[發明專利]伽馬射線技術快速測量旋風分離器濃度場的裝置和圖像重構方法

無效

• 申請號: 201210144237.8
• 申請日: 2012-05-11
• 公開（公告）號: CN102661913A
• 公開（公告）日: 2012-09-12
• 發明（設計）人: 宋健斐;劉小成;張萬松;陳建義;嚴超宇;魏耀東;馬媛媛;張瓊
• 申請（專利權）人: 中國石油大學(北京)
• 主分類號: G01N15/06
• 分類號: G01N15/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于工業離心氣固分離裝置的濃度場實時在線監測領域，涉及一種安裝在旋風分離器上濃度場測量的伽馬射線截面成像裝置，以及配套的濃度場濃度場圖像重構算法。

背景技術

離心分離技術在工業中獲得了廣泛的應用，例如旋風分離器，旋流器，離心機等分離設備。流體旋轉過程形成的超重力離心場是強化非均相分離的有效途徑。在離心力場的作用下，顆粒相在場內分布呈現很大的非均勻性。分離設備的流動參數和結構形式直接影響到這種濃度場的分布，進而影響到分離設備的性能，如分離效率和分離壓降等。這就需要對離心濃度場進行監視和測量，而目前對工業分離設備的離心濃度場分布的檢測尚無比較實用的技術，一直是一個亟待解決的問題。受工藝操作條件、溫度和壓力的限制，工業裝置的分離設備通常由金屬建造外殼，設備內部流體的濃度分布不能用采用侵入式儀器的測量，只可以采用非侵入式測量儀器。通常有電容層析成像技術(ElectricalCapacitance?Tomography，ECT)，電阻層析成像技術(Electrical?ResistanceTomography，ERT)，X射線技術，伽馬射線技術等等。但受到現場分離設備金屬外殼和分離設備尺寸較大的影響，測量信號的衰減較大，以及測量儀器信號發射裝置的復雜性，測量操作的難度較大，裝置成本較高等因素對測量技術提出了較高的要求。因此除伽馬射線技術外，其他方法難以對這種現場條件下的濃度場的進行測量。伽馬射線成像技術除安全性要求較高外，兼顧具有系統結構相對簡單，操作成本較低，射線穿透力很強，測量非侵入式等獨特優勢而更適合于這種工業環境下的多相流動狀態數據采集。

離心分離技術應用的典型設備是旋風分離器，其分離過程見圖1。氣固兩相流進入旋風分離器后形成強烈的旋轉運動。氣流中的顆粒在離心力的作用下脫離流線向器壁移動，再沿器壁向下螺旋旋轉從下部的排塵口流出，而氣體則從中心的排氣管流出。顆粒在離心力作用下的徑向運動逐漸濃縮在外器壁附近，形成比較厚的顆粒層，結果導致顆粒濃度在旋風分離器內呈現很大的非均勻分布。這種濃度分布是旋風分離器分離過程的直接反映，旋風分離器的操作性能和操作狀態可以通過旋風分離器的濃度場分布進行實時在線監測。

實驗測量(Shaohua?Li，Hairui?Yang，Hai?Zhang，Shi?Yang，Junfu?Lu，GuangxiYue，Measurements?of?solid?concentration?and?particle?velocity?distributions?near?thewall?of?a?cyclone，Chemical?Engineering?Journal?150(2009)168-173)表明旋風分離器內的固相顆粒主要集中在壁面附近的14mm以內，旋風分離器內大部分空間的濃度非常低，結果在壁面附近形成的氣固兩相的濃度梯度非常大。以往的伽馬射線工業CT圖像重構技術主要采用傳統的醫學CT中的圖像重建算法。一方面，采用這種算法的裝置需要非常精密的射線源和探測器位移裝置；另一方面，需要采集大量的數據花費較長的時間，難以實現快速測量；再之，與一般的管流多相流測量相比，離心濃度場具有較高的濃度梯度，對圖像重建算法的分辨率提出了更高的要求。目前尚無一種適用于工業應用現場的離心濃度場測量的裝置和方法，因此有必要開發一種適用于工業應用現場的離心濃度場的測量裝置和圖像重構方法，利用有限的數據快速獲得較高精度的離心分離設備的濃度場分布信息，從而達到對離心分離設備進行有效的狀態監測和相關的故障診斷的目的。

從已有的有關伽馬射線兩相流測量的專利看，這些專利主要是進行有關的層析成像算法的研究，考察對象以管流為主。例如，中國專利201110026739.6，伽馬射線截面成像裝置、多相流流量測量裝置及測量方法，裝置采用兩組射束對濃度場進行測量，并采用傳統的CT圖像重建算法對濃度場分布進行重構，可以用于一般管流的氣固濃度圖像重構。這個專利尚不能適用于離心濃度場的測量，也不能達到快速實時監測的要求。

此外，對于接近于軸對稱分布的高濃度梯度離心濃度場未有探究。中國專利200810240476.7，旋流濃集的稀疏氣固兩相流電容層析成像測量方法及裝置，采用6極板的電容層析成像的方法測量旋流裝置的顆粒濃集分布情況，不適用于現場高溫，高壓旋風分離器的濃度場測量。

發明內容

本發明的目的在于提供伽馬射線技術快速測量旋風分離器濃度場的裝置，主要應用于涉及離心濃度場分離裝置的檢測和監視，也可以為石油石化等典型離心濃度分離器進行操作狀態的實時監測。