РАДИОИЗОТОПНЫЙ ДАТЧИК ПЛОТНОСТИ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПУЛЬП В ТРУБОПРОВОДАХ

Устройство относится к радиоизотопному контролю плотности и может быть использовано в мобильных системах контроля плотности пульп в трубопроводах в химической промышленности, на горно-обогатительных фабриках, в нефтегазо-добывающей промышленности, в частности при бурении и цементировании разведочных и промысловых скважин.
Известно устройство для радиационного контроля плотности материала в трубопроводах, содержащее источник гамма-квантов, расположенный в защитно-коллимационном блоке, детектор гамма-квантов и приспособление для крепления защитно-коллимационного блока и детектора гамма-квантов на контролируемом трубопроводе (проспект фирмы Geoserviss. 1992 г.).
Недостатком этого устройства является сложность установки детектора гамма-квантов относительно коллимационного отверстия защитно-коллимационного блока, это приводит к тому, что сколлимированный поток гамма-квантов может частично не попадать на детектор, в результате чего увеличивается статистическая погрешность определения плотности. Также недостатком является и отсутствие биологической защиты вокруг детектора гамма-квантов и участка контролируемого трубопровода, что приводит к несоблюдению требований к безопасным уровням излучения на поверхности устройства за счет непоглощенного биологической защитой рассеянного гамма-излучения.
Известно устройство для контроля плотности пульп в трубопроводах (RU 2082152), содержащее источник гамма-квантов, установленный в держателе и детектор гамма-квантов, расположенные в коллимационных каналах биологической защиты, состоящей из наполнителя и стального корпуса, имеющего неподвижную часть, закрепленную на каретке, установленной с возможностью возвратно-поступательного перемещения по раме, подвижную часть, выполненную в виде сегмента, установленного с возможностью поворота относительно неподвижной части и сквозное отверстие с размещенной в нем полутрубой, на концах которой расположены фиксирующие элементы. Наполнителем биологической защиты является тяжелый металл, например, свинец. Держатель источника гамма-квантов (показан на фиг.6 RU2082152) выполнен из двухступенчатого цилиндрического корпуса, заполненного наполнителем.
Основным недостатком этого датчика плотности является отсутствие мобильности, так как сам датчик закреплен на каретке, которая двигается перпендикулярно трубопроводу по опорной раме, с помощью которой датчик ориентируют относительно трубопровода таким образом, чтобы ось коллиматоров источника гамма-квантов и детектора гамма-квантов была перпендикулярна горизонтальной оси трубопровода и проходила точно через диаметр трубопровода, после завершения ориентировки опорной рамы относительно трубопровода, датчик фиксируют относительно трубопровода, а опорную раму жестко закрепляют на поверхности вспомогательной площадки под трубопроводом, следовательно, требуется строительство специальной рабочей площадки непосредственно под участком трубопровода, на котором устанавливается датчик плотности.
Вторым недостатком данного датчика плотности является недостаточная жесткость корпуса, что приводит к изменению его геометрических параметров и может вызвать смещение осей коллимационных каналов для установки источника гамма-квантов и детекторов, а для транспортировки существует необходимость упаковки датчика в специальную тару.
Кроме того, недостатком данного датчика является то, что конструкция держателя источника гамма-квантов не обеспечивает необходимой безопасности при установке источника, так как возможно просачивание рассеянных гамма-квантов по щели между стенками полости, выполненной в биологической защите для установки держателя и корпусом держателя.
Указанное устройство по функциональному назначению и большинству общих конструктивных признаков выбираем за прототип.
Задачей полезной модели является создание мобильного радиоизотопного датчика плотности, обладающего возможностью быстрой установки на контролируемом трубопроводе, с жесткой фиксацией по диаметру и длине трубопровода и сохраняющего геометрические параметры при многократной транспортировке.
Технический результат предполагаемого устройства заключается в обеспечении мобильности его использования, повышении надежности и снижении трудоемкости монтажа датчика на контролируемом трубопроводе.
Для решения поставленной задачи, радиоизотопный датчик плотности для контроля пульп в трубопроводах, как и прототип, содержит источник гамма-квантов, установленный в ступенчатом цилиндрическом держателе и детектор гамма-квантов, расположенные в коллимационных каналах биологической защиты, состоящей из наполнителя и стального корпуса, имеющего неподвижную часть, закрепленную на
опоре и подвижную часть, выполненную в виде сегмента, установленного с возможностью поворота относительно неподвижной части, и сквозное отверстие с размещенной в нем полутрубой, на концах которой расположены фиксирующие элементы. В отличие от прототипа корпус биологической защиты в нижней части выполнен в форме усеченного конуса и закреплен сваркой на опоре, выполненной в виде плиты, по периметру днища и с помощью, не менее четырех малых и двух больших ребер жесткости так, что ось коллимационного канала для размещения источника гамма-квантов перпендикулярна поверхности опорной плиты, при этом большие ребра жесткости расположены со стороны биологической защиты противоположной стороне, на которой размещен поворотный сегмент, выполнены с возможность сопряжения их поверхности с поверхностью корпуса биологической защиты и закреплены сваркой с корпусом биологической защиты по всей своей высоте и по ширине основания с поверхностью опорной плиты, а не менее двух малых ребер жесткости установлены на опорной плите перпендикулярно горизонтальной оси полутрубы и не менее двух других малых ребер жесткости установлены соосно с горизонтальной осью полутрубы.
