документирования результатов измерений (см.фиг.2).A device for measuring the content of impurities, mainly sulfur and chloride salts, in the oil stream contains a measuring chamber (see figure 1), equipment for processing incoming measurement information and means for displaying and documenting measurement results (see figure 2).

Измерительная камера выполнена в виде цилиндрического сосуда 1 со входным 2 и выходным 3 патрубками для возможности подключения ее к нефтепроводу. Сосуд рассчитан на внутреннее давление, равное рабочему давлению в магистральном трубопроводе. Внутри сосуда в диаметральном направлении и на расстоянии друг от друга установлены трубы 4, 5, и 6 с заглушенными торцами со стороны внутреннего объема сосуда. Трубы закреплены в стенках сосуда путем сварки и рассчитаны на внешнее давление, равное рабочему давлению в магистральном трубопроводе. В трубе 4 расположен контейнер 7, внутрь которого помещен радионуклидный источникThe measuring chamber is made in the form of a cylindrical vessel 1 with input 2 and output 3 nozzles for the possibility of connecting it to the oil pipeline. The vessel is designed for internal pressure equal to the working pressure in the main pipeline. Inside the vessel in the diametrical direction and at a distance from each other, pipes 4, 5, and 6 are installed with plugged ends from the side of the internal volume of the vessel. The pipes are fixed in the walls of the vessel by welding and are designed for an external pressure equal to the working pressure in the main pipeline. A container 7 is located in the pipe 4, inside of which a radionuclide source is placed

У 95-/ 3УU 95- / 3U

нейтронов 8. В трубе 5 установлен детектор гамма-излучения 9, причем его чувствительный элемент 10 - сцинтиллятор - помещен в расположенный внутри трубы стакан 11 с веществом 12. В трубе 6 размещен детектор тепловых нейтронов 13. Контейнер 7, представляющий из себя цилиндр с внутренней полостью для размещения радионуклидного источника 8, выполнен из снижающего поток гамма-излучения материала. В качестве его используется свинец или висмут, причем последний более предпочтителен из-за низкого уровня захватного гамма-излучения при облучении тепловыми нейтронами. Находящееся в стакане 11 вещество 12 снижает поток тепловых нейтронов. В качестве его лучше всего использовать литиевосодержащие соединения, например, карбонат лития, фторид лития и фосфат лития из-за низкого выхода захватного гамма-излучения при радиационном захвате тепловых нейтронов литием. Материал труб 4, 5 и 6 не должен содержать элементов с большим сечением захвата тепловых нейтронов с тем, чтобы исключить большой уровень захватного гамма-излучения. В связи с этим трубы выполняются из циркониевых сплавов, стеклопластика или алюминия. Радионуклидный источник нейтронов должен обладать сравнительно мягким спектром нейтронов, низким уровнем и энергией собственного гамма-излучения, а также возможно большим периодом полураспада. Наиболее близки к этим требованиям радионуклидные источники (америций-241+бор) и калифорний-252, которые могут быть использованы в устройстве. Аппаратура обработки поступающей измерительной информации включает два дискриминатора импульсов 14 и 15 с энергетическими порогами, сответствующими порогам регистрацииneutrons 8. A gamma radiation detector 9 is installed in the pipe 5, and its sensing element 10, a scintillator, is placed in a glass 11 with a substance 12 inside the pipe. A thermal neutron detector 13 is placed in the pipe 6. A container 7, which is a cylinder with an internal the cavity for accommodating the radionuclide source 8 is made of a material that reduces the gamma radiation flux. It uses lead or bismuth, the latter being more preferable due to the low level of capture gamma radiation when irradiated with thermal neutrons. The substance 12 located in the glass 11 reduces the flux of thermal neutrons. It is best used as lithium-containing compounds, for example, lithium carbonate, lithium fluoride and lithium phosphate due to the low yield of capture gamma radiation during radiation capture of thermal neutrons by lithium. The material of pipes 4, 5 and 6 should not contain elements with a large capture cross section of thermal neutrons in order to exclude a large level of capture gamma radiation. In this regard, the pipes are made of zirconium alloys, fiberglass or aluminum. A radionuclide source of neutrons should have a relatively soft neutron spectrum, a low level and energy of its own gamma radiation, and also a possibly long half-life. The closest to these requirements are radionuclide sources (americium-241 + boron) and California-252, which can be used in the device. The processing equipment for incoming measurement information includes two pulse discriminators 14 and 15 with energy thresholds corresponding to registration thresholds

захватного гамма-излучения серы и хлора, счетчики импульсов 16, 17 и 18, измеряющих количество дискретных электрических сигналов, поступающих на их входы за время измерения, и ЭВМ 19.capture gamma radiation of sulfur and chlorine, pulse counters 16, 17 and 18, measuring the number of discrete electrical signals received at their inputs during the measurement, and the computer 19.

