устройство для контроля плотности и массовой доли жидкой фазы пульп в трубопроводах

Формула изобретения

1. Устройство для контроля плотности и массовой доли жидкой фазы пульп в трубопроводах, содержащее биологическую защиту, имеющую сквозное отверстие, датчик плотности, состоящий из источника гамма-излучения и детектора гамма-излучения, датчик массовой доли жидкой фазы, состоящий из источника нейтронов и детектора нейтронов, выходы датчиков соединены с входом программно-вычислительного устройства, отличающееся тем, что биологическая защита выполнена из двух частей, одна из которых неподвижно закреплена на каретке, установленной с возможностью возвратно-поступательного перемещения по раме перпендикулярно трубопроводу, а другая выполнена в виде сегмента и установлена с возможностью поворота относительно первой, в сквозном отверстии биологической защиты размещена полутруба, имеющая два фиксатора, шарнирно закрепленных на ее концах, предназначенных для крепления на трубопроводе, а внутренний диаметр d полутрубы определяется соотношением d D + 2h, где D - диаметр трубопровода, h максимальная амплитуда колебания трубопровода, при этом датчик плотности расположен либо в биологической защите, либо за биологической защитой.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что детектор гамма-излучения и источник нейтронов расположены с одной стороны несущей полутрубы, а источник гамма-излучения и детектор нейтронов с противоположной стороны несущей полутрубы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области радиационного контроля физических свойств веществ и материалов, а в частности пульп в трубопроводах, и может быть использовано в горно-обогатительной, химической, нефтегазодобывающей и нефтеперерабатывающей промышленностях.

Известны устройства, содержащие гамма-датчик плотности и нейтронный датчик массовой доли влаги, которые позволяют осуществлять контроль на ленточных транспортерах или в пробах материала [1,2]

Конструкция этих устройств не позволяет осуществлять контроль за массовой долей жидкой фазы и полностью пульп, протекающих по трубопроводам.

Наиболее близким по технической сущности является устройство, содержащее датчик плотности, датчик массовой доли жидкой фазы, биологическую защиту, имеющую сквозное отверстие, выходы датчиков соединены с входом программно-вычислительного устройства [3]

Недостатком данной конструкции является сложность и трудоемкость установки датчиков плотности и массовой доли жидкой фазы на трубопроводе с контролируемой пульпой и проведения градуировки датчиков.

В основу изобретения положена задача создать устройство для одновременного экспрессного контроля плотности и массовой доли жидкой фазы пульп в трубопроводах, упрощающее процесс установки датчиков в рабочее и градуировочное положения.

Эта задача решается тем, что в устройстве для контроля плотности и массовой доли жидкой фазы пульп в трубопроводах, содержащем биологическую защиту, имеющую сквозное отверстие, датчик плотности, состоящий из источника гамма-излучения, окруженного коллиматором и детектора гамма-излучения, окруженного защитным экраном, датчик массовой доли жидкой фазы, состоящий из источника нейтронов и детектора нейтронов, выходы датчиков соединены с входом программно-вычислительного устройства, согласно изобретению биологическая защита выполнена из двух частей, одна из которых неподвижно закреплена на каретке, установленной с возможностью возвратно-поступательного перемещения по раме перпендикулярно трубопроводу, а другая выполнена в виде сегмента и установлена с возможностью поворота относительно первой, в сквозном отверстии биологической защиты размещена полутруба, имеющая два фиксатора, шарнирно закрепленных на ее концах, предназначенные для крепления на трубопроводе, а внутренний диаметр d полутрубы определяется соотношением

d=D+2h,

где D диаметр трубопровода,

h максимальная амплитуда колебания трубопровода.

При этом датчик плотности может быть расположен либо в биологической защите, либо за биологической защитой.

Детектор гамма-излучения и источник нейтронов могут быть расположены с одной стороны несущей полутрубы, а источник гамма-излучения и детектор нейтронов с противоположной стороны полутрубы.

Наличие поворотного сегмента в биологической защите позволяет обеспечить радиационную безопасность в рабочем и градуировочном положениях и значительно упрощает установку датчиков контроля на трубопроводе и проведение градуировочных работ.

