Способ определения наличия отложений в полости линейного участка трубы постоянного проходного сечения при прокачке кислородосодержащего потока и устройство для его реализации

Способ и устройство предназначены для определения наличия отложений в полости линейного участка трубы постоянного проходного сечения при прокачке кислородосодержащего потока. Способ включает облучение кислородосодержащего потока. Создают радиоактивную метку в кислородосодержащем потоке облучением быстрыми нейтронами в импульсном режиме. Регистрируют гамма-кванты. Анализируют спектр на наличие энергетического пика гамма-квантов с энергией 6,13±0,62 МэВ от кислорода. Определяют время переноса метки как разницу моментов начала облучения и начала регистрации гамма-квантов от кислорода метки. Измеряют время переноса на последовательно расположенных равных по длине частях исследуемого участка трубы. Определяют наличие отложений на участке, соответствующем минимальному времени переноса метки. Устройство включает импульсный источник быстрых нейтронов 2, блок детектирования гамма-квантов 1, комплекс анализа данных 4 и источники электропитания 3. Импульсный источник быстрых нейтронов 2 расположен вне трубы 6. Блок детектирования гамма-квантов 1 расположен вне трубы 6 и подключен к комплексу анализа данных 4. Блок детектирования гамма-квантов 1, импульсный источник быстрых нейтронов 2 и комплекс анализа данных 4 подключены к источникам электропитания 3. Технический результат - повышение эксплуатационных характеристик устройства, а именно обеспечение обнаружения мест отложений без остановки эксплуатации трубы и без снятия изоляции с нее. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения наличия отложений в линейных участках трубы постоянного проходного сечения при прокачке кислородосодержащего потока.

Известен способ определения засоренности нефтепровода [а.с. СССР №932097, МПК F17D 3/00, «Способ определения засоренности нефтепровода»]. Способ основывается на облучении стенки трубопровода с отложениями расходящимся ограниченным потоком от радиоактивного источника, расположенного на устройстве внутри нефтепровода. С внешней стороны нефтепровода располагается регистратор и толщину отложений рассчитывают по формуле, учитывающей рассеяние излучения на слое отложений.

Недостатком способа является необходимость остановки транспорта продукции по нефтепроводу для запуска устройства внутрь.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ определения объема отложений в трубопроводе [патент РФ №2445545, МПК F17D 3/00, «Способ определения объема отложений в трубопроводе»]. Способ определения объема отложений, находящихся в адгезивной форме в действующем трубопроводе, основан на использовании обратной зависимости между скоростью потока жидкости в трубопроводе и площадью проходного сечения трубопровода при неизменном расходе жидкости. Способ определения объема отложений в трубопроводе заключается в заполнении трубопровода однородной жидкостью без газа и организации движения такой жидкости по трубопроводу с постоянным и известным расходом. Одновременно с этим в точках, равномерно расположенных по длине трубопровода, переносным прибором определяют скорость движения этой жидкости по трубопроводу, а объем отложений в трубопроводе определяют по формуле.

Недостатком данного способа является необходимость прерывания транспорта продукции по трубе для замены транспортируемой жидкости на специальную гомогенную, прокачиваемую с четко задаваемыми параметрами.

Задача изобретения состоит в исключении указанного недостатка, а именно обеспечении обнаружения мест отложений во время эксплуатации трубы.

Для исключения указанного недостатка в способе определения наличия отложений в полости линейного участка трубы постоянного проходного сечения при прокачке кислородосодержащего потока, включающем облучение кислородосодержащего потока, предлагается:

- создавать радиоактивную метку в кислородосодержащем потоке облучением быстрыми нейтронами в импульсном режиме;

- регистрировать гамма-кванты;

- анализировать спектр на наличие энергетического пика гамма-квантов с энергией 6,13±0,62 МэВ от кислорода;

- определять время переноса метки как разницу моментов начала облучения и начала регистрации гамма-квантов от метки;

- измерять время переноса на последовательно расположенных равных по длине частях исследуемого участка трубы;

- определять наличие отложений на участке, соответствующем минимальному времени переноса метки.