Выполнение корпуса датчика плотности в виде усеченного конуса необходимо для прочного крепления датчика на поверхности опорной плиты по периметру днища и, кроме того, позволяет снизить вес биологической защиты. Наличие опорной плиты, малых и больших ребер жесткости увеличивает жесткость конструкции датчика, обеспечивает неизменность геометрических характеристик датчика плотности и, следовательно, позволяет сохранить постоянство взаимного расположения коллимационных каналов у источника и детектора гамма-квантов.
Для соблюдения всех требований к безопасным уровням излучения держатель источника гамма-квантов, выполнен трехступенчатым цилиндрическим и на ступени с наименьшим диаметром имеет резьбовое отверстие для фиксации источника гамма-квантов так, что ось, проходящая через центр источника соосна с осью коллимационного канала для источника гамма-квантов, а поверхность источника гамма-квантов перпендикулярна этой оси, по торцу средней цилиндрической ступени выполнена фаска под углом 30°-35°, а ступень наибольшего диаметра выполнена в виде крышки и выходит за стенки полости в биологической защите для установки держателя, что защитит руку оператора при перестановке держателя с источником гамма-излучения из датчика плотности в контейнер для перевозки и хранения. Наличие фасок облегчает установку держателя в полости датчика плотности и в контейнере.
Также для решения поставленной задачи необходимо, чтобы при транспортировке датчика плотности в сквозном отверстии биологической защиты в полутрубе была установлена вставка, состоящая из двух свинцовых дисков, которые заключены в оболочку и соединены трубой или стержнем. Расположение вставки в сквозном отверстии биологической защиты в полутрубе при транспортировании датчика плотности также служит для повышения надежности и сохранения постоянства взаимного расположения источника гамма-квантов и детектора гамма-квантов, так как свинцовые диски вставки защищают от рассеянного излучения при наличии источника гамма-квантов в коллимационном канале и обеспечивают дополнительную жесткость конструкции датчика при транспортировке.
Кроме того, устройство дополнительно содержит две тяги, которые одним концом шарнирно закреплены на малых ребрах жесткости, соосных с горизонтальной осью полутрубы, а противоположным концом шарнирно соединены с хомутами, выполненными с возможностью крепления на контролируемом трубопроводе. Наличие дополнительных тяг позволяет расположить датчик плотности в подвешенном состоянии на контролируемом трубопроводе, при этом снизить нагрузку на участок трубопровода, на котором он подвешен, а также снизить нагрузку на основные элементы крепления датчика на трубопроводе, так как основной вес сконцентрирован в нижней части биологической защиты.
Для расположения датчика плотности в транспортном положении на опорной плите могут быть выполнены отверстия для размещения крепежных болтов, позволяющие закреплять датчик плотности в кузове грузовой машины.
Предлагаемый радиоизотопный датчик плотности для контроля пульп в трубопроводах обладает существенными отличиями и новизной, заключающимися в том, что с одной стороны датчик жестко фиксируется на контролируемом трубопроводе так, что вертикальная ось коллимационных каналов перпендикулярна горизонтальной оси трубопровода и расположена строго по диаметру трубопровода, что обеспечивает постоянство условий контроля плотности пульп, а с другой стороны жесткая конструкция датчика обеспечивает сохранность взаимного расположения коллимационных каналов у источника и детектора гамма-квантов при транспортировке.
В дальнейшем заявляемая полезная модель поясняется чертежами, на которых:
Фиг.1 - изображает радиационный датчик плотности для контроля пульп в трубопроводах в рабочем положении на контролируемом трубопроводе, условно;
Фиг.2 - изображает радиационный датчик плотности для контроля пульп в трубопроводах в рабочем положении, разрез перпендикулярно оси контролируемого трубопровода, условно.
Фиг.3 - изображает радиационный датчик плотности для контроля пульп в трубопроводах в рабочем положении, вид со стороны, противоположной стороне на которой расположен поворотный сегмент.
Фиг.4 - изображает радиационный датчик плотности в транспортном положении, разрез по горизонтальной оси полутрубы, условно.
Фиг.5 - изображает держатель источника гамма-квантов.
Фиг.6 - изображает контейнер для перевозки источника гамма-квантов, установленного в держателе.
