Поточный анализатор серы



Поточный анализатор серы

 


Владельцы патента RU 2573667:

Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение "СПЕКТРОН" (RU)

Использование: для измерения содержания серы в углеводородных жидкостях. Сущность изобретения заключается в том, что поточный анализатор серы содержит рентгеновскую трубку, измерительную кювету и детектор рентгеновского излучения, при этом между рентгеновской трубкой и измерительной кюветой установлен фильтр, выполненный из фольги, материал которой выбран из металлов с атомными номерами с 42 по 49, причем минимальная толщина bmin фильтра составляет не менее 50 мкм, а максимальная толщина bmax фильтра определяется из условия на 1 Вт мощности рентгеновской трубки, где I0 - интенсивность излучения рентгеновской трубки, I1 - интенсивность излучения, прошедшего через фильтр. Технический результат: обеспечение возможности снижения потерь интенсивности излучения при его поступлении от рентгеновской трубки на детектор и, соответственно, снижение времени экспозиции и увеличение скважности измерений. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к средствам измерения содержания серы в углеводородных жидкостях на основе поглощения рентгеновского излучения веществом, а именно к рентгеноабсорбционным анализаторам серы в нефти и нефтепродуктах, и может быть использовано непосредственно в технологических трубопроводах на потоке.

Ионизирующее излучение поглощается как серой, так и углеводородами нефти (нефтепродуктов), в которых соотношение содержания углерода и водорода С/Н может варьироваться в широких пределах. Поглощающая способность углерода и водорода различны, из-за чего на поглощение излучения в нефти (нефтепродуктах) будет влиять не только искомое содержание серы, но и соотношение С/Н. В результате на погрешность измерения содержания серы будет влиять неконтролируемый состав углеводородной матрицы - соотношение С/Н, которое постоянно изменяется.

Известно, что при энергии ионизирующего излучения, близкой к 22,8 кэВ, значение массового коэффициента µ поглощения в углеводородной матрице практически не зависит от соотношения С/Н.

Известен рентгеноабсорбционный анализатор серы в нефти и жидких нефтепродуктах, включающий источник излучения - радиоактивный изотоп - кадмий-109, измерительную кювету, последовательно соединенные пропорциональный рентгеновский счетчик, блок детектирования, амплитудный дискриминатор, а также блок питания, SU 16898117 A1, опубл. 07.11.1991. В спектре излучения данного источника содержится линия с энергией E=22,3 кэВ.

Недостатками данного технического решения, так же как и других устройств, в которых в качестве источника излучения используются радиоактивные изотопы, являются:

- необходимость использования специальных средств и соблюдения установленных норм при транспортировке, хранении и использовании радиоактивных веществ;

- относительно низкая интенсивность излучения радиоактивного изотопа, что снижает скважность измерений, поскольку необходимо увеличение времени экспозиции для набора статистических данных, так как измерение концентрации серы производится на потоке; большое время экспозиции приводит к потере достоверности измерения;

- необходимость учета постоянного снижения активности радионуклидного источника из-за его распада.

Известен поточный анализатор серы, содержащий рентгеновскую трубку, измерительную кювету, детектор рентгеновского излучения, между рентгеновской трубкой и измерительной кюветой размещены последовательно, одна за другой, две мишени. Перед измерительной кюветой и перед детектором установлены коллиматоры, формирующие параллельные пучки излучения. В качестве первой мишени использована сурьма, в качестве второй мишени - серебро. На первой мишени излучение рентгеновской трубки рассеивается и возбуждает флуоресценцию сурьмы с энергией 26 кэВ. Данное излучение попадает на вторую мишень и возбуждает флуоресценцию серебра с энергией 22 кэВ, RU 53017 U1, опубл. 27.04.2006.

Недостатком данного технического решения являются весьма большие потери интенсивности излучения на мишенях, в 1000 и более раз на каждой мишени, в результате переизлучения. Кроме того, существенная часть излучения теряется на коллиматорах. В результате потерь интенсивности излучения требуется увеличение времени экспозиции, что приводит к снижению скважности измерений и, в конечном итоге, к потере достоверности результатов.

Известен поточный анализатор серы, содержащий рентгеновскую трубку, измерительную кювету и детектор рентгеновского излучения; между рентгеновской трубкой и измерительной кюветой размещена мишень, выполненная из двух материалов - серебра и элемента с атомными номерами от 42 до 57; перед измерительной кюветой и детектором расположены коллиматоры, RU 2367933 C1, опубл. 20.09.2009.

Данное техническое решение принято в качестве прототипа настоящего изобретения.

Указанному устройству свойственны те же недостатки, что и поточному анализатору согласно RU 53017 - значительные потери излучения на мишени (в 1000 и более раз), а также на двух коллиматорах. В общем интенсивность излучения снижается не менее чем в 5000-10000 раз. В результате имеет место существенное снижение скважности измерений ввиду увеличения времени экспозиции и, соответственно, потеря достоверности измерений.

Задачей настоящего изобретения является снижение потерь интенсивности излучения при его поступлении от рентгеновской трубки на детектор и, соответственно, снижение времени экспозиции и увеличение скважности измерений.