Сущность способа определения наличия отложений в полости линейного участка трубы постоянного проходного сечения при прокачке кислородосодержащего потока заключается в следующем.

Кислородосодержащий поток, проходящий в полости линейного участка трубы постоянного проходного сечения, облучают быстрыми нейтронами в импульсном режиме. В результате активации кислорода быстрыми нейтронами в потоке создается радиоактивная метка.

Активация ядер кислорода-16 (99,762% в природной смеси) быстрыми нейтронами в реакции ¹⁶O(n, p)¹⁶N приводит к образованию азота-16, имеющего период полураспада Т_1/2=7,1 секунды. В результате бета-распада ядер азота-16 образуются возбужденные ядра кислорода-16, которые снимают возбуждение, испуская гамма-кванты (вероятность 69%) с энергией 6,13 МэВ.

Используют комплекс анализа данных 4 для обнаружения в спектре гамма-квантов энергетического пика с энергией 6,13±0,62 МэВ (10% точность определения энергии) от кислорода.

Определяют время переноса метки как разницу моментов начала облучения и начала регистрации гамма-квантов от метки. Измеряют время переноса на последовательно расположенных равных по длине частях исследуемого участка трубы.

Определяют наличие отложений на участке, соответствующем минимальному времени переноса метки.

Пример конкретного использования способа

Длительность облучения составила 10 секунд. Измерение спектра гамма-квантов проводилось с помощью блока детектирования гамма-квантов 1 в течение 20 секунд с начала момента облучения быстрыми нейтронами из импульсного источника быстрых нейтронов 2. Таким образом, на одно определение наличия отложений (облучение + измерение) требуется 20 секунд. Облучение производилось быстрыми нейтронами с энергией 14 МэВ. Поток нейтронов составлял 10⁸ нейтрон·секунду^-1. При анализе в спектре гамма-квантов с помощью комплекса анализа данных 4 был выделен пик с вершиной 6,14 МэВ.

В роли целевой трубы 6 в экспериментах использовался участок трубы внутренним диаметром 165 мм толщиной стенки 6 мм с размещенным на дне отложением песка массой 100 г, явившейся причиной сужения 5. В качестве кислородосодержащего потока использован поток воды.

Место отложения определено с точностью ±10%, что подтверждает применимость предложенного технического решения для определения наличия отложений в полости линейного участка трубы постоянного проходного сечения при прокачке кислородосодержащего потока без прекращения эксплуатации трубопровода.

Устройство для реализации рассмотренного способа приведено далее.

Известно устройство определения засоренности нефтепровода [а.с. СССР №932097, МПК F17D 3/00, «Способ определения засоренности нефтепровода»]. Устройство определения засоренности трубопровода содержит радиоактивный источник, размещенный на пружинных держателях перемещаемого внутри трубопровода средства. В месте измерения средство останавливают и на внешнюю сторону трубопровода накладывают регистратор.

Недостатком известного технического решения является подверженность радиоактивного источника загрязнению отложениями из-за постоянного механического контакта с ними при перемещении внутри трубопровода.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является устройство определения объема отложений в трубопроводе [патент РФ №2445545, МПК F17D 3/00, «Способ определения объема отложений в трубопроводе»]. Устройство определения объема отложений в трубопроводе содержит ультразвуковые расходомеры для определения скорости движения жидкости по трубопроводу, облучающие трубопровод ультразвуком.

Недостатком данного устройства является невозможность проведения измерений через изоляцию трубы (без доступа к металлу стенки трубы).

Задача изобретения состоит в исключении указанного недостатка, а именно в обеспечении возможности измерения скорости потока жидкости в трубопроводе без снятия изоляции с него.

Для исключения указанного недостатка в устройстве определения наличия отложений в полости линейного участка трубы постоянного проходного сечения при прокачке кислородосодержащего потока, включающем устройство облучения, предлагается:

- в качестве устройства облучения использовать расположенный вверх по потоку вне трубы импульсный источник быстрых нейтронов;

- блок детектирования гамма-квантов располагать вниз по потоку вне трубы и для передачи данных подключить к нему комплекс анализа данных;

- блок детектирования гамма-квантов, импульсный источник быстрых нейтронов и комплекс анализа данных подключить к источникам электропитания.

Блок-схема одного из вариантов исполнения устройства представлена на фигуре 1, где приняты следующие позиционные обозначения: 1 - блок детектирования гамма-квантов, 2 - импульсный источник быстрых нейтронов, 3 - источники электропитания, 4 - комплекс анализа данных, 5 - причина сужения, 6 - труба.

Сущность устройства для определения наличия отложений в полости линейного участка трубы постоянного проходного сечения при прокачке кислородосодержащего потока состоит в следующем.

Устройство включает импульсный источник быстрых нейтронов 2, блок детектирования гамма-квантов 1, комплекс анализа данных 4 и источники электропитания 3.

Импульсный источник быстрых нейтронов 2 расположен вверх по потоку вне трубы 6.

Блок детектирования гамма-квантов 1 расположен вниз по потоку вне трубы 6 и подключен к комплексу анализа данных 4.

Блок детектирования гамма-квантов 1, импульсный источник быстрых нейтронов 2 и комплекс анализа данных 4 подключены к источникам электропитания 3. В качестве источников электропитания 3 может использоваться электрическая сеть 220 В, а для мобильного исполнения - аккумулятор.

Пример конкретного устройства.

В качестве блока детектирования гамма-квантов 1 выбран сцинтиблок СНБ.08 - цилиндр кристалла NaJ(Tl) (⌀ 150 мм, высота 100 мм), смонтированный на ФЭУ-173.

Рабочее напряжение 880 В. В качестве импульсного источника быстрых нейтронов 2 использован нейтронный генератор (дейтрон по тритию). Поток нейтронов - 10⁸ нейтрон/с. Энергия нейтронов - 14 МэВ. В качестве комплекса анализа данных 4 использован персональный компьютер с АЦП (USB) и комплектом программ. В качестве источников электропитания 3 использовалась сеть 220 В.

Задача измерения скорости потока жидкости в трубопроводе без снятия изоляции с него решается благодаря выбору импульсного источника быстрых нейтронов 2 в качестве источника облучения.

Вопрос применения предложенного устройства рассмотрен выше в примере конкретного исполнения способа определения наличия отложений в полости линейного участка трубы постоянного проходного сечения при прокачке кислородосодержащего потока. Там же представлены режимные параметры использования устройства. Результат применения устройства показан на фигуре 2.

Технический результат - повышение эксплуатационных характеристик устройства, а именно обеспечение обнаружения мест отложений без остановки эксплуатации трубы и без снятия изоляции с нее.

1. Способ определения наличия отложений в полости линейного участка трубы постоянного проходного сечения при прокачке кислородосодержащего потока, включающий облучение кислородосодержащего потока, отличающийся тем, что создают радиоактивную метку в кислородосодержащем потоке облучением быстрыми нейтронами в импульсном режиме, регистрируют гамма-кванты, анализируют спектр на наличие энергетического пика гамма-квантов с энергией 6,13±0,62 МэВ от кислорода, определяют время переноса метки как разницу моментов начала облучения и начала регистрации гамма-квантов от метки, измеряют время переноса на последовательно расположенных равных по длине частях исследуемого участка трубы и определяют наличие отложений на участке, соответствующем минимальному времени переноса метки.

2. Устройство определения наличия отложений в полости линейного участка трубы постоянного проходного сечения при прокачке кислородосодержащего потока, включающее устройство облучения, отличающееся тем, что в качестве устройства облучения используют расположенный вверх по потоку вне трубы импульсный источник быстрых нейтронов, располагают вниз по потоку вне трубы блок детектирования гамма-квантов, к которому для передачи данных подключен комплекс анализа данных, причем блок детектирования гамма-квантов, импульсный источник быстрых нейтронов и комплекс анализа данных подключены к источникам электропитания.