Размещение датчика плотности и датчика массовой доли жидкой фазы на несущей полутрубе обеспечивает постоянство геометрического фактора, то есть постоянство взаимного расположения датчиков и объекта контроля и обеспечивает быструю установку датчиков на контролируемом трубопроводе, а шарнирно закрепленные на концах полутрубы фиксаторы обеспечивают жесткое крепление датчиков на трубопроводе с контролируемой пульпой. Установка датчиков на каретке, выполненной с возможностью возвратно-поступательного перемещения, перпендикулярно трубопроводу, по раме позволяет быстро перемещать датчики с контролируемого трубопровода в градуировочное положение.

Расположение датчика плотности и датчика массовой доли жидкой фазы в биологической защите позволяет использовать градуировочный образец сравнительно небольшой длины, что при контроле толстостенных трубопроводов позволяет существенно снизить вес градуировочного образца и облегчить проведение градуировочных работ.

Расположение детектора гамма-излучения и источника нейтронов с одной стороны полутрубы, а источника гамма-излучения и детектора нейтронов с другой стороны полутрубы необходимо для уменьшения влияния фонового гама-излучения источника нейтронов на показания детектора гамма-излучения.

Фиг. 1 изображает устройство для контроля плотности и массовой доли жидкой фазы, условно;

фиг. 2 то же устройство в рабочем положении на трубопроводе;

Фиг. 3 то же устройство в градуировочном положении;

Фиг. 4 то же устройство, что на фиг. 2, разрез по линии A-A, расположение датчика плотности за биологической защитой;

Фиг. 5 то же устройство, что на фиг. 2, разрез по линии A-A, расположение датчика плотности в биологической защите, согласно изобретению;

Фиг. 6 то же устройство, что на фиг. 5, разрез по линии B-B;

Фиг. 7 зависимость показаний детектора гамма-излучения от плотности пульпы для различных случаев взаимного расположения детектора гамма-излучения и источника нейтронов.

Устройство содержит биологическую защиту 1 из водородсодержащего материала, например из парафина, полиэтилена или других аналогичных материалов, датчик плотности, состоящий из источника 2 гамма-излучения, окруженного коллиматором 3, для создания узкого пучка, обеспечивающего точность определения плотности, и детектора 4 гамма-излучения, окруженного защитным экраном 5 из тяжелого металла, например, свинца; датчик массовой доли жидкой фазы, состоящий из источника 6 нейтронов и детектора 7 нейтронов. Биологическая защита 1 неподвижно закреплена на каретке 8, установленной с возможностью возвратно-поступательного перемещения по раме 9, для установки датчиков в рабочее (фиг. 2) и градуировочное (фиг. 3) положения и имеет поворотный сегмент 10 и сквозное отверстие 11, в котором размещена несущая полутруба 12 с двумя фиксаторами 13, 14, шарнирно закрепленными на ее концах и предназначенными для крепления на трубопроводе 15 с контролируемой пульпой или на градуировочном образце 16.

Внутренний диаметр d полутрубы 12 выбирают из соотношения

d=D+2h,

где D диаметр трубопровода,

h максимальная амплитуда колебания трубопровода.

Под фиксаторами 13,14 находится уплотнитель 17 из упругого материала, например резины, толщиной k, снижающий вибрационное воздействие трубопровода 17 на датчики плотности и массовой доли жидкой фазы.

На фиг. 4 изображено расположение датчика плотности за биологической защитой 1, что целесообразно при контроле тонкостенных (до 5 7 мм) трубопроводов, так как при этом обеспечивается большая точность определения плотности пульп, а увеличение градуировочного образца 16 не приводит к значительному увеличению его веса.

На фиг. 5 изображено расположение датчика плотности в биологической защите 1, что обеспечивает удовлетворяющую практические потребности в точности определения плотности пульпы и позволяет уменьшить геометрические размеры устройства, и за счет этого при градуировке использовать градуировочный образец 16 сравнительно небольшой длины, что при контроле толстостенных (до 10 15 мм) трубопроводов позволяет существенно снизить вес градуировочного образца 16, что значительно облегчает проведение градуировочных работ.

Градуировочный образец 16 выполнен в виде отрезка трубы эквивалентной по диаметру и толщине стенок трубопроводу 15, с герметичными крышками 18 по торцам и длиной, позволяющей закрепить его фиксаторами 13, 14, внутренний объем которого заполнен пульпой с заданной плотностью и массовой долей жидкой фазы.