Средства отображения и документирования результатов измерений имеет световое показывающее табло или дисплей 21 и цифропечатающее устройство 22.Means for displaying and documenting the measurement results has a light display board or display 21 and a digital printing device 22.

Устройство, подключенное к нефтепроводу, работает следующим образом.The device connected to the pipeline works as follows.

Быстрые нейтроны, испускаемые радионуклидным источником 8, замедляются до тепловой энергии на ядрах водорода нефти, прокачиваемой через сосуд 1. Тепловые нейтроны захватываются ядрами элементов, содержащихся в нефти, и, в том числе, ядрами серы и хлора. При этом число захватов на ядрах данного элемента пропорционально числу ядер этого элемента в единице объема и сечению радиационного захвата. После захвата нейтрона ядром происходит мгновенное испускание гамма-излучения (захватное гамма-излучение). Спектр этого излучения линейчатый и может содержать от одной (водород) до нескольких десятков линий (тяжелые элементы). Энергия и интенсивность линий являются характеристиками элемента. Гамма-излучение регистрируется детектором гамма-излучения 9, обладающим спектральной чувствительностью. Электрические сигналы от детектора гамма-излучения 9 поступают на вход дискриминатораFast neutrons emitted by a radionuclide source 8 slow down to thermal energy on the hydrogen nuclei of the oil pumped through the vessel 1. Thermal neutrons are captured by the nuclei of elements contained in the oil, including sulfur and chlorine nuclei. The number of captures on the nuclei of a given element is proportional to the number of nuclei of this element per unit volume and the radiation capture cross section. After neutron capture by the nucleus, instantaneous emission of gamma radiation (capture gamma radiation) occurs. The spectrum of this radiation is linear and can contain from one (hydrogen) to several tens of lines (heavy elements). The energy and intensity of the lines are characteristics of the element. Gamma radiation is detected by a gamma radiation detector 9 having spectral sensitivity. Electrical signals from the gamma radiation detector 9 are fed to the input of the discriminator

14,пропускающего импульсы с амплитудой, соответствующей энергии около 4 МэВ (порог серы), и на вход дискриминатора14, which transmits pulses with an amplitude corresponding to an energy of about 4 MeV (sulfur threshold), and to the discriminator input

/ у/ y

сигналы с выхода дискриминаторов 14 и 15 поступают на вход счетчиков импульсов 16 и 17 соответственно, измеряющих количество этих сигналов за время измерения, после чего информация в цифровом коде передается в ЭВМ 19 для обработки по заранее введенной программе. Одновременно с регистрацией гамма-излучения производится измерение величины плотности потока тепловых нейтронов в измерительной камере, которая используется при нормировании измеренной плотности потока захватного гамма-излучения в энергетических диапазонах серы и хлора. Электрические сигналы от детектора тепловых нейтронов 13 поступают на вход счетчика импульсов 18 и, далее, информация в цифровом коде передается в ЭВМ 19 для обработки совместно с информацией по регистрации захватного гамма-излучения.the signals from the output of discriminators 14 and 15 are fed to the input of pulse counters 16 and 17, respectively, measuring the number of these signals during the measurement, after which the information in a digital code is transmitted to computer 19 for processing according to a previously entered program. Simultaneously with the registration of gamma radiation, the thermal neutron flux density is measured in the measuring chamber, which is used to normalize the measured flux density of capture gamma radiation in the energy ranges of sulfur and chlorine. Electrical signals from the thermal neutron detector 13 are fed to the input of the pulse counter 18 and, further, the information in a digital code is transmitted to a computer 19 for processing together with information on registration of capture gamma radiation.

