CN109270092A - 一种使用低能γ射线测定气液两相流中含气率的***及方法 - Google Patents

一种使用低能γ射线测定气液两相流中含气率的***及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种使用低能γ射线测定气液两相流中含气率的***及方法，本发明的***包括γ射线放射源、γ射线探测***、数据采集***及控制器；γ射线探测***包括透射探测器和散射探测器；γ射线放射源安装于管道上，透射探测器设在与γ射线放射源径向相对位置的管道上；散射探测器分布于被测量管道上；γ射线放射源和γ射线探测***均与控制器连接，γ射线探测***通过数据采集***与控制器连接。利用γ射线放射源产生的低能γ射线与物质作用原理和γ射线在传输过程中光子间的康普顿效应，在被测量管道中产生多束γ射线，在被测量管道中气液两相共存的条件下，测量被测量管道中的含气率；减少了屏蔽的要求，实现多束配置，且对流型依赖小。

Description

一种使用低能γ射线测定气液两相流中含气率的***及方法
技术领域
本发明涉及气液两相流含气率测量领域，具体涉及一种使用低能γ射线测定气液两相流中含气率的***及方法。
背景技术
两相流广泛存在于化工、冶金、能源等各个工业领域。在各类两相流中，气液两相流是最普遍同时也是最复杂的，含气率是气液两相流的重要参数，在两相流的研究中处于重要地位。
现有技术记载的几种气液两相流含气率的测量方法及其缺点如下：
利用共振声谱法测定气液两相流含气率。该方法根据共振声谱原理，通过实验测量气液两相介质中圆柱共振腔的共振声谱，得到了不同含气率对共振声谱的幅度和共振频率的定量影响，根据现场检测过程中，共振声谱的实际幅度和实际共振频率，即可获知相应的两相流含气率。但是，基于共振声谱原理测量两相流含气率的方法，在测量过程中，水听器必须置于管道内的两相流中，为接触性检测，此种检测方式会影响管道内流体流动，并且无法测量具有辐射性的流体。
基于高速摄影法测量两相流含气率。高速摄影法是在含有两相流的透明待测段上，首先高速摄取照片，然后根据照片上显现的气泡数目和气泡半径大小，直接算出含气率。但是，高速摄影法中，光线会在复杂多变的两相流相界面间产生多种反射或折射，极大影响了成像的清晰度。另外，高速摄影法采集的图像信息量过多，给后期两相流含气率的计算带来了极大的困难，甚至难以对其进行有效的分析和处理。
快速截止阀法测量两相流含气率。快速截止阀法是在待测段的两端安装两个截止阀，并且两个阀同时动作，在测量过程中，首先同时快速关闭两个截止阀，然后充分分离内部的两相流体，再测量液面的高度，根据待测段总体积大小，算出两相流含气率。但是，快速截止阀法在测量时要暂时截停管道内两相流体的正常流动，难以实现两相流含气率的实时监测。
基于单束γ射线测量气液两相流含气率的方法，工作原理是γ射线穿过流体时，其幅值会发生衰减，且衰减程度与两相流含气率相关，通过检测γ射线幅值的衰减程度，即可得知相应的两相流的含气率。但是，基于单束γ射线测量两相流含气率的方法使用了高能γ射线和PMT探测器，所测得的含气率精度受流型影响很大，另外，该方法对防护要求较高。
综上所述，现有气液两相流含气率的测量方法都存在诸多缺陷，故需研究出一种新的测定方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种使用低能γ射线测定气液两相流中含气率的***及方法，解决了基于单束γ射线测量两相流含气率的方法所测得的含气率精度受流型影响很大及对防护要求较高的问题。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种使用低能γ射线测定气液两相流中含气率的***，包括γ射线放射源、γ射线探测***、数据采集***和控制器，γ射线放射源用于产生低能γ射线，γ射线探测***用于检测衰减的γ射线，数据采集***用于采集数据；
γ射线放射源和γ射线探测***均与控制器连接，γ射线探测***通过数据采集***与控制器连接；
γ射线探测***包括透射探测器和散射探测器；
γ射线放射源安装于被测量管道上，透射探测器设在与γ射线放射源径向相对位置的被测量管道上；
散射探测器为一个或多个，分布于被测量管道上。
进一步，γ射线放射源和γ射线探测***安装于被测量管道内壁上。
进一步，散射探测器为多个时，均匀分布于被测量管道内壁上。
进一步，在被测量管道的外壁上开设凹槽，γ射线放射源和γ射线探测***安装于凹槽内。
进一步，散射探测器为多个时，均匀分布于被测量管道的凹槽内。
进一步，透射探测器为紧凑型透射探测器，散射探测器为紧凑型散射探测器。
进一步，紧凑型透射探测器的型号为盖革管712，紧凑型散射探测器的型号为盖革管712。
使用本发明所述的***测定气液两相流中含气率的方法，包括如下步骤：
1)控制器控制γ射线放射源和γ射线探测***同时工作，γ射线放射源向被测量管道内的气液两相流体放射多束低能γ射线，透射探测器和散射探测器同时检测到衰减的低能γ射线幅值；
