RU2559119C1 - Device for determination of multiphase fluid flow components - Google Patents

Device for determination of multiphase fluid flow components Download PDF

Info

Publication number
RU2559119C1
RU2559119C1 RU2014122059/28A RU2014122059A RU2559119C1 RU 2559119 C1 RU2559119 C1 RU 2559119C1 RU 2014122059/28 A RU2014122059/28 A RU 2014122059/28A RU 2014122059 A RU2014122059 A RU 2014122059A RU 2559119 C1 RU2559119 C1 RU 2559119C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ray
radiation
pipe
source
analyzer
Prior art date
Application number
RU2014122059/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Алексей Сергеевич Гоголев
Роман Олегович Резаев
Юрий Михайлович Черепенников
Original Assignee
Алексей Сергеевич Гоголев
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 Алексей Сергеевич Гоголев filed Critical Алексей Сергеевич Гоголев
Priority to RU2014122059/28A priority Critical patent/RU2559119C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2559119C1 publication Critical patent/RU2559119C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)

Abstract

FIELD: physics.SUBSTANCE: claimed device comprises X-ray radiation source and detector arranged on opposite sides of multiphase fluid carrying pipe. Pressure transducer is connected to the pipe along with X-ray beam intensity stabilization and control unit. X-ray radiation source and wave-dispersion spectrometer are secured on one shaft perpendicular to pipe mirror axis so that X-ray radiation flows to wave-dispersion spectrometer via openings cut in said pipe. Note here that wave-dispersion spectrometer case houses the monochromatic analyzer arranged at the angle to X-radiation beam to satisfy the Bragg law terms for the line of radiation from X-ray source spectrum. Ionizing radiation scintillation counter is arranged downstream of crystalline monochromatic analyzer in direction of diffracted beam propagation. X-ray beam intensity stabilization and control unit transducer is arranged downstream of crystalline monochromatic analyzer on one axis of X-ray radiation source.EFFECT: higher accuracy and rate of analysis of multiphase flow components.2 dwg

Description

Изобретение относится к области анализа материалов радиационными методами с помощью рентгеновского излучения и может быть использовано в нефтегазовой и в химической промышленности.The invention relates to the field of analysis of materials by radiation methods using x-ray radiation and can be used in the oil and gas and chemical industries.

Известно устройство для определения компонентного состава потока многофазной жидкости [К.В. Рымаренко, «Гидродинамические исследования и многофазная расходометрия: новые возможности и принципы работы (на примере технологии Vx)», Техника и технологии, декабрь 2010, с. 30-37], содержащее радиоактивный источник на основе изотопа 133 Ва и сцинтилляционный детектор, жестко закрепленные по разные стороны трубы, по которой протекает поток многофазной жидкости. Детектор и источник закреплены на одной оси, перпендикулярной трубе так, чтобы излучение от источника к детектору проходило через специальные слабопоглащающие вставки в трубе. В случае использования в качестве трубы трубки Вентури, ось расположения источника и детектора проходит через наиболее узкое место трубки.A device for determining the component composition of a multiphase fluid flow [K.V. Rymarenko, “Hydrodynamic research and multiphase flow metering: new possibilities and principles of operation (using the Vx technology as an example)”, Technique and Technologies, December 2010, p. 30-37] comprising a radioactive source on the basis of the isotope Ba 133 and the scintillation detector is rigidly fastened on opposite sides of the pipe through which the multiphase fluid stream flows. The detector and source are fixed on the same axis perpendicular to the pipe so that the radiation from the source to the detector passes through special low-absorbing inserts in the pipe. When using a Venturi tube as a pipe, the axis of the source and detector passes through the narrowest point of the tube.

В этом устройстве используется опасный радиоактивный источник гамма-излучения, с невысокой интенсивностью потока излучения, что ведет к низкой скорости счета квантов излучения и, как следствие, увеличению времени измерения и/или увеличению статистической ошибки измерения.This device uses a dangerous radioactive source of gamma radiation, with a low intensity of the radiation flux, which leads to a low counting rate of radiation quanta and, as a result, an increase in the measurement time and / or an increase in the statistical measurement error.

Известно устройство для определения компонентного состава потока многофазной жидкости [RU 2466383 С2, МПК G01N 23/12 (2006.01), опубл. 20.06.2012], содержащее подсистему создания одноэнергетических или двухэнергетических рентгеновских лучей на основе рентгеновских аппаратов с рентгеновскими трубками, детекторную подсистему, состоящую из одного или двух наборов детекторов, подсистему управления и обработки данных на основе ЭВМ и дополнительную систему калибровки долгосрочной стабильности пучка лучей рентгеновского аппарата. При этом один или несколько рентгеновских аппаратов расположены так, что создаваемое ими рентгеновское излучение проходит через поток многофазной жидкости и попадает в набор детекторов, расположенных по другую сторону потока, и в детектор системы калибровки. Рентгеновские аппараты, набор или наборы детекторов и система калибровки связаны с ЭВМ.A device is known for determining the component composition of a multiphase fluid flow [RU 2466383 C2, IPC G01N 23/12 (2006.01), publ. 06/20/2012], containing a subsystem for creating single-energy or dual-energy X-rays based on X-ray apparatus with X-ray tubes, a detection subsystem consisting of one or two sets of detectors, a computer-based control and data processing subsystem, and an additional system for calibrating the long-term stability of the X-ray beam . In this case, one or more X-ray apparatuses are arranged so that the X-ray radiation generated by them passes through the multiphase fluid stream and enters a set of detectors located on the other side of the stream and into the detector of the calibration system. X-ray apparatus, a set or sets of detectors, and a calibration system are connected to a computer.