Содержание серы Cs и хлора Сс1 (в г/кг) в нефти определяется из системы уравнений:The sulfur content of Cs and chlorine Cc1 (in g / kg) in oil is determined from the system of equations:

Ыэ1 - Cs.Ssl + Ccl.ScllBe1 - Cs.Ssl + Ccl.Scll

Ыэ2 Cs.Ss2 + Ccl.Scl2(1)ES2 Cs.Ss2 + Ccl.Scl2 (1)

где: Ыэ1 и Мэ2 - скорость счета эффекта в энергетическихwhere: Be1 and Me2 is the counting rate of the effect in energy

диапазонах, содержащих линии захватного гамма-излучения серы и хлора соответственно, имп/с;ranges containing capture lines of gamma radiation of sulfur and chlorine, respectively, imp / s;

Ssl и Sell - эффективность регистрации излучения серы и хлора соответственно в энергетическом диапазоне, содержащем линии захватного гамма-излучения серы,, имп.л/с.г;Ssl and Sell are the detection efficiencies of sulfur and chlorine radiation, respectively, in the energy range containing sulfur capture gamma radiation lines, imp.l / sg;

и хлора соответственно в энергетическом диапазоне, содержащем линии захватного гамма-излучения хлора, имп.л/с.г.and chlorine, respectively, in the energy range containing the capture line of gamma radiation of chlorine, imp.l / s.g.

Эффективности Ssl, Sell, Ss2 и Scl2 определяются при градуировке устройства.The efficiencies Ssl, Sell, Ss2 and Scl2 are determined when calibrating the device.

Результаты обработки в виде среднего за время измерения значения величины содержания в нефти серы и хлористых солей отображаются на табло 21 и документируются при помощи цифропечатающего устройства 22.The processing results in the form of the average value of the value of the content of sulfur and chloride salts in oil are displayed on the scoreboard 21 and are documented using a digital printing device 22.

Таким образом, измерение при помощи заявленного устройства интенсивности группы линий в определенных участках .энергетического спектра, позволяет определить содержание серы и хлора в нефти. При этом относительная погрешность измерения содержания серы и хлора определяется выражением:Thus, the measurement using the claimed device the intensity of the group of lines in certain sections of the energy spectrum, allows you to determine the content of sulfur and chlorine in oil. In this case, the relative error in measuring the sulfur and chlorine content is determined by the expression:

S . ( )(2)S. () (2)

где: А - коэффициент пропорциональности;where: A is the coefficient of proportionality;

Q - поток нейтронов радионуклидного источника, нейтрон/с;Q - neutron flux of a radionuclide source, neutron / s;

F - площадь поперечного сечения детектора гамма-излучения, кв.см;F is the cross-sectional area of the gamma radiation detector, sq.cm;

Ыф - скорость счета, регистрируемая детектором гаммаизлучения от фоновой компоненты излучения, имп/с;Nf is the count rate recorded by the gamma radiation detector from the background radiation component, imp / s;

-Is2А Мф 0,5-Is2A Mf 0.5

QF ТQF T

Из формулы (2) видно, что снижение относительной погрешности S без использования радионуклидного источника нейтронов с повышенным потоком нейтронов (т.е. без увеличения Q), увеличения времени измерения (т.е. без увеличения Т) и увеличения числа детекторов гамма-излучения (т.е. без увеличения F) возможно только за счет снижения фоновой компоненты излучения Ыф, воздействующей на детектор гамма-излучения.From formula (2) it is seen that a decrease in the relative error S without the use of a radionuclide neutron source with an increased neutron flux (i.e., without an increase in Q), an increase in the measurement time (i.e., without an increase in T), and an increase in the number of gamma-ray detectors (i.e., without increasing F) is possible only due to a decrease in the background radiation component Lf acting on the gamma-ray detector.

Суммарная скорость счета, регистрируемая детектором гамма-излучения от фоновой компоненты излучения, составляет:The total count rate recorded by the gamma radiation detector from the background radiation component is:

Ыф N1 + N2 + N3 + N4 + N5 + N6 + N7 (3)Nf N1 + N2 + N3 + N4 + N5 + N6 + N7 (3)

где: N1 - собственное гамма-излучение радионуклидного источника нейтронов;where: N1 - own gamma radiation of a radionuclide neutron source;

N2 - быстрые нейтроны радионуклидного источника нейтронов;N2 - fast neutrons of a radionuclide source of neutrons;

N3 - тепловые нейтроны;N3 - thermal neutrons;

