СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАЛИЧИЯ ОТЛОЖЕНИЙ В ПОЛОСТИ ЛИНЕЙНОГО УЧАСТКА ТРУБЫ ПОСТОЯННОГО ПРОХОДНОГО СЕЧЕНИЯ ПРИ ПРОКАЧКЕ КИСЛОРОДОСОДЕРЖАЩЕГО ПОТОКА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ
METHOD OF DETECTING DEPOSITS IN CAVITY OF LINEAR SECTION OF PIPE OF CONSTANT FLOW SECTION WHEN PUMPING OXYGEN-CONTAINING FLOW AND DEVICE THEREFOR

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.
16
16
1/2
Активация ядер кислорода-16 (99,762% в природной смеси) быстрыми нейтронами в реакции O(n, p)N приводит к образованию азота-16, имеющего период полураспада Т=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
8
-1
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 10 нейтрон·секунду. 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.
8
Рабочее напряжение 880 В. В качестве импульсного источника быстрых нейтронов 2 использован нейтронный генератор (дейтрон по тритию). Поток нейтронов - 10нейтрон/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.