В этом устройстве рентгеновские аппараты создают излучение со сложной спектральной структурой, а не моноэнергетические пучки излучения, что приводит к увеличению систематических и статистических ошибок при обработке результатов и определении компонентного состава.In this device, x-ray machines generate radiation with a complex spectral structure, rather than monoenergetic radiation beams, which leads to an increase in systematic and statistical errors in processing the results and determining the component composition.

Известно устройство для определения компонентного состава потока многофазной жидкости [US 20120087467 A1, МПК G01N23/223, опубл. 12.04.2012], принятое за прототип, содержащее источник рентгеновского излучения для генерации рентгеновского пучка с линейчатым спектром вторичной флуоресценции, генерирующий излучение в диапазоне от 20 до 100 кэВ, предпочтительно около 60 кэВ, энергодисперсионный детектор, датчики для измерения диэлектрической проницаемости и/или перепада давления, второй детектор для учета рассеянного излучения и монитор интенсивности рентгеновского луча, установленные по разные стороны трубы, по которой протекает поток многофазной жидкости. Детектор и источник закреплены на одной оси, перпендикулярной трубе так, чтобы излучение от источника к детектору проходило через окна из материала с низким коэффициентом поглощения излучения, например титана, врезанные в трубу. Второй детектор закреплен на стенке трубы на одном уровне с первым детектором и источником излучения так, чтобы направление детектирования было перпендикулярно оси распространения рентгеновского луча и оси симметрии трубы. Монитор интенсивности рентгеновского луча установлен в непосредственной близости от источника излучения. Датчики для измерения диэлектрической проницаемости и/или перепада давления подключены к трубе отдельно.A device is known for determining the component composition of a multiphase fluid flow [US 20120087467 A1, IPC G01N23 / 223, publ. 04/12/2012], taken as a prototype, containing an x-ray source for generating an x-ray beam with a linear spectrum of secondary fluorescence, generating radiation in the range from 20 to 100 keV, preferably about 60 keV, an energy dispersive detector, sensors for measuring dielectric constant and / or differential pressure, a second detector for accounting for scattered radiation and an x-ray beam intensity monitor mounted on opposite sides of the pipe through which the multiphase fluid flows. The detector and the source are fixed on one axis perpendicular to the pipe so that the radiation from the source to the detector passes through windows made of a material with a low absorption coefficient of radiation, such as titanium, embedded in the pipe. The second detector is mounted on the pipe wall at the same level with the first detector and the radiation source so that the detection direction is perpendicular to the x-ray propagation axis and the symmetry axis of the pipe. An X-ray intensity monitor is installed in the immediate vicinity of the radiation source. Sensors for measuring dielectric constant and / or differential pressure are connected to the pipe separately.

Недостатком прототипа является уменьшение интенсивности характеристических линий за счет переизлучения, поскольку интенсивность вторичной флуоресценции на три порядка ниже первичной [Грязнов А.Ю. Разработка аппаратурных и методических способов повышения аналитических характеристик энергодисперсионного рентгенофлуоресцентного анализатора //Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Специальность: 05.27.02. Санкт-Петербург - 2004 г.]. Уменьшение интенсивности ведет либо к увеличению статистических ошибок при определении компонентного состава, либо к увеличению времени измерения для того, чтобы скомпенсировать ошибки. К недостаткам также относится наличие фонового излучения, которое состоит из рассеянного тормозного излучения со сплошным спектром и характеристического Kβ излучения, полная интенсивность фонового излучения сравнима с интенсивностью полезного характеристического Kα излучения, что приводит к нежелательной загрузке детектора. Кроме того, ограничением используемых в устройстве энергодисперсионных детекторов является значительная величина мертвого времени спектрометрических каналов, что ограничивает быстродействие.The disadvantage of the prototype is to reduce the intensity of the characteristic lines due to re-radiation, since the intensity of the secondary fluorescence is three orders of magnitude lower than the primary [Gryaznov A.Yu. Development of hardware and methodological methods for increasing the analytical characteristics of an energy-dispersive X-ray fluorescence analyzer // The dissertation for the degree of candidate of technical sciences. Specialty: 05.27.02. St. Petersburg - 2004]. A decrease in intensity leads either to an increase in statistical errors in determining the component composition, or to an increase in the measurement time in order to compensate for errors. The disadvantages also include the presence of background radiation, which consists of scattered bremsstrahlung with a continuous spectrum and characteristic K β radiation, the total intensity of the background radiation is comparable to the intensity of the useful characteristic K α radiation, which leads to undesirable loading of the detector. In addition, the limitation of energy dispersive detectors used in the device is a significant dead time of spectrometric channels, which limits the speed.