N4 - гамма-излучение, испускаемое при захвате тепловых нейтронов ядрами водорода нефти;N4 - gamma radiation emitted during the capture of thermal neutrons by oil hydrogen nuclei;

N5 - гамма-излучение, испускаемое при захвате тепловых нейтронов ядрами конструкционных материалов;N5 - gamma radiation emitted during the capture of thermal neutrons by nuclei of structural materials;

N6 - гамма-излучение, испускаемое при захвате тепловых нейтронов ядрами неконтролируемых примесей, содержащихся в нефти;N6 - gamma radiation emitted during the capture of thermal neutrons by nuclei of uncontrolled impurities contained in oil;

N7 - космическое излучение.N7 - cosmic radiation.

/j)- / j) -

удалении радионуклидного источника нейтронов 8 от детектора гамма-излучения 9. Использование для труб 4, 5, и 6 конструкционных материалов с небольшим сечением захвата тепловых нейтронов или плакирование их защитным слоем, поглощающим тепловые нейтроны, подавляет в той или иной мере компоненту фонового излучения N5. Собственное гамма-излучение радионуклидного источника нейтронов 8 (компонента N1) ослабляется висмутом или свинцом, из которого выполнен содержащий этот источник контейнер 7. И, наконец, воздействие на детектор гамма-излучения тепловых нейтронов (компонента N3), уменьшается за счет поглощения их в литиевосодержащем веществе 12, экранирующим сцинтиллятор 10 детектора гамма-излучения 9.removing the radionuclide source of neutrons 8 from the gamma-ray detector 9. Using pipes 4, 5, and 6 with structural materials with a small capture cross section of thermal neutrons or cladding them with a protective layer that absorbs thermal neutrons suppresses to some extent the background radiation component N5. The intrinsic gamma radiation of the radionuclide neutron source 8 (component N1) is attenuated by bismuth or lead from which the container 7 is made. This source, and finally, the effect of thermal neutrons on the gamma radiation detector (component N3), is reduced due to their absorption in lithium-containing substance 12 screening the scintillator 10 of the gamma radiation detector 9.

Следовательно, за счет уменьшения составляющих N1 и N2 обеспечивается снижение суммарной скорости счета, регистрируемой детектором гамма-излучения, от фоновой компоненты излучения Ыф, определяемой выражением (3), что, в свою очередь, приводит к уменьшению относительной погрешности измерения содержания серы и хлора s в соответствии с формулой (2).Therefore, by reducing the components N1 and N2, the total counting rate recorded by the gamma radiation detector is reduced from the background radiation component фф defined by expression (3), which, in turn, leads to a decrease in the relative error in measuring the sulfur and chlorine content s in accordance with the formula (2).

Далее, для осуществления возможности нормирования измеренной плотности потока захватного гамма-излучения в энергетических диапазонах серы и хлора на плотность потока тепловых нейтронов в измерительной камере, необходимо произвести измерения плотности потока тепловых нейтронов по всему объему нефти, находящемуся в пространстве между радионуклидным источником нейтронов 8 и детектором гамма-излучения 9 (т.е. несколькими детекторами тепловых нейтронов), или по меньшей мере в одном, наиболее представительном месте (т.е. однимFurther, in order to realize the possibility of normalizing the measured flux density of capture gamma radiation in the energy ranges of sulfur and chlorine to the thermal neutron flux density in the measuring chamber, it is necessary to measure the thermal neutron flux density over the entire volume of oil in the space between the radionuclide neutron source 8 and the detector gamma radiation 9 (i.e., multiple thermal neutron detectors), or at least one, most representative location (i.e., one

( детектором тепловых нейтронов). (thermal neutron detector).

Неконтролируемые вариации свойств нефти - плотность, влияющая на коэффициент ослабления гамма-излучения, содержание водорода, влияющее на величину потока тепловых нейтронов, содержание не подвергающимся анализу элементов в нефти, влияющее как на величину потока тепловых нейтронов, так и на величину фонового излучения в анализируемом диапазоне энергий захватного гамма-излучения - могут приводить к существенному увеличению погрешности определения содержания серы и хлора.Uncontrolled variations in the properties of oil - density, which affects the attenuation coefficient of gamma radiation, hydrogen content, which affects the magnitude of the thermal neutron flux, content of non-analyzable elements in oil, which affects both the thermal neutron flux and the background radiation in the analyzed range capture gamma radiation energies - can lead to a significant increase in the error in determining the sulfur and chlorine content.