Согласно изобретению в поточном анализаторе серы, содержащем рентгеновскую трубку, измерительную кювету и детектор рентгеновского излучения, между рентгеновской трубкой и измерительной кюветой установлен фильтр, выполненный из фольги, материал которой выбран из металлов с атомными номерами с 42 по 49, при этом минимальная толщина bmin фильтра составляет не менее 50 мкм, а максимальная толщина bmax фильтра определяется из условия I 0 I 1 < 200 на 1 Вт мощности рентгеновской трубки, где

Ι0 - интенсивность излучения рентгеновской трубки,

Ι1 - интенсивность излучения, прошедшего через фильтр;

фильтр может быть выполнен из нескольких слоев фольги.

Заявителем не выявлены какие-либо технические решения, идентичные заявленному, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения условию патентоспособности «Новизна».

Поточный анализатор серы содержит рентгеновскую трубку 1, измерительную кювету 2 и детектор 3 рентгеновского излучения. Между рентгеновской трубкой 1 и измерительной кюветой 2 в корпусе 4 установлен фильтр 5, выполненный из фольги. Материал фольги выбран из металлов с атомными номерами с 42 по 49, так как:

- энергия характеристических линий К-серии и К-краев поглощения этих элементов находится вблизи требуемого диапазона 22-24 кэВ;

- указанные металлы химически пассивны в атмосфере;

- получение тонкой фольги из данных металлов технологически доступно. При использовании металлов с атомными номерами меньше 42 и больше 49 энергия характеристических линий К-серии и К-краев поглощения выходит за рамки требуемого диапазона 22-24 кэВ.

Минимальная толщина bmin фильтра должна составлять не менее 50 мкм, в ином случае не обеспечивается удовлетворительный спектральный состав излучения, прошедшего через фильтр.

Максимальная толщина bmax фильтра определяется из условия I 0 I 1 < 200 на 1 Вт мощности рентгеновской трубки, где

Ι0 - интенсивность излучения рентгеновской трубки,

Ι1 - интенсивность излучения, прошедшего через фильтр.

Использование мощных рентгеновских трубок (наибольшая мощность современных трубок достигает 5 кВт) позволяет увеличить толщину фильтра. Однако применение таких мощных рентгеновских трубок в поточном анализаторе серы совершенно нецелесообразно, поскольку в этом случае потребуется специальная система водяного охлаждения, система биологической защиты от мощного излучения, сложная система управления и т.д. Для поточного анализатора целесообразно применение рентгеновских трубок мощностью не более 3-5 Вт. В этом случае максимальная толщина bmax фильтра должна обеспечивать значение I1, при котором I 0 I 1 < 600 1000 , что достаточно для достижения требуемой скважности измерений. При этом bmax составит 1200-1600 мкм.

В конкретном примере использована рентгеновская трубка 1 типа БХ-7 производства ОАО «Светлана», Санкт-Петербург, Россия с серебряным анодом, сцинтилляционный детектор 3 рентгеновского излучения. Фильтр 5 может быть выполнен из нескольких слоев фольги, что позволяет сформировать спектральный состав отфильтрованного излучением таким образом, чтобы ширина спектрального распределения была минимальной (псевдомонохроматизация) и его эффективная энергия находилась максимально близко к интересующему значению - 22,8 кэВ, сохраняя при этом приемлемую интенсивность регистрируемого детектором излучения при заданной мощности рентгеновской трубки.

Устройство работает следующим образом.

Возникающее на аноде рентгеновской трубки 1 характеристическое и тормозное излучение проходит через фильтр 5, слой нефти (нефтепродукта) в кювете 2 и регистрируется детектором 3 рентгеновского излучения. Фильтр 5 формирует спектральный состав излучения I0, поступающего от рентгеновской трубки 1, так, чтобы эффективная энергия прошедшего через него излучения составляла величину, близкую к 22,8 кэВ. Такая «псевдомонохроматизация» необходима для устранения эффекта переменного соотношения С/Н углеводородов нефти (нефтепродуктов). Поглощение псевдомонохроматизированного излучения будет зависеть, главным образом, только от содержания серы в нефти - основном поглощающем компоненте. Зарегистрированная с помощью детектора 3 интенсивность 12 излучения, прошедшего через кювету 2, позволяет вычислить содержание серы по формуле:

где CS - содержание серы в анализируемом продукте;

ρ - плотность пробы, г/см3;

К1, К2 - калибровочные коэффициенты, значение которых определяется из градуировочных измерений с использованием стандартных образцов с известным содержанием серы;

I1 - интенсивность излучения, прошедшего через фильтр;

I2 - интенсивность излучения, прошедшего через кювету;

Iф - интенсивность фонового излучения.

Реализация отличительных признаков изобретения обеспечивает технический результат, состоящий в значительном снижении потерь интенсивности излучения при его поступлении от рентгеновской трубки на детектор рентгеновского излучения. Это позволяет существенно уменьшить время экспозиции, соответственно, увеличить скважность измерений и достоверность их результатов.

Заявителем не выявлены источники информации, в которых содержались бы сведения о влиянии отличительных признаков изобретения на достигаемый технический результат.