Задачей изобретения является повышение точности и скорости анализа компонентного состава потока многофазной жидкости.The objective of the invention is to improve the accuracy and speed of analysis of the component composition of a multiphase fluid stream.

Предложенное устройство для определения компонентного состава потока многофазной жидкости так же, как в прототипе, содержит 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.The proposed device for determining the component composition of the multiphase fluid flow, as in the prototype, contains an x-ray source and a detector mounted on opposite sides of the pipe through which the multiphase fluid flows, so that the radiation from the source to the detector passes through special windows, embedded in the pipe, from a material with a low absorption coefficient of radiation, such as titanium, a pressure measuring sensor connected to the pipe, a sensor for monitoring and stabilizing the intensity of tgenovskogo beam.

Согласно изобретению в качестве источника рентгеновского излучения выбран генератор рентгеновского излучения на основе рентгеновской трубки с одной мишенью, в качестве детектора использован сцинтилляционный счетчик ионизирующего излучения, в качестве датчика контроля и стабилизации интенсивности рентгеновского луча выбран сцинтилляционный блок детектирования рентгеновского излучения, работающий в токовом режиме. 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.According to the invention, an X-ray generator based on an X-ray tube with a single target is selected as an X-ray source, a scintillation counter of ionizing radiation is used as a detector, and a current-mode scintillation block of X-ray detection is selected as a sensor for controlling and stabilizing the X-ray intensity. The X-ray source and wave dispersion spectrometer located in the housings are rigidly fixed on opposite sides of the pipe on one axis perpendicular to the axis of symmetry of the pipe so that the radiation from the X-ray source to the wave dispersion spectrometer passes through windows cut into the pipe. A crystal monochromator analyzer is located in the body of the wave dispersive spectrometer, mounted at an angle to the beam from the x-ray source so that the Bragg condition for the emission line from the spectrum of the x-ray source is fulfilled. Behind the crystal monochromator-analyzer, a scintillation counter of ionizing radiation is installed in the direction of diffracted beam propagation. The X-ray intensity control and stabilization sensor is installed behind the crystalline monochromator-analyzer on the same axis as the X-ray source. The temperature sensor for the multiphase liquid is embedded in the pipe. X-ray source, X-ray intensity control and stabilization sensor, multiphase liquid pressure and temperature sensors, ionizing radiation scintillation counter are connected to a computer.

В предложенном устройстве использование источника рентгеновского излучения с одной мишенью (без вторичной мишени) исключает этап переизлучения (возбуждения вторичной флуоресценции), что позволяет увеличить интенсивность рентгеновского излучения, используемого для анализа компонентного состава потока многофазной жидкости, так как интенсивность вторичной флуоресценции на три порядка ниже первичной [Грязнов А.Ю. Разработка аппаратурных и методических способов повышения аналитических характеристик энергодисперсионного рентгенофлуоресцентного анализатора //Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Специальность: 05.27.02. Санкт-Петербург - 2004 г.]. Использование кристаллического монохроматора-анализатора позволяет снизить потери интенсивности рентгеновского излучения при получении монохроматического излучения, так как потери интенсивности определяются коэффициентом отражения излучения в направлении дифракции, составляющим величину не менее 50%. 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:In the proposed device, the use of an x-ray source with one target (without a secondary target) eliminates the stage of re-radiation (excitation of secondary fluorescence), which allows to increase the intensity of x-rays used to analyze the component composition of the multiphase fluid flow, since the intensity of the secondary fluorescence is three orders of magnitude lower than the primary [Gryaznov A.Yu. Development of hardware and methodological methods for increasing the analytical characteristics of an energy-dispersive X-ray fluorescence analyzer // The dissertation for the degree of candidate of technical sciences. Specialty: 05.27.02. St. Petersburg - 2004]. The use of a crystalline monochromator-analyzer can reduce the loss of x-ray intensity when receiving monochromatic radiation, since the loss of intensity is determined by the reflection coefficient of radiation in the diffraction direction, which is at least 50%. An increase in the intensity of x-ray radiation leads to a decrease in the statistical measurement error and, as a consequence, to an increase in the measurement accuracy and / or a decrease in the time spent on the study, since the statistical error is determined by the formula:

Figure 00000001
Figure 00000001

где

Figure 00000002
- относительная статистическая ошибка;Where
Figure 00000002
- relative statistical error;

Figure 00000003
- среднее число квантов, зарегистрированных за секунду, которое прямо пропорционально интенсивности;
Figure 00000003
- the average number of quanta recorded per second, which is directly proportional to the intensity;

Figure 00000004
- время измерения в секундах.
Figure 00000004
- measurement time in seconds.