Выполненые на предприятии расчетные оценки показали:The estimates made at the enterprise showed:

возможные вариации плотности нефти могут приводить к изменению плотности потока гамма-излучения в диапазоне 4 - 8 МэВ на расстоянии 40 см от источника нейтронов в пределах 7%;possible variations in the oil density can lead to a change in the density of the gamma radiation flux in the range of 4-8 MeV at a distance of 40 cm from the neutron source within 7%;

возможные вариации содержания водорода в нефти могут приводить к изменению плотности потока тепловых нейтронов в углеводородной среде на расстоянии 30 см от источника нейтронов в пределах 15%;possible variations in the hydrogen content in oil can lead to a change in the flux density of thermal neutrons in the hydrocarbon medium at a distance of 30 cm from the neutron source within 15%;

появление в нефти заметных концентраций элементов с большим сечением поглощения тепловых нейтронов (бор, кобальт, кадмий и др.) может приводить к уменьшению плотности потока тепловых нейтронов в измерительной камере вплоть до 45%.the appearance in oil of noticeable concentrations of elements with a large absorption cross section of thermal neutrons (boron, cobalt, cadmium, etc.) can lead to a decrease in the density of the flux of thermal neutrons in the measuring chamber by up to 45%.

Однако, если произвести нормирование величин эффективности Ssl, Sell, Ss2 и Scl2, определяемых при градуировке устройства, и скорости счета эффекта Ыэ1 и Ыэ2, определяемых в процессе эксплуатации устройства, на измеренные в процессе градуировки и эксплуатации соответственно плотностиHowever, if we normalize the values of the efficiency Ssl, Sell, Ss2 and Scl2, which are determined during the calibration of the device, and the counting rate of the effect Li1 and Li2, determined during the operation of the device, to the densities measured during calibration and operation, respectively

1 9S-f092-31 9S-f092-3

-i6потока тепловых нейтронов в измерительной камере, то результат измерения содержания серы и хлористых солей в нефти не будет зависить от возможных вариаций плотности нефти, содержания в ней водорода и элементов с большими сечением поглощения тепловых нейтронов. При этом снижается относительная погрешность определения содержания серы и хлора.-i6 thermal neutron flux in the measuring chamber, the result of measuring the content of sulfur and chloride salts in oil will not depend on possible variations in the density of oil, its hydrogen content and elements with a large absorption cross section of thermal neutrons. This reduces the relative error in determining the sulfur and chlorine content.

Таким образом, введение в заявляемое устройство по меньшей мере одного детектора тепловых нейтронов 13, размещение радионуклидного источника нейтронов 8 в контейнере 7 из снижающего поток гамма-излучения материала и помещение сцинтиллятора 10 детектора гамма-излучения 9 в стакан 11 со снижающим поток тепловых нейтронов веществом 12, обеспечивает получение технического результата - снижение относительной погрешности измерения содержания серы и хлористых солей в нефти без использования радионуклидного источника нейтронов с повышенным потоком нейтронов, увеличения времени измерения и увеличения числа детекторов гамма-излучения.Thus, the introduction of at least one thermal neutron detector 13 into the inventive device, placement of a radionuclide neutron source 8 in a container 7 from a material that reduces the gamma radiation flux and placing the scintillator 10 of the gamma radiation detector 9 in the glass 11 with the thermal neutron flux reducing substance 12 provides a technical result - a decrease in the relative error in measuring the content of sulfur and chloride salts in oil without the use of a radionuclide source of neutrons with increased sweat com of neutrons, increasing the measurement time and increasing the number of gamma-ray detectors.