2)数据采集***采集γ射线探测***监测到的数据后，将采集到的数据发送给控制器，控制器通过检测低能γ射线幅值的衰减程度，得到气液两相流的含气率。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明公开的使用低能γ射线测定气液两相流中含气率的***，利用γ射线放射源产生的低能γ射线与气液两相流体作用原理和γ射线在传输过程中光子间的康普顿效应，在被测量管道中产生多束γ射线，在被测量管道中气液两相共存的条件下，测量被测量管道中的含气率；γ射线放射源产生低能的多束γ射线，对人体危害小，使用时可以不用增加很高的防护措施；γ射线探测***包括透射探测器和散射探测器，透射探测器探测沿管径径直的射线，散射探测器探测周向散射的射线，可以同时检测到衰减后的γ射线和散射的γ射线束。本发明属于非浸入式测量，对管道内两相流体的正常流动没有影响。另外，该方法由于采用多束γ射线，受两相流的流型影响较小。
进一步，γ射线放射源和γ射线探测***集成布置于管道内壁上，减少对放射源屏蔽的要求，具有安全的优点。
进一步，γ射线放射源和γ射线探测***集成布置于管道外壁上的凹槽内，具有拆装方便的优点。
进一步，散射探测器为多个时均匀分布于被测量管道内壁上或凹槽内，可更好地检测散射的γ射线束。
进一步，透射探测器和散射探测器均采用紧凑型，是由于紧凑型弹射器体积小，占空间少，容易安装在被测量管道上。
本发明公开的使用低能γ射线测定气液两相流中含气率的方法，控制器控制γ射线放射源和γ射线探测***同时工作，γ射线放射源向管道内两相流体放射多束低能γ射线，透射探测器和散射探测器同时响应，检测到衰减的γ射线和散射的γ射线，数据采集***将采集到的信号发送给控制器即可分析出气液两相流的含气率。气液两相流有：弹状流、泡状流、环状流等流型，应用单束γ射线测定气液两相含气率的准确度，受流型影响较大，而本方法测所有流型含气率都准确，受流型影响小。
附图说明
图1为使用低能γ射线测定气液两相流中含气率的***图；
图2为γ射线放射源和γ射线探测***与被测量管道的安装截面图；
图中，1为被测量管道，2为低能γ射线，3为γ射线放射源，4为气液两相流体，5为γ射线探测***，6为数据采集***，7为控制器，51为散射探测器，52为透射探测器。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
如图1所示，本发明的使用低能γ射线测定气液两相流中含气率的***包括γ射线放射源3、γ射线探测***5、数据采集***6和控制器7，γ射线放射源3用于产生多束低能γ射线2，γ射线探测***5用于检测衰减的γ射线，数据采集***6用于采集数据；γ射线放射源3和γ射线探测***5安装于被测量管道1上，γ射线放射源3和γ射线探测***5均与控制器7连接，γ射线探测***5通过数据采集***6与控制器7连接。
如图2所示，γ射线探测***5包括透射探测器52和散射探测器51；透射探测器52设在与γ射线放射源3径向相对位置的被测量管道1上。
散射探测器51为一个或多个，分布于被测量管道1上。在管道的多个位置上布置探测器，可以在多个位置上探测透射和散射的光子，当这几个位置探测器的响应结合起来，含气率的测定受两相流流型影响较小。
当安装一段新的管道时，可以提前将γ射线放射源3和γ射线探测***5可安装于被测量管道1内壁上，使用时，只需要在被测量管道1外部连接好控制器7和数据采集***6，就可以分析出气液两相流的含气率。
当需要测量已经安装好的管道内气液两相流的含气率时，在被测量管道1的外部管壁上开设凹槽，将γ射线放射源3和γ射线探测***5安装于凹槽内，在被测量管道1外部连接好控制器7和数据采集***6，就可以分析出气液两相流的含气率。
更好地，透射探测器52和散射探测器51均采用紧凑型，型号为盖革管712，体积小，易安装。
γ射线放射源3采用241Am作为放射源，释放多束低能γ射线2，低能γ射线2穿过两相流流体后，强度衰减，透射探测器52检测到衰减后的γ射线；低能γ射线2在穿过气-液两相流流体过程中，由于康普顿效应产生多束γ射线，且多束γ射线方向互不相同，布置于被测量管道1周围不同位置的散射探测器51就会检测到散射的γ射线束。当低能γ射线穿过气液两相介质时，由于康普顿效应，产生了多束γ射线。利用这种效应，在一定程度上看作是对管道截面的平均测量。
使用本发明的***测定气液两相流中含气率的方法，具体包括如下步骤：
1)控制器7控制γ射线放射源3和γ射线探测***5同时工作，γ射线放射源3向被测量管道1内的气液两相流体4放射多束低能γ射线2，透射探测器52和散射探测器51同时检测到衰减的低能γ射线2幅值；
2)数据采集***6采集γ射线探测***5监测到的数据后，将采集到的数据发送给控制器7，控制器7通过检测低能γ射线2幅值的衰减程度，即可得知气液两相流的含气率。
通过使用低能量放射源和紧凑型探测器的方法测量含气率，放射源和紧凑型探测器可以集成到管壁中，减少了屏蔽的要求，实现多束配置，从而具有尺寸小，对流型依赖小的特点。