Кроме того, точность определения компонентного состава потока многофазной жидкости предложенного устройства выше за счет того, что оно обеспечивает меньшую относительную долю фонового излучения в спектре. Сравнение относительного распределения интенсивностей излучения в спектре для прототипа (фиг. 1 а)) и предложенного устройства (фиг 1 б)) показывает, что уровень фонового излучения в предложенном устройстве ниже примерно в 10 раз.In addition, the accuracy of determining the component composition of the multiphase fluid flow of the proposed device is higher due to the fact that it provides a smaller relative fraction of background radiation in the spectrum. A comparison of the relative distribution of radiation intensities in the spectrum for the prototype (Fig. 1 a)) and the proposed device (Fig 1 b)) shows that the background radiation level in the proposed device is about 10 times lower.

Таким образом, предлагаемое устройство для определения компонентного состава потока многофазной жидкости по сравнению с прототипом обладает повышенной точностью и скоростью анализа.Thus, the proposed device for determining the component composition of a multiphase fluid stream in comparison with the prototype has increased accuracy and speed of analysis.

На фиг. 1 приведены спектры излучения от источника рентгеновского излучения: а) - Fluor'X [US 20120087467], б) - на основе трубки БСВ-29 после отражения от кристалла вольфрама.In FIG. Figure 1 shows the emission spectra from an x-ray source: a) Fluor'X [US 20120087467], b) based on a BSV-29 tube after reflection from a tungsten crystal.

На фиг. 2 представлена схема устройства для определения компонентного состава многофазной жидкости.In FIG. 2 shows a diagram of a device for determining the component composition of a multiphase fluid.

Устройство для определения компонентного состава потока многофазной жидкости содержит источник рентгеновского излучения 1 (ИРИ) и волнодисперсионный спектрометр 2 (ВДС), размещенные в корпусах, которые жестко закреплены по разные стороны трубы 3, по которой протекает поток многофазной жидкости. Труба 3 может быть обычной цилиндрической трубой (отдельная отводная труба) или в виде трубки Вентури. При использовании трубки Вентури источник рентгеновского излучения 1 (ИРИ) и волнодисперсионный спектрометр 2 (ВДС) расположены на оси, проходящей через самое узкое место трубы 3. Источник рентгеновского излучения 1 (ИРИ) и волнодисперсионный спектрометр 2 (ВДС) закреплены на одной оси, перпендикулярной оси симметрии трубы 3 так, чтобы излучение от источника рентгеновского излучения 1 к волнодисперсионному спектрометру 2 (ВДС) проходило через окна 4 и 5 из материала с низким коэффициентом поглощения излучения, например из титана, врезанные в трубу 3.A device for determining the component composition of a multiphase fluid flow contains an X-ray source 1 (IRI) and a wave dispersive spectrometer 2 (GVA), housed in housings that are rigidly fixed on different sides of the pipe 3, through which the multiphase fluid flows. The pipe 3 may be a conventional cylindrical pipe (separate outlet pipe) or in the form of a venturi. When using a Venturi, the X-ray source 1 (IRI) and wave dispersive spectrometer 2 (GVA) are located on the axis passing through the narrowest point of the pipe 3. The X-ray source 1 (IRI) and wave dispersive spectrometer 2 (GVV) are mounted on one axis perpendicular the axis of symmetry of the pipe 3 so that the radiation from the x-ray source 1 to the wave dispersive spectrometer 2 (GVA) passed through windows 4 and 5 from a material with a low absorption coefficient of radiation, for example, titanium embedded in wow 3.

В корпусе волнодисперсионного спектрометра 2 (ВДС) расположен кристаллический монохроматор-анализатор 6, установленный под углом к лучу от источника рентгеновского излучения 1 (ИРИ) так, чтобы выполнялось условие Брэгга для линии излучения из спектра источника рентгеновского излучения 1 (ИРИ). За кристаллическим монохроматором-анализатором 6 по направлению распространения дифрагированного луча установлен сцинтилляционный счетчик ионизирующего излучения 7 (СС). Датчик контроля и стабилизации интенсивности рентгеновского излучения 8 (ДКС) установлен за кристаллическим монохроматором-анализатором 6 на одной оси с источником рентгеновского излучения 1 (ИРИ).In the case of wave dispersive spectrometer 2 (GVA), there is a crystalline monochromator-analyzer 6 installed at an angle to the beam from the X-ray source 1 (IRI) so that the Bragg condition for the emission line from the spectrum of the X-ray source 1 (IRI) is satisfied. Behind the crystal monochromator-analyzer 6, a scintillation counter of ionizing radiation 7 (CC) is installed in the direction of diffracted beam propagation. An X-ray intensity control and stabilization sensor 8 (DKS) is installed behind the crystalline monochromator-analyzer 6 on the same axis as the X-ray source 1 (IRI).

Датчики измерения давления 9 (ДД) и температуры 10 (ДТ) многофазной жидкости вмонтированы в трубу 3.Sensors for measuring pressure 9 (DD) and temperature 10 (DT) of multiphase fluid are mounted in pipe 3.

Источник рентгеновского излучения 1 (ИРИ), датчик контроля и стабилизации интенсивности рентгеновского излучения 8 (ДКС), датчики измерения давления 9 (ДД) и температуры 10 (ДТ) многофазной жидкости, сцинтилляционный счетчик ионизирующего излучения 7 (СС) соединены через соответствующие драйверы управления с ЭВМ (на фиг. 2 не показана).X-ray source 1 (IRI), X-ray intensity control and stabilization sensor 8 (DKS), sensors for measuring pressure 9 (DD) and temperature 10 (DT) of a multiphase liquid, an ionizing radiation scintillation counter 7 (SS) are connected via appropriate control drivers to A computer (not shown in FIG. 2).

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).As an X-ray source 1 (IRI), an X-ray apparatus based on a known X-ray tube can be selected, for example, a BSV-29 source with a silver anode generating polychromatic bremsstrahlung up to 60 keV and characteristic silver X-ray radiation with energies of 22 and 25 keV (lines K α and K β , respectively).

В качестве кристаллического монохроматора-анализатора 6 может быть использован кристалл вольфрама или кристалл LiF.As a crystalline monochromator-analyzer 6, a tungsten crystal or a LiF crystal can be used.

В качестве сцинтилляционного счетчика ионизирующего излучения 7 (СС) может быть использован счетчик на основе органического сцинтиллятора BC-408, производства Saint-Gobain Crystals [Франция http://www.crystals.saint-gobain.com/Crystals_Products.aspx], и кремниевого фотоэлектронного умножителя (не показан), поставляемый компанией SENSL [Ирландия, http://www.sensl.com/downloads/ds/DS-MicroFM.pdf], который позволяет получать сигнал со временем нарастания фронта импульса около 100 пс и временем восстановления менее 1 нс.As a scintillation counter of ionizing radiation 7 (CC), a counter based on the BC-408 organic scintillator manufactured by Saint-Gobain Crystals [France http://www.crystals.saint-gobain.com/Crystals_Products.aspx], and silicon can be used a photomultiplier tube (not shown), supplied by SENSL [Ireland, http://www.sensl.com/downloads/ds/DS-MicroFM.pdf], which allows receiving a signal with a rise time of the pulse front of about 100 ps and a recovery time of less than 1 ns

В качестве датчика контроля и стабилизации интенсивности рентгеновского излучения 8 (ДКС) может быть использован стандартный сцинтилляционный блок детектирования рентгеновского излучения, например, производства НПЦ «АСПЕКТ», работающий в токовом режиме.As a sensor for monitoring and stabilizing the intensity of x-ray radiation 8 (DCS), a standard scintillation block for detecting x-ray radiation can be used, for example, produced by SPC "ASPECT" operating in the current mode.

Источник рентгеновского излучения 1 (ИРИ) генерирует рентгеновское излучение со сложным спектральным составом, которое направлено на трубу 3, по которой течет многокомпонентная жидкость. Одна часть рентгеновского излучения проходит через окна 4 и 5 из материала с низким коэффициентом поглощения излучения и поток многофазной жидкости, другая часть - через стенки трубы 3, в которых излучение практически полностью поглощается, тем самым формируется узкий луч излучения. Луч, 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 4 и 5 и потоком многофазной жидкости часть луча рентгеновского излучения, направляется на волнодисперсионный спектрометр 2 (ВДС), где луч попадает на кристаллический монохроматор-анализатор 6. Часть луча рентгеновского излучения, удовлетворяющая условию Брэгга, дифрагирует на кристаллическом монохроматоре-анализаторе 6, а другая часть проходит его без отклонения.X-ray source 1 (IRI) generates x-ray radiation with a complex spectral composition, which is directed to the pipe 3, through which a multicomponent liquid flows. One part of the x-ray radiation passes through windows 4 and 5 from a material with a low absorption coefficient of radiation and a multiphase fluid flow, the other part passes through the walls of the pipe 3, in which the radiation is almost completely absorbed, thereby forming a narrow radiation beam. A beam passing through a multiphase fluid stream becomes a carrier of information about its characteristics, since depending on the composition and parameters of the multiphase fluid, x-ray radiation is absorbed and scattered in different ways due to the photoelectric effect and Compton scattering. The part of the x-ray beam that passed through without interaction with windows 4 and 5 and the multiphase fluid flow is directed to wave dispersive spectrometer 2 (GVA), where the beam hits the crystal monochromator-analyzer 6. The part of the x-ray beam that satisfies the Bragg condition is diffracted by the crystal monochromator - analyzer 6, and the other part passes it without deviation.

