DE3723523C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung des Dichteprofils eines strömenden Feststoff-Trägergas- Gemisches von hoher Feststoffkonzentration in einem Strö­ mungskanal gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Zur Bestimmung der Dichte von in Rohrleitungen strömenden Medien werden radiometrische Meßeinrichtungen mit einer γ-Strahlenquelle und einem Strahlendetektor eingesetzt (vgl. DE-OS 26 42 537, DE-OS 27 27 032 bzw. DD-WP 2 17 016). Diese Meßeinrichtungen sind jedoch nur für relativ große Meßvolumina geeignet und liefern integrale Mittelwerte, so daß Dichteprofile über dem Querschnitt von Rohrleitungen mit 20 bis 100 mm Durchmesser nicht exakt erfaßt werden können. Dies gilt insbesondere für im sog. Dichtstrom ge­ förderte Feststoff-Trägergas-Suspensionen mit Feststoffkon­ zentrationen von etwa 300 kg Feststoff pro Kubikmeter Trä­ gergas.

Bei kleinen Meßvolumen bieten mit β-Strahlen arbeitende Meßgeräte gegenüber den γ-Strahlenmessungen eine um ca. zwei Größenordnungen bessere Empfindlichkeit und damit entsprechend höhere Meßgenauigkeiten. Aus der US-PS 37 66 379 ist ein derartiges Dichtemeßgerät für in einer Rohrleitung strömende Feststoff-Trägergas-Suspensionen bekannt, bei dem in einer Querebene der Rohrleitung mehrere β-Strahlenquellen und an einer gegenüberliegenden Stelle der Rohrwand ein β-Strahlendetektor fest angeordnet sind. Da die Strahlen aller Strahlenquellen vom gemeinsamen Detek­ tor erfaßt werden, läßt sich lediglich die Gesamtdichte der Suspension summarisch erfassen, ohne daß ein Dichte­ profil über den Meßquerschnitt erstellt werden kann.

In der Zeitschrift "Isotopenpraxis", 12. Jahrgang, H. 12/ 1976, S. 459-462 ist ein gattungsgemäßes Meßgerät mittels β-Strahlentransmission angegeben, mit der die räumliche Dichteverteilung einer in einem Strömungskanal geförderten Feststoff-Trägergas-Suspension bestimmt werden kann. Durch eine um die Rohrachse drehbare Quelle-Detektor-Anordnung wird die Meßebene in einer Vielzahl von Meßschritten mit einem netzartigen Strahlenganggitter überzogen, um so Aus­ sagen über die Dichteverteilung im Meßquerschnitt zu erhal­ ten. Abgesehen von dem hohen apparativen Aufwand sind je­ doch die erzielbaren Meßergebnisse ungenau, da bei jedem Meßvorgang zwei Variable, nämlich das Meßvolumen und die Suspensionsdichte nur gemeinsam erfaßt werden können. Darü­ ber hinaus sind genauere Dichteprofil-Bestimmungen von dichten Feststoff-Trägergas-Suspensionen in größeren Rohr­ querschnitten nicht möglich, da die Größe des jeweiligen Meßvolumens nicht individuell eingestellt werden kann, sondern die Meßstrahlen bei radialer Strahlrichtung den gesamten Meßquerschnitt durchsetzen müssen. Damit ist diese Meßmethode nur auf kleinere Rohrleitungen bzw. Meßquer­ schnitte und/oder Feststoff-Trägergas-Suspensionen mit geringen Feststoffanteilen beschränkt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur radiome­ trischen Dichteprofilmessung nach dem on-line-Prinzip für relativ dichte Feststoff-Trägergas-Suspensionen zu schaffen, die bei geringem apparativem Aufwand auch bei Meßquerschnit­ ten der Rohrleitungen von über 20 mm Durchmesser genaue Meßergebnisse liefert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die Strahlenquelle und der Strahlendetektor mit ihren Strah­ lenröhrchen sind vorteilhaft so im Gehäuse angeordnet, daß im einstellbaren Meßvolumen kaum eine Störung der strö­ menden Suspension erfolgt. Das Meßvolumen kann in seiner Größe durch eine gegenseitige Verschiebebewegung der β- Strahlenquelle und/oder des β-Strahlendetektors zusammen mit ihren Strahlenrohren und den Strahlenfenstern einge­ stellt sowie definiert über den Rohrquerschnitt bewegt werden.

Die Strahlenfenster der β-Strahlenquelle und des β-Strahlen­ detektors sind hinsichtlich ihrer Wandstärke und ihres Werkstoffes zweckmäßig so beschaffen, daß ihre Flächenmasse, d. i. das Produkt aus Wandstärke und Werkstoffdichte, we­ sentlich kleiner als die entsprechende Flächenmasse der Rohrleitung ist. Vorteilhaft bestehen die Strahlenfenster aus kleinen dünnen Titan- oder Edelstahlblechen, die mittels Laserstrahlimpuls- oder Elektronenstrahlschweißen auf einem Metallkörper befestigt sind und ohne Deformation einen hohen Druck in der Rohrleitung ermöglichen. Eventuelle Verschleißerscheinungen an den Strahlenfenstern werden durch Einhaltung einer unteren Dichtegrenze und einer oberen Geschwindigkeitsgrenze der Suspension vermieden. Eine Kon­ trolle erfolgt durch Zählratenmessung ohne Meßmedium, wobei minimalste Verschleißerscheinungen im Bereich von unter 1 µm erkannt werden.

Zur Untersuchung von Randströmungen können vorteilhaft die Strahlenfenster zusammen mit der Strahlenquelle und dem Strahlendetektor, die auf einer Querachse liegen, so verschoben werden, daß die Außenfläche des einen Strahlen­ fensters die Gehäusewand des Strömungskanals tangiert. Die in den Strömungskanal hineinragenden Abschnitte der Strahlenrohre können seitlich in Strömungsrichtung mit einem An- und Abströmkörper versehen sein. Bei dieser Ausge­ staltung entfällt die synchrone Verschiebung von Strahlen­ quelle und Strahlenfenster.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung im einzelnen beschrieben, in der die Meßvorrichtung im Längsschnitt dargestellt ist.

Die gezeigte Meßvorrichtung ist zur Messung der Dichtever­ teilung einer Kohlenstaub-Trägergas-Suspension bestimmt, die mit einem Druck von etwa 4 MPa dem Reaktor einer Druck­ vergasungsanlage zugeführt wird. Die Meßvorrichtung ist in einer Rohrleitung von 37 mm Durchmesser um die Rohrachse verdrehbar installiert.

Die Meßvorrichtung enthält ein Gehäuse 1 mit einer Querboh­ rung 16, die dem Durchmesser der Förderleitung entspricht und somit zu dieser einen stoßfreien Übergang garantiert. In einer senkrecht zur Strömungsrichtung im Gehäuse 1 aus­ gebeulten Ausnehmung ist eine Strahlenquelle 2 in einer beweglichen Stellvorrichtung 3 angeordnet und durch eine Mutter 4 gesichert. In einer diametral gegenüberliegend im Gehäuse 1 angeordneten zweiten Ausnehmung ist ein β- Strahlendetektor 11 in einer ebenfalls beweglichen Stell­ vorrichtung 6 angeordnet und durch eine Mutter 7 gesichert. Die Stellvorrichtungen 3, 6 sind durch Rundringe 8, 9 gegen die Atmosphäre abgedichtet. Die Staubfreiheit der durch die Bewegung der Strahlenquelle 2 und des Detektors 11 entstehenden Freiräume 17 wird durch einen Sintermetall­ filter 12 mit anschließender Druckausgleichsleitung 13 und Abstreifringen 14 aus Filzmaterial gewährleistet. An den zueinanderweisenden Stirnseiten der Strahlenquelle 2 und des Strahlendetektors 11 sind je ein Strahlenrohr 15 und 5 befestigt, die an ihren in die Querbohrung 16 hineinragenden Enden durch je ein Strahlenfenster 15 a, 15 b abgeschlossen sind. Der vordere Endteil des Detektors 11 ist durch einen Rundring 10 gegenüber der Stellvorrich­ tung 6 abgedichtet. Die das jeweilige Meßvolumen quellen- und detektorseitig begrenzenden ebenen Strahlenfenster bestehen aus einer Titanfolie von 0,1 mm Stärke, und sind auf der Stirnfläche der Strahlenrohre 5, 15 durch Laser­ strahlenimpulse angeschweißt. Das Meßvolumen wird durch Verschiebebewegungen der Stellvorrichtungen 3 und 6 einge­ stellt.

Der Strahlendetektor 11 ist an ein Auswertgerät mit Mikro­ rechner angeschlossen. Diese Anordnung gestattet die Messung des Dichteprofils der Kohlenstaub-Trägergas-Suspension mit einem Meßfehler von kleiner ±2%.

Claims (3)

1. Vorrichtung zur Bestimmung des Dichteprofils eines strö­ menden Feststoff-Trägergas-Gemisches von hoher Feststoff­ konzentration in einem Strömungskanal,
bei welcher eine b-Strahlenquelle und ein β-Strahlen­ detektor in einer Querschnittsebene des Strömungs­ kanals um die Kanalachse schrittweise verdrehbar angeordnet sind und
bei der nach jedem Drehschritt die Größe der β-Strah­ lenabsorption im durchstrahlten Meßvolumen gemessen wird, dadurch gekennzeichnet,
daß an der β-Strahlenquelle (2) und an dem β-Strahlen­ detektor (11) jeweils Strahlenrohre (5; 15) befestigt sind, die an ihren freien Enden durch ein Strahlenfenster (5 a, 15 a) abgeschlossen sind,
daß die Strahlenrohre (5, 15) von diametral gegenüberlie­ genden Seiten in den Strömungskanal (16) bis zu einer jeweils einstellbaren Tiefe einschiebbar sind, so daß das zwischen den Strahlenfenstern (5 a, 15 a) gebildete Meßvolumen einstellbar ist, und
daß die β-Strahlenquelle (2) und der β-Strahlendetektor (11) um die Kanalachse gemeinsam verdrehbar sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlenfenster (5 a, 15 a) aus einem druckfesten Werkstoff mit kleiner Flächenmasse, wie Titan- oder Edelstahlblech, bestehen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die β-Strahlenquelle (2) und der β-Strahlendetektor (11) mittels Stellvorrichtungen (3; 6) in einem gemein­ samen Gehäuse (1) angeordnet sind und daß die von den Stellvorrichtungen (3, 6) im Gehäuse (1) begrenzten Hohlräume (17) mit dem Strömungskanal (16) über eine Druckausgleichsleitung (13) mit Feststoffilter verbunden sind.