Claims (8)

1.一种使用低能γ射线测定气液两相流中含气率的***，其特征在于，包括γ射线放射源(3)、γ射线探测***(5)、数据采集***(6)和控制器(7)，γ射线放射源(3)用于产生低能γ射线(2)，γ射线探测***(5)用于检测衰减的γ射线，数据采集***(6)用于采集数据；
γ射线放射源(3)和γ射线探测***(5)均与控制器(7)连接，γ射线探测***(5)通过数据采集***(6)与控制器(7)连接；
γ射线探测***(5)包括透射探测器(52)和散射探测器(51)；
γ射线放射源(3)安装于被测量管道(1)上，透射探测器(52)设在与γ射线放射源(3)径向相对位置的被测量管道(1)上；
散射探测器(51)为一个或多个，分布于被测量管道(1)上。
2.根据权利要求1所述的使用低能γ射线测定气液两相流中含气率的***，其特征在于，γ射线放射源(3)和γ射线探测***(5)安装于被测量管道(1)内壁上。
3.根据权利要求2所述的使用低能γ射线测定气液两相流中含气率的***，其特征在于，散射探测器(51)为多个时，均匀分布于被测量管道(1)内壁上。
4.根据权利要求1所述的使用低能γ射线测定气液两相流中含气率的***，其特征在于，在被测量管道(1)的外壁上开设凹槽，γ射线放射源(3)和γ射线探测***(5)安装于凹槽内。
5.根据权利要求4所述的使用低能γ射线测定气液两相流中含气率的***，其特征在于，散射探测器(51)为多个时，均匀分布于被测量管道(1)的凹槽内。
6.根据权利要求1所述的使用低能γ射线测定气液两相流中含气率的***，其特征在于，透射探测器(52)为紧凑型透射探测器，散射探测器(51)为紧凑型散射探测器。
7.根据权利要求6所述的使用低能γ射线测定气液两相流中含气率的***，其特征在于，紧凑型透射探测器的型号为盖革管712，紧凑型散射探测器的型号为盖革管712。
8.使用权利要求1～7任意一项所述的***测定气液两相流中含气率的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)控制器(7)控制γ射线放射源(3)和γ射线探测***(5)同时工作，γ射线放射源(3)向被测量管道(1)内的气液两相流体(4)放射多束低能γ射线(2)，透射探测器(52)和散射探测器(51)同时检测到衰减的低能γ射线(2)幅值；
2)数据采集***(6)采集γ射线探测***(5)监测到的数据后，将采集到的数据发送给控制器(7)，控制器(7)通过检测低能γ射线(2)幅值的衰减程度，得到气液两相流的含气率。
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