Дифрагированное излучение направляется в счетчик ионизирующего излучения 7 (СС), при этом спектр дифрагированного излучения уже представляет собой набор монохроматических линий, с энергиями, удовлетворяющими условию Брэгга. Сцинтилляционный счетчик ионизирующего излучения 7 (СС) разделяет фотоны рентгеновского излучения с низким и высоким уровнем энергии и измеряет скорости счета в двух спектральных диапазонах, соответствующих энергиям первого и второго (или высшего) порядка дифракции рентгеновского излучения. Одновременной регистрации двух линий добиваются электронным разделением сигналов в сцинтилляционном счетчике ионизирующего излучения 7 (СС).The diffracted radiation is directed to the counter of ionizing radiation 7 (CC), while the spectrum of the diffracted radiation is already a set of monochromatic lines, with energies satisfying the Bragg condition. The scintillation counter of ionizing radiation 7 (CC) separates low and high energy X-ray photons and measures the counting rates in two spectral ranges corresponding to energies of the first and second (or higher) X-ray diffraction order. Simultaneous registration of two lines is achieved by electronic separation of signals in a scintillation counter of ionizing radiation 7 (CC).

Излучение, прошедшее без отклонения, попадает в датчик контроля и стабилизации интенсивности рентгеновского излучения 8 (ДКС), который регистрирует общий ток, создаваемый излучением в чувствительном объеме, который несет информацию об интегральной интенсивности излучения в конкретный момент времени, и используется для нормировки.Radiation transmitted without deviation enters the X-ray radiation intensity control and stabilization sensor 8 (DCS), which detects the total current generated by radiation in a sensitive volume, which carries information about the integral radiation intensity at a particular moment in time, and is used for normalization.

Одновременно датчики измерения давления 9 (ДД) и температуры 10 (ДТ) многофазной жидкости измеряют температуру и давление потока жидкости, используемые для уточнения значений коэффициентов поглощения компонент потока.At the same time, sensors for measuring pressure 9 (DD) and temperature 10 (DT) of a multiphase liquid measure the temperature and pressure of the liquid flow, used to refine the values of the absorption coefficients of the flow components.

Данные от датчиков контроля и стабилизации интенсивности рентгеновского излучения 8 (ДКС), измерения давления 9 (ДД) и температуры 10 (ДТ) многофазной жидкости, от сцинтилляционного счетчика ионизирующего излучения 7 (СС) поступают на ЭВМ. При этом скорости счета по двум монохроматическим линиям, зарегистрированные счетчиком ионизирующего излучения 7 (СС) и датчиками измерения давления 9 (ДД) и температуры 10 (ДТ), используются для расчета массовых долей отдельных компонент многофазной жидкости, и с помощью программного обеспечения решается система вида:Data from sensors for monitoring and stabilizing the intensity of x-ray radiation 8 (DCS), measuring pressure 9 (DD) and temperature 10 (DT) of a multiphase liquid, from a scintillation counter of ionizing radiation 7 (SS) are sent to a computer. In this case, the counting rates along two monochromatic lines recorded by an ionizing radiation counter 7 (SS) and pressure measuring sensors 9 (DD) and temperature 10 (DT) are used to calculate the mass fractions of the individual components of a multiphase liquid, and using the software, a system of the form :

I(E1)=I0(E1)exp[-LΣμi(E1,p,T) wiρi(p,T)];I (E 1 ) = I 0 (E 1 ) exp [-LΣμ i (E 1 , p, T) w i ρ i (p, T)];

I(E2)=I0(E2)exp[-LΣμi(E2,p,T)wiρi(p,T)];I (E 2 ) = I 0 (E 2 ) exp [-LΣμi (E 2 , p, T) wiρi (p, T)];

......

Σwi=1,Σw i = 1,

где I(E1,2) - интенсивность рентгеновского излучения с энергией E1,2, падающего на поток многофазной жидкости;where I (E 1,2 ) is the intensity of x-rays with an energy of E 1,2 incident on the stream of a multiphase liquid;

I0(E1,2) - интенсивность рентгеновского излучения с энергией E1,2, прошедшего через поток без взаимодействия;I 0 (E 1,2 ) is the intensity of x-ray radiation with an energy of E 1,2 passing through the stream without interaction;

L - расстояние, пройденное излучением через поток многофазной жидкости;L is the distance traveled by radiation through a multiphase fluid stream;

μi(E1,2,p,T) - массовый коэффициент поглощения излучения с энергией E1,2 при температуре Т и давлении p для i-той компоненты;μ i (E 1,2 , p, T) is the mass absorption coefficient of radiation with energy E 1,2 at temperature T and pressure p for the i-th component;

wi - массовая доля i-той компоненты;w i - mass fraction of the i-th component;

ρi(p,T) - плотность i-той компоненты при температуре Т и давлении p.ρ i (p, T) is the density of the ith component at temperature T and pressure p.

Значения I0(E1), I0(E2) и т.д. определяют из измерений в отсутствие потока жидкости в трубе 3 или из предварительного моделирования, а I(E1), I(E2) и т.д. - из скоростей счета при измерении на трубе 3 с потоком многофазной жидкости.Values of I 0 (E 1 ), I 0 (E 2 ), etc. determined from measurements in the absence of fluid flow in the pipe 3 or from preliminary modeling, and I (E 1 ), I (E 2 ), etc. - from the counting speeds when measured on pipe 3 with a multiphase fluid flow.