Например, при толщине стенки 12 мм, наружном диаметре трубопровода 140 мм и расположении датчика плотности за биологической защитой 1 вес градуировочного образца 16 равен 58,6 кг, а при расположении датчика плотности в биологической защите 1 длина градуировочного образца 16 снижается на 30% и его вес равен 39 кг.

Детектор 4 гамма-излучения и источник 6 нейтронов расположены с одной стороны полутрубы 12, а источник 2 гамма-излучения и детектор 7 нейтронов расположены с противоположной стороны полутрубы 12.

Программно-вычислительное устройство содержит усилитель-дискриминатор 19, вход которого соединен с выходом детектора 4 гамма-излучения, и усилитель-дискриминатор 20, вход которого соединен с выходом детектора 7 нейтронов, выходы усилителей дискриминаторов 19, 20 соединены с соответствующими входами коммутатора 21, выход которого соединен с входом микроЭВМ 22, соединенной выходом с блоком 23 индикации.

На фиг. 7 приведены зависимости показаний детектора 4 гамма-излучения от плотности пульпы для различных случаев взаимного расположения детектора 4 гамма-излучения и источника 6 нейтронов, а именно: кривая 24 соответствует случаю, когда источник 2 гамма-излучения и детектор 4 гамма-излученя вынесены за биологическую защиту 1; кривая 25 соответствует случаю, когда источник 2 гамма-излучения и детектор 4 гамма-излучения расположены в биологической защите 1, при этом источник 6 нейтронов и детектор 4 гамма-излучения расположены с одной стороны полутрубы 12, а источник 2 гамма-излучения и детектор 7 нейтронов расположены с противоположной стороны полутрубы 12; кривая 26 соответствует случаю, когда детектор 4 гамма-излучения и источник 6 нейтронов расположены с противоположных сторон полутрубы 12.

Из зависимостей, приведенных на фиг. 7, видно, что наихудшую чувствительность определения плотности пульпы обеспечивает работа по корреляционной зависимости кривой 26, наилучшую чувствительность обеспечивает работа по корреляционной зависимости кривой 24.

Устройство для контроля плотности и массовой доли жидкой фазы пульп в трубопроводах работает следующим образом.

Устройство устанавливают в рабочее положение, для этого открывают сегмент 10, передвигают каретку 8 по раме 9 к трубопроводу 15, устанавливают через разрез несущей полутрубы 12 на трубопроводе 15, закрепляют с помощью фиксаторов 13,14, поворачивают сегмент 10 в начальное положение.

Источник 2 гамма-излучения испускает гамма-кванты, которые проходят через трубопровод 15 с контролируемой пульпой, ослабляются и регистрируются детектором 4 гамма-излучения, на выходе которого появляются импульсы напряжения, частота которых пропорциональна плотности пульпы. Электрический сигнал, вырабатываемый детектором 5 гамма-излучения передается на вход усилителя-дискриминатора 19, где из общего импульсного потока выделяются импульсы, пропорциональные плотности пульпы. С выхода усилителя-дискриминатора 19 импульсный сигнал поступает на соответствующий вход коммутатора 21, преобразуется в двоично-десятичный код и передается на вход микроЭВМ 22, где с помощью корреляционной зависимости (фиг. 7) по измеренной плотности потока гамма-квантов вычисляют плотность контролируемой пульпы.

Одновременно источник 6 нейтронов испускает быстрые нейтроны, которые, проходя через трубопровод 15, взаимодействуют с контролируемой пульпой и регистрируются детектором 7 нейтронов. Электрический сигнал, вырабатываемый детектором 7 нейтронов, поступает на вход усилителя-дискриминатора 20, который из общего импульсного потока выделяет импульсы, пропорциональные массовой доли жидкой фазы. С выхода усилителя-дискриминатора 20 импульсный сигнал поступает на соответствующий вход коммутатора 21, где преобразуется в двоично-десятичный код и передается на вход микроЭВМ 22, где с помощью корреляционной зависимости по измеренной плотности потока нейтронов вычисляют массовую долю жидкой фазы пульпы.

С микроЭВМ 22 сигнал поступает в блок 23 индикации.

Для проведения градуировки датчика плотности и датчика массовой доли жидкой фазы каретку 8 перемещают к противоположному краю рамы 9, устанавливают градуировочный образец 16 в несущей полутрубе 12, закрепляют его с помощью фиксаторов 13, 14, поворачивают сегмент 10 в начальное положение, после чего проводят градуировочные измерения.