9Ь(ЗУ  9b (memory

Claims (1)

Устройство для измерения содержания примесей, преимущественно серы и хлористых солей, в потоке нефти, включающее выполненную в виде цилиндрического сосуда с входным и выходным патрубками для подключения к нефтепроводу измерительную камеру, внутри которой на расстоянии друг от друга расположены заключенные в герметичные оболочки радионуклидный источник нейтронов и сцинтилляционный детектор гамма-излучения, аппаратуру обработки поступающей измерительной информации и средства отображения и документирования результатов измерений, отличающееся тем, что оно снабжено по меньшей мере одним детектором тепловых нейтронов, заключенным в герметичную оболочку, радионуклидный источник нейтронов помещен в контейнер из снижающего поток гамма-излучения материала, а сцинтиллятор детектора гамма-излучения помещен в стакан с веществом, снижающим поток тепловых нейтронов.A device for measuring the content of impurities, mainly sulfur and chloride salts, in the oil stream, including a measuring chamber made in the form of a cylindrical vessel with inlet and outlet pipes for connecting to the oil pipeline, inside of which a radionuclide source of neutrons enclosed in sealed envelopes are located and gamma scintillation detector, equipment for processing incoming measurement information and means for displaying and documenting measurement results, from characterized in that it is equipped with at least one thermal neutron detector enclosed in a sealed envelope, a radionuclide neutron source is placed in a container from a material that reduces the gamma radiation flux, and a scintillator of the gamma radiation detector is placed in a glass with a substance that reduces the thermal neutron flux.
RU95109234/20U 1995-06-07 1995-06-07 DEVICE FOR MEASURING THE CONTENT OF IMPURITIES, PREVIOUSLY OF SULFUR AND CHLORIDE SALTS, IN THE OIL FLOW RU2309U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU95109234/20U RU2309U1 (en) 1995-06-07 1995-06-07 DEVICE FOR MEASURING THE CONTENT OF IMPURITIES, PREVIOUSLY OF SULFUR AND CHLORIDE SALTS, IN THE OIL FLOW

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU95109234/20U RU2309U1 (en) 1995-06-07 1995-06-07 DEVICE FOR MEASURING THE CONTENT OF IMPURITIES, PREVIOUSLY OF SULFUR AND CHLORIDE SALTS, IN THE OIL FLOW

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2309U1 true RU2309U1 (en) 1996-06-16

Family

ID=48264623

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU95109234/20U RU2309U1 (en) 1995-06-07 1995-06-07 DEVICE FOR MEASURING THE CONTENT OF IMPURITIES, PREVIOUSLY OF SULFUR AND CHLORIDE SALTS, IN THE OIL FLOW

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2309U1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4209695A (en) Detection of impurities in fluid flowing in refinery pipeline or oil production operations using nuclear techniques
Veal et al. A Rapid Method for the Direct Determination of Elemental Oxygen by Activation with Fast Neutrons.
US2957986A (en) Means of studying oil consumption in an engine
CN1100835A (en) Sensitivity enhancement for airborne radioactivity monitoring system to detect reactor coolant leaks
US4590377A (en) In situ isotopic meat grader
CN109406553B (en) Online measuring device and method for determining concentration by gamma absorption method
US5083029A (en) Measuring water content by neutron thermalization
JPS6233544B2 (en)
CA1115859A (en) Determining the water cut and water salinity in an oil water flow stream by measuring the sulfur content of the produced oil
RU2309U1 (en) DEVICE FOR MEASURING THE CONTENT OF IMPURITIES, PREVIOUSLY OF SULFUR AND CHLORIDE SALTS, IN THE OIL FLOW
US4200789A (en) Measuring oil and water cuts in a multiphase flowstream with elimination of the effects of gas in determining the liquid cuts
WO2020133767A1 (en) Multiphase flow total cross-section phase fraction measuring device and method based on ray coincidence measurement
CN101017126B (en) Method for online measuring density by double detector and online densimeter
US5412217A (en) Density-moisture measuring apparatus
CA1088680A (en) Detection of impurities in fluid flowing in refinery pipeline or oil production operations using nuclear techniques
US3389254A (en) Method and apparatus for nondestructive determination of u235 in uranium
CN201780277U (en) On-line detection device with full-section scanning effect
US3332744A (en) Radiometric method for plant stream control in potash and phosphate recovery processes
US10209109B2 (en) Nuclear flowmeter for measurements in multiphase flows
CN104154973A (en) Calibration method for radioactive level gauge for urea synthesis tower
US3035172A (en) Radiation counter
NO792391L (en) METHOD AND APPARATUS FOR MEASURING THE WATER CONTENT IN RAW OIL
WO2003021234A1 (en) Density/level gauge having ultra-low activity gamma-ray source
JPS6171341A (en) Component analyzing method
Thurnau Gamma absorptiometer for solutions of heavy metal salts