Указанные обстоятельства позволяют сделать вывод о соответствии заявленного технического решения условию патентоспособности «Изобретательский уровень».

Опытные образцы устройства изготовлены и испытаны в ООО «Научно-производственное объединение «СПЕКТРОН», г. Санкт-Петербург, Россия, что, по мнению заявителя, позволяет сделать вывод о соответствии заявленного технического решения условию патентоспособности «Промышленная применимость».

1. Поточный анализатор серы, содержащий рентгеновскую трубку, измерительную кювету и детектор рентгеновского излучения, отличающийся тем, что между рентгеновской трубкой и измерительной кюветой установлен фильтр, выполненный из фольги, материал которой выбран из металлов с атомными номерами с 42 по 49, при этом минимальная толщина bmin фильтра составляет не менее 50 мкм, а максимальная толщина bmax фильтра определяется из условия на 1 Вт мощности рентгеновской трубки, где
I0 - интенсивность излучения рентгеновской трубки,
I1 - интенсивность излучения, прошедшего через фильтр.

2. Поточный анализатор серы по п. 1, отличающийся тем, что фильтр выполнен из нескольких слоев фольги.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу определения компонентного состава и криолитового отношения калийсодержащего электролита и может быть использовано в цветной металлургии, а именно при технологическом контроле состава электролита методом количественного рентгенофазового анализа.

Использование: для измерения уровня зольности биологического материала автоматическим или полуавтоматическим способом. Сущность изобретения заключается в том, что способ включает этапы сканирования биологического материала электромагнитным излучением на по меньшей мере двух уровнях энергии; определения объема излучения, переданного через указанный образец биологического материала на указанных уровнях энергии и оценки уровня влажности биологического материала на основе соотношения между указанным определенным объемом излучения, переданного через биологический материал на указанных уровнях энергии.

Использование: для определения пространственного распределения в керновом материале эффективного порового пространства. Сущность изобретения заключается в том, что в образец керна закачивают контрастное рентгеновское вещество, сканируют образец посредством рентгеновской томографии, получают гистограммы.

Изобретение относится к строительству, а именно к способу исследования процесса дисперсного армирования и микроармирования бетонов для повышения их трещиностойкости.

Изобретение относится к медицине, диагностике, оценке эффективности препаратов для лечения остеопороза. Диагностику остеопороза и контроль его динамики проводят рентгенабсорбционным методом на остеометре, причем за диагностический критерий остеопороза принимают наличие полостных образований в трабекулярных отделах костей, по динамике закрытия которых судят об эффективности препарата или препаратов.

Использование: для количественного определения насыщенности образцов горной породы. Сущность: заключается в том, что выполняют приготовление образца керна, моделирование пластовых условий в образце керна, совместную фильтрацию минерализованной воды и нефти через образец керна, измерение в процессе фильтрации промежуточной интенсивности рентгеновского излучения, прошедшего через образец, и установление по математическим формулам водонасыщенности, при этом измеряют интенсивность рентгеновского излучения, прошедшего через образец с начальной и конечной водонасыщенностью, получают опорный сигнал, значение остаточной водонасыщенности получают после фильтрационного эксперимента выпариванием воды из образца при температуре 110-160°C, значения начальной, остаточной водонасыщенности и опорного сигнала используют для определения промежуточной водонасыщенности по определенной математической зависимости.

Изобретение относится к области рентгенографической техники и может быть использовано при проверке багажа, ручной клади и других объектов контроля во время таможенного и специального досмотра.

Изобретение относится к устройствам для определения пространственно-спектральных характеристик рентгеновского излучения, генерируемого плазменными образованиями, источниками рентгена с широким спектральным диапазоном, и может быть использовано в научных и прикладных задачах, например в области термоядерных исследований или при разработке источников рентгеновского излучения для литографических систем и т.п.

Изобретение относится к способам неразрушающего анализа образцов пористых материалов, в частности, оно может быть использовано для анализа распределения остаточной нефти, а также определения концентрации естественной глины в образце керна или глины, проникшей в керн в ходе закачки бурового раствора.

Использование: для определения пористости образца породы. Сущность изобретения заключается в том, что способ определения пористости образца породы предусматривает определение общего минералогического состава образца, определение относительного объемного содержания каждого минерала и определение коэффициентов ослабления рентгеновского излучения для каждого из этих минералов. Затем определяют первый коэффициент ослабления рентгеновского излучения для синтетического образца, состоящего из тех же минералов с тем же объемным содержанием, но без пор. Выполняют рентгеновское микро-/нанокомпьютерное сканирование образца и определяют второй коэффициент ослабления рентгеновского излучения для исследуемого образца породы. Значения пористости могут быть определены как для образца, заполненного газом, водой или легкими углеводородами, так и для образца, заполненного тяжелыми углеводородами или другими жидкостями/газами с коэффициентами ослабления рентгеновского излучения, сравнимыми с коэффициентами ослабления рентгеновского излучения образца породы или синтетического образца. Технический результат: обеспечение возможности за короткое время неразрушающим и не зависящим от исполнителя способом определить значение пористости образца породы. 9 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх