高温高压反应釜内的料量测量方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了用于石油化工中的一种高温高压反应釜内料量测量方法和装置，该方法利用双探测器乘积法来测量反应釜内物质总量；依据该方法，其装置含有放于反应釜内γ放射源，上下两探测器，探测器后依次接有信号处理部分和控制变换部分，最终由输出一正比于上、下探测器计数乘积的电流信号来表征釜内的物料量，该方法和装置解决了在超临界工况条件下不能在线监控反应釜物料量和连续生产的问题。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种化学反应釜内料量测量方法及装置，具体是指在石油化学工业中，对高温高压反应釜内料量测量方法及装置。在石油化学工业中，高温高压反应釜常用来生产石油化工原料，例如，用于生产T-1805柴油流动改进剂，这种柴油改进剂，生产工艺是在高温(～90℃)、高压(～7.5MPa)的反应釜下以间歇式进行生产，而不能以连续的方式生产，其原因是对反应釜内的生产工况难以监测和控制，即无法测量反应釜内的料量有多少，从而也就无法对连续化生产控制。现有的平板式、差压式、浮子式液位计等都由于在反应釜高温高压、高粘度物料状态无法正常工作，另外，在升温和升压的过程中，釜内物料的密度可能发生变化，表现为物料液体面上或下降，液体和气体的界面模糊或消失；可能为超临界状态，所以通常的液位计无法在实际的生产中使用。对于通常的单探测器γ射线液位计、虽然有非接触性的优点，可以用于密封容器内有腐蚀性液体的料位的测量，但在高温高压的生产过程中，探测器计数与反应釜中的料量关系，将呈现复杂的形式(可先参阅图8和图9)，在某些情况下甚至出现探测器计数与反应釜中料量的非单值关系，因而也无法在实际生产中使用，所以目前尚未有采用高温高压连续化工业生产柴油流动改进剂的新工艺和相应的测量方法和装置。本专利技术的目的是提供一种高温高压反应釜内的物料量测量方法，同时提供一种为实现这种测量方法而制成的物料量测量装置，以解决反应釜内的物料量测量，即便在超临界的生产工况下，也可对釜内物料量测量，以实现连续化生产。本专利技术是这样实现的在高温高压反应釜生产过程中，尽管釜中的化学物料可能处于非气体非液体的超临界的流体状态(如乙稀气体的临界温度为9.9℃，临界压力为5.12MPa，)，但根据化学反应中原子数守恒的原则，不论釜内物料状态如何变化，气液界面是否存在、模糊还是消失，也不管是否发生相平衡，化学平衡或者化学反应，化学反应釜内的物质总量总是不变的，依据这一原理本专利技术采用了双探测器乘积法来测量反应釜内的物料总量在反应釜内设置-γ射线放射源，作为辐射源，利用放置于的反应釜外上、下两端的上、下γ射线探测器同时测定γ射线放射源穿过釜内物料和反应釜壁的射线强度IUf和IDf，将上、下γ射线探测器接收到的束流射线强度IUf和IDf相乘，IUf和IDf的关系遵循公式ln(IUfIDf)＝ln(IO2AUAD)-μmM/πR2，IUf×IDf取对数运算，即可得出反应釜内一一对应的物料总量M。为了利用上述测量方法测量反应釜内物料总量，本专利技术的测量装置包括有一设置于反应釜内的γ射线放射源，二分别设置于反应釜外上、下两端γ射线探测器，探测器后接有信号处理部分，信号处理部分含有依次连接的成形放大单元和窗口甄别编码单元；信号处理部分后连接控制变换部分，控制变换部分含有依次连接的中央处理单元和数字电流变换单元，在控制变换部分的中央处理单元与信号处理部分的窗口甄别编码单元之间还反馈跨接有一窗口阀值调整单元。由于本专利技术采用了双探测器乘积法来测量高温高压反应釜内的物料总量，以及依该方法而制作的装置，使得在高温高压的反应釜的生产过程中，当化学物料处于超临界状况下，料液界面模糊或消失时，也能测量出反应釜内物料总量M，并能保证最终测量值与物料总量M的一一对应单值关系，实现连续化生产。下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明附图说明图1是本专利技术反应釜内放射源、探测器安放位置示意图。图2是反应釜内放射源室放大示意图。图3是图2“A-A”向剖视示意图。图4是本专利技术测量装置原理框图。图5是本专利技术探测器测得的γ能谱示意图。图6是本专利技术光电峰稳谱逻辑框图。图7是本专利技术窗口阈值调整单元连接原理示意图。图8、图9分别是上、下单探测器计数与料量的关系示意图。图10是本专利技术采用双探测器计数乘积与料量关系示意图。请参阅图1所示，将γ射线放射源3，放于放射源室2之内，放射源室2置放于冷凝管4与反应釜釜壁5之间，反应釜1外上、下两端设置有两γ射线探测器61、62，探测器61、62准直于放射源3，γ射线束通过物质时，其强度的衰减遵循指数规律lnIIo=-μm(Eγ,Z)ρ(Z)t-----(1)]]>式中Io和I分别是未经过吸收体和经过厚度为t的吸收体时γ射线的γ射线强度，μm(Eγ，Z)＝μ(Eγ，Z)/ρ(Z)为能量Eγ的γ射线在物质Z中的质量吸收系数，ρ(Z)为Z物质的密度，μ(Eγ，Z)是原子序数为Z的介质对能量为Eγ的γ射线线性吸收系数，对于点状γ射线源，在半径为R的圆柱状准直孔几何下，在其路径t上， γ射线只与体积V＝πR2t内的质量为M＝Vρ(Z)的物质发生作用，因而(1)式可写为lnIIo=-μm(Eγ,Z)M/πR2----(2)]]>根据(2)式可知测定出抵达及穿出体积V的γ射线强度Io及I之后，就可得知γ射线穿过体积V中物质之量M，对于确定的Eγ及Z值，μm(Eγ，Z)为一常数。对上、下两探测器有适用关系式I＝IoeXP(-μmM/πR2………………(3)将上、下两探测器的计数相乘并取对数后可得关系式ln(IUfIDf)=ln(Io2AUAD)-μmM/πR2-----(4)]]>式(4)中，IUf、IDf分别为上、下探测器61、62测到的γ射线强度，AU和AD为γ射线在经过探测器61、62晶体表面以前由除物料外，其它物质(如反应釜)的吸收衷减系数。式(4)为一直线方程式，我们可以用IUf和IDf来测定反应釜内物质总量M，本专利技术方法也正是采用了上述的双探测器乘积法来测定反应釜内的物质总量M。请再参阅图1-图3，放射源室2置于冷凝管4与反应釜釜壁5之间，γ射线放射源3放置于放射源室2之内，放射源3位于探测器61、62之间，探测器61、62放置于反应釜外上、下两端，放射源室2内填有贫铀21(238U)作为γ射线放射源3的吸收材料，以达到安全防护之作用，放射源室2中心留有上、下准直孔22、23，γ射线从放射源3放射经过准直孔22、23、反应釜1内料量、空气层、釜壁后分别到达上、下探测器61、62，γ射线放射源3采用半衰期长的137Cs源。如图3所示放射源3由托架24托起，托架24的形状采用端面为“十”字形的中空柱体，以保证釜内的物料在源位处顺畅流通，不会淤塞。上、下探测器61、62采用NaI(T1)晶体以及光电倍增管耦合组成，射入NaI(T1)晶体的γ射线与晶体原子或分子相互作用后产生的光子在抵达光电倍增管光阴极时，逐出光电子，这些电子经光电倍增管倍增放大后以电脉冲形式从阳极输出。如图4-5所示，上、下两探测器61、62测出和选取光电峰的γ射线强度在转换为脉冲电信号后依次经过信号处理部分71和控制变换部分80后以电流输出的形式去控制反应釜1内的料量总量和进料量，以达到生产工况的测量和控制，具体详述如下探测器61、62输出的信号通过电缆分别接到信号处理部分71，信号处理部分71依次接有成形放大单元711、712和窗口甄别编码单元721、722，进行成形放大和阈值窗口甄别编码，甄别编码后两路信号输入到控制变换部分80；控制变换部分80依次接有中央处理单元81(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高温高压反应釜内的料量测量方法，该方法采用γ射线放射源作为辐射源，γ射线探测器作为接收器，其特征在于：放置于反应釜内的γ射线放射源（３）辐射出γ射线，利用放置于反应釜外上、下两端的上、下两探测器（６１、６２）同时测定γ射线放射源穿过釜内物料量和釜壁的束流射线强度Ｉ↓［Ｕｆ］和Ｉ↓［Ｄｆ］；将上、下γ射线两探测器（６１、６２）接收到的束流射线强度Ｉ↓［Ｕｆ］和Ｉ↓［Ｄｆ］相乘，Ｉ↓［Ｕｆ］和Ｉ↓［Ｄｆ］之积即为反应釜内的物料总量Ｍ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王功庆，杨锦晴，张映箕，谷呜，沈天健，程晓伍，魏永钦，蒋立光，王跃龙，傅国华，
申请(专利权)人：中国科学院上海原子核研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]