Таким образом, с помощью предложенного устройства при регистрации скоростей счета в двух спектральных диапазонах контролируют состав трехкомпонентного потока, например потока типа нефть-вода-газ, что востребовано в нефтяной промышленности.Thus, using the proposed device when registering count rates in two spectral ranges, the composition of the three-component stream is controlled, for example, an oil-water-gas stream, which is in demand in the oil industry.

Значения I(E1), I0(E1), I(E2), I0(E2) и т.д. нормируют в соответствии со значением тока, зарегистрированным датчиком контроля, и стабилизацией интенсивности рентгеновского излучения 8 (ДКС) в соответствующий момент времени, что позволяет уменьшить статистический разброс данных обусловленный флуктуациями тока и напряжения источника рентгеновского излучения 1 (ИРИ).Values I (E 1 ), I 0 (E 1 ), I (E 2 ), I 0 (E 2 ), etc. normalized in accordance with the current value recorded by the control sensor, and stabilization of the intensity of x-ray radiation 8 (DCS) at the corresponding time, which reduces the statistical spread of data due to fluctuations in the current and voltage of the x-ray source 1 (IRI).

Claims (1)



Устройство для определения компонентного состава потока многофазной жидкости, 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, отличающееся тем, что в качестве источника рентгеновского излучения выбран генератор рентгеновского излучения на основе рентгеновской трубки с одной мишенью, в качестве детектора использован сцинтилляционный счетчик ионизирующего излучения, в качестве датчика контроля и стабилизации интенсивности рентгеновского луча выбран сцинтилляционный блок детектирования рентгеновского излучения, работающий в токовом режиме, при этом источник рентгеновского излучения и волнодисперсионный спектрометр размещены в корпусах, которые жестко закреплены по разные стороны трубы, источник рентгеновского излучения и волнодисперсионный спектрометр закреплены на одной оси, перпендикулярной оси симметрии трубы так, чтобы излучение от источника рентгеновского излучения к волнодисперсионному спектрометру проходило через окна, врезанные в трубу, причем 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, а датчик контроля и стабилизации интенсивности рентгеновского излучения установлен за кристаллическим монохроматором-анализатором на одной оси с источником рентгеновского излучения, при этом датчик температуры многофазной жидкости врезан в трубу, а источник рентгеновского излучения, датчик контроля и стабилизации интенсивности рентгеновского излучения, датчики измерения давления и температуры многофазной жидкости, сцинтилляционный счетчик ионизирующего излучения связаны с ЭВМ.


A device for determining the component composition of a multiphase fluid flow, containing an x-ray source and a detector mounted on opposite sides of the pipe through which the multiphase fluid flows, so that the radiation from the source to the detector passes through special windows cut into the pipe from material with low absorption coefficient of radiation, for example titanium, a pressure measuring sensor connected to the pipe, an X-ray intensity control and stabilization sensor, characterized by m, that an X-ray generator based on an X-ray tube with one target was selected as an X-ray source, a scintillation counter of ionizing radiation was used as a detector, a current-mode scintillation block of X-ray detection was selected as a sensor for controlling and stabilizing the X-ray beam, wherein the x-ray source and wave dispersive spectrometer are placed in cases that are rigidly fixed to different The sides of the tube, the x-ray source and the wave dispersion spectrometer are fixed on one axis perpendicular to the axis of symmetry of the tube so that the radiation from the x-ray source to the wave dispersion spectrometer passes through the windows cut into the pipe, and a crystal monochromator analyzer installed in the body of the wave dispersion spectrometer is installed at an angle to the beam from the x-ray source so that the Bragg condition for the emission line from the spectrum of the source X-ray radiation, a scintillation counter of ionizing radiation is installed behind the crystal monochromator-analyzer in the direction of diffracted beam propagation, and a sensor for controlling and stabilizing the x-ray intensity is installed behind the crystal monochromator-analyzer on the same axis as the x-ray source, while the temperature sensor of the multiphase liquid is cut into the pipe , and the source of x-ray radiation, a sensor for controlling and stabilizing the intensity of x-ray and radiation, pressure and temperature sensors for measuring multiphase fluid, ionizing radiation scintillation counter linked to a computer.
RU2014122059/28A 2014-05-31 2014-05-31 Device for determination of multiphase fluid flow components RU2559119C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014122059/28A RU2559119C1 (en) 2014-05-31 2014-05-31 Device for determination of multiphase fluid flow components

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014122059/28A RU2559119C1 (en) 2014-05-31 2014-05-31 Device for determination of multiphase fluid flow components

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2559119C1 true RU2559119C1 (en) 2015-08-10

Family

ID=53796215

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014122059/28A RU2559119C1 (en) 2014-05-31 2014-05-31 Device for determination of multiphase fluid flow components

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2559119C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU188348U1 (en) * 2018-12-28 2019-04-09 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Device for determining the component composition of a multiphase fluid flow
RU189613U1 (en) * 2018-12-30 2019-05-29 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" DEVICE FOR DETERMINING THE COMPOSITION OF A THREE-COMPONENT FLOW OF MULTIPHASE LIQUID
RU2722064C1 (en) * 2019-10-09 2020-05-26 Общество с ограниченной ответственностью "Корпорация Уралтехнострой" X-ray transparent tube for analysis of multiphase flows
RU2812309C1 (en) * 2019-10-09 2024-01-29 Степан Александрович Полихов X-ray transparent tube for analysis of multiphase flows

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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 (en) * 2008-04-10 2009-12-27 Открытое акционерное общество "Техприбор" Roentgen fluorescent analyser of component composition and rate of three-conponent flow
US20120087467A1 (en) * 2010-10-12 2012-04-12 Roxar Flow Measurement As X-ray based densitometer for multiphase flow measurement
RU132900U1 (en) * 2013-04-24 2013-09-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" DEVICE FOR X-RAY ABSORPTION SPECTRAL ANALYSIS

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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 (en) * 2008-04-10 2009-12-27 Открытое акционерное общество "Техприбор" Roentgen fluorescent analyser of component composition and rate of three-conponent flow
US20120087467A1 (en) * 2010-10-12 2012-04-12 Roxar Flow Measurement As X-ray based densitometer for multiphase flow measurement
RU132900U1 (en) * 2013-04-24 2013-09-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" DEVICE FOR X-RAY ABSORPTION SPECTRAL ANALYSIS

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
В.К.Егоров, Е.В.Егоров, М.С.Афанасьев, Повышение эффективности РФА ПВО спектроскопии в результате применения рентгеновских волноводов-резонаторов, Заводская лаборатория. Диагностика материалов, N 2, том 77, 2011, стр. 23-34. Современные техника и технологии, Сборник трудов XVI международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, 12-16 апреля 2010, Бегаев А.В., Попов Ю.А., Влияние акустического воздействия на параметры дифрагированного рентгеновского излучения, стр. 9, 10. *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU188348U1 (en) * 2018-12-28 2019-04-09 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Device for determining the component composition of a multiphase fluid flow
RU189613U1 (en) * 2018-12-30 2019-05-29 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" DEVICE FOR DETERMINING THE COMPOSITION OF A THREE-COMPONENT FLOW OF MULTIPHASE LIQUID
RU2722064C1 (en) * 2019-10-09 2020-05-26 Общество с ограниченной ответственностью "Корпорация Уралтехнострой" X-ray transparent tube for analysis of multiphase flows
RU2812309C1 (en) * 2019-10-09 2024-01-29 Степан Александрович Полихов X-ray transparent tube for analysis of multiphase flows

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6097786A (en) Method and apparatus for measuring multiphase flows
US9086306B2 (en) Apparatus and method for measuring multi-phase fluid flow
CN105849536B (en) Spectral analysis using spectral deconvolution
EP0216526A1 (en) Multi-component flow measurement and imaging
JPS62184339A (en) Method and device for measuring various component ratio in crude oil mixture flowing, passing through piping
US20120087467A1 (en) X-ray based densitometer for multiphase flow measurement
NO20210978A1 (en) Dual-beam multiphase fluid analysis systems and methods
US8942344B2 (en) Method for determining the concentration of an element in a material
NO20110758A1 (en) Absolute elemental concentrations from nuclear spectroscopy
US9518941B1 (en) Weight-percent analysis for prompt gamma neutron activation substance analyzers
RU2559119C1 (en) Device for determination of multiphase fluid flow components
EP2875342A1 (en) X-ray based multiphase flow meter with energy resolving matrix detector
EP2871478B1 (en) Method for analyzing fluid and multiphase flow meter
RU154702U1 (en) MULTI-PHASE LIQUID CONCENTRATOMETER
RU2530460C1 (en) Multiphase liquid analyser
Eberle et al. Optimization of a one-shot gamma densitometer for measuring area-averaged void fractions of gas-liquid flows in narrow pipelines
CA2703773C (en) Device for the online determination of the contents of a substance, and method for using such a device
RU188348U1 (en) Device for determining the component composition of a multiphase fluid flow
RU189613U1 (en) DEVICE FOR DETERMINING THE COMPOSITION OF A THREE-COMPONENT FLOW OF MULTIPHASE LIQUID
EP2927650A1 (en) Fluid analysis using electron-positron annihilation
EP2871498B1 (en) Method and apparatus for fluid analysis
RU2789623C1 (en) Multiphase flow meter
Badazhkov et al. The fractional composition calculation of two-component mixtures using direct and scattered X-rays: a new methodology testing
WO2014035275A1 (en) X-ray based multiphase flow meter with energy resolving matrix detector
RU2818330C1 (en) MULTIPHASE FLOWMETER

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160601