Радиоизотопный датчик плотности для контроля пульп в трубопроводах в соответствии с полезной моделью состоит из источника 1 гамма-квантов, установленного в коллимационном канале 2 держателем 3, детекторов гамма-квантов 4, расположенных в коллимационном канале 5 в биологической защите. Биологическая защита состоит из корпуса 6, выполненного из стали и наполнителя из материала с большим атомным весом, например свинца. Корпус 6 биологической защиты имеет неподвижную часть, выполненную в низу в виде усеченного конуса, по периметру закрепленного сваркой на опорной плите 7, подвижную часть, выполненную в виде поворотного сегмента 8 и сквозное отверстие 9, в котором расположена полутруба 10с горизонтальной осью 11 и двумя фиксирующими элементами 12, 13 на ее концах. Корпус 6 датчика плотности дополнительно закреплен на опорной плите 7 с помощью ребер жесткости. Большие ребра жесткости 14, 15 (Фиг.3), их не менее двух, расположены со стороны корпуса 6, противоположной стороне на которой расположен поворотный сегмент 8, выполнены с возможностью сопряжения их поверхности с поверхность корпуса и по всей высоте приварены к корпусу 6, а по нижней стороне к опорной плите 7. Малые ребра жесткости, их не менее четырех, жестко соединены, например сваркой, с нижней частью корпуса бис поверхностью опорной плиты. Причем, два из малых ребер жесткости 16, 17 расположены так, что их оси, лежащие на поверхности, перпендикулярны горизонтальной оси 11 полутрубы 10, а два других малых ребра жесткости 18, 19 расположены так, что их оси параллельны горизонтальной оси 11 полутрубы 10 и на них одним концом шарнирно закреплены две тяги 20, 21, которые противоположным концом шарнирно соединены с хомутами 22, 23, закрепляемыми в рабочем положении датчика на контролируемом трубопроводе 24.
При расположении датчика плотности в транспортном положении (Фиг.4) в сквозное отверстие 9 корпуса 6 в полутрубе 10 устанавливается вставка 25, которая состоит из двух свинцовых дисков 26, 27, заключенных в оболочку, выполненную, например из стали и соединенных между собой трубой или стержнем 28. Толщина свинцовых дисков 26, 27 выбирается в зависимости от мощности источника 1 гамма-квантов.
Держатель 3 источника 1 гамма-квантов (Фиг.2, Фиг.5) состоит из стального корпуса 29, выполненного в виде трех цилиндрических ступеней разного диаметра, заполненного наполнителем 30 из материала с большим атомным весом, например, свинца. На ступени с наименьшим диаметром 31 выполнено резьбовое отверстие для фиксации источника 1 гамма-квантов с помощью винта. Источник 1 гамма-квантов должен быть расположен так, чтобы ось, проходящая через его центр, была соосна с осью коллимационного канала 2, при этом его рабочая поверхность должна быть перпендикулярна оси коллимационного канала 2. По торцу средней цилиндрической ступени выполнена фаска под углом 30°-35°, предпочтительно на четвертую часть его длины. Ступень наибольшего диаметра выполнена в виде крышки 32 с ручкой, выходит за стенки полости 33 (Фиг.2) в биологической защите для установки держателя и ее диаметр больше диаметра полости 33. В транспортном положении держатель 3 с источником 1 гамма-квантов установлен в контейнере 34 (Фиг.6).
Радиоизотопный датчик плотности для контроля пульп в трубопроводах работает следующим образом. Перед установкой датчика плотности на участке контролируемого трубопровода 24 вынимают держатель 3 источника гамма-квантов из контейнера для перевозки, устанавливают держатель 3 в полости 33 корпуса 6 биологической защиты датчика плотности так, чтобы ось, проходящая через центр источника 1 была соосна с осью коллимационного канала для источника 1 гамма-квантов, а поверхность источника гамма-квантов была перпендикулярна этой оси. Открывают сегмент 8, из полутрубы 10 вынимают вставку 25. Затем устанавливают датчик плотности через разрез полутрубы 10 на трубопроводе 24, закрепляют на нем фиксирующими элементами 12, 13, расположенными на концах полутрубы 10, поворачивают сегмент 8 в первоначальное положение. Закрепляют хомуты 22, 23, шарнирно закрепленные на концах тяг 20, 21. Датчик плотности находится в рабочем состоянии в подвешенном положении на контролируемом трубопроводе.
Источник 1 гамма-квантов испускает гамма-кванты, которые проходят через трубопровод 24 с контролируемой пульпой, ослабляются и регистрируются детектором
4 гамма-квантов. На выходе детектора 4 гамма-квантов появляются импульсы напряжения, частота которых пропорциональна плотности пульпы.
Применение заявляемого радиоизотопного датчика плотности для контроля пульп в трубопроводах обеспечивает быстрый монтаж и демонтаж его на контролируемом трубопроводе, а также сохранность геометрических параметров его корпуса во время многократных транспортировок, то есть обеспечивает его применение в мобильных системах контроля параметров пульп, транспортируемых по трубопроводам, например, в мобильных системах контроля параметров тампонажных растворов при цементировании нефтегазо промысловых скважин типа КСКЦ-01.