一种高温高压碳氢燃料的伽马射线密度测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种高温高压碳氢燃料的伽马射线密度测量装置及方法，包括在固定平台上固定伽马射线密度测量实验段管道、伽马射线放射源及屏蔽罩、辐射探测器，伽马射线密度测量实验段管道与伽马射线放射源及屏蔽罩和辐射探测接收器之间同轴心布置布置铅块准直器和隔热板；伽马射线密度测量实验段管道进口和出口处安装压力变送器和热电偶；伽马射线密度测量实验段管道进口管路连接高温高压液体的产生和控制系统中的待测流体的预热加热段，出口管路连接高温高压液体的产生和控制系统中的冷却和处理段。本发明专利技术既能够消除温度对实验段管路的影响，实现高温高压下流体密度的在线测量；又能通过射线法预先获得所测物质的质量吸收率。收率。收率。

【技术实现步骤摘要】
一种高温高压碳氢燃料的伽马射线密度测量装置及方法


[0001]本专利技术涉及流体热物性测量、液体火箭发动机再生冷却
，具体涉及一种高温高压碳氢燃料的伽马射线密度测量装置及方法。

技术介绍

[0002]流体热物性测量技术广泛存在于石油、化工、核能、制冷、冶金等工业生产过程中。密度作为流体的重要物性参数，是对碳氢燃料再生冷却性能评估的重要指标。特别是在高温高压和大流量条件下的流动传热特性研究，加之碳氢燃料沿发动机冷却通道状态的连续变化以及高温下化学反应组分的不断变化，实验方法成为获得苛刻条件下碳氢燃料热物理性质的主要选择，同时实验方法还必须满足在线测量的要求。因此，密度测量技术是流体热物性测量技术的重点。
[0003]密度测量方式按测量方式分为两类：其一是直接接触待测流体的直接测量法，包括静力称量法、密度瓶法、悬浮法、浮计法等；其二是通过不直接接触待测流体的间接方式测量方法，常见的有振动法、射线法、声学法、光学法、电学法、色谱法等。在液体火箭发动机再生冷却
，流体的密度测量还伴随着高温高压以及高温下化学反应组分发生变化的严苛条件。
[0004]高温高压条件下，需要采用间接的测量方法来得到流体的密度。振动管法是现在最常用的高温高压密度测量方法，振动管密度测量法的工作原理是基于物质的振动频率与振动质量的关系，振动的过程中总质量发生改变使整个系统的固有频率改变，通过计算得到被测液体的密度值。具有测量速度快、精度高、操作方便等优点；缺点：液体在振动管内部所受阻力较大，压力损失较高，同时受环境温度影响较大，无法测量待测流体温度超过200℃的密度，同时当待测流体温度低于0℃由于振动管外结冰，也无法测量。
[0005]射线法可应用于宽广的温度范围和超高压力下，射线法密度测量装置是非接触式，密度测量不受温度和压力的影响。射线法是测量液体密度常用的方法之一，原理是具有放射性的同位素衰减过程中，向外辐射的射线穿过介质的过程，射线强度将根据液体密度的变化而改变，是通过射线衰减强度与流体密度间的关系来测量流体密度的测量方法。根据射线源发出的射线种类不同，主要包括伽马射线、X射线、中子射线等。射线法是一种非接触式的测量方式，由于射线衰减不受外界条件干扰，具有较高的稳定性；缺点：在操作性上，需要对射线辐射进行一定的防护，以保障人员安全；实验段管道受到高温影响会对测量结果产生误差；对于未知的待测流体，需要预先获得其质量吸收率，以与标准流体比较。
[0006]碳氢燃料高温高压密度测量，具有超高压力、成分复杂和发生化学反应等特点。目前针对于超高压力和高温条件下的碳氢燃料密度测量装置及方法鲜有公开报道，特别是在伴随化学反应的复杂条件下的流体密度数据难以获得。

技术实现思路

[0007]为了克服以上技术问题，本专利技术提出一种高温高压碳氢燃料的伽马射线密度测量
装置及方法，既能够消除温度对实验段管路的影响，实现高温高压下流体密度的在线测量；又能通过射线法预先获得所测物质的质量吸收率，可用于成分未知的碳氢物质的密度测量。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0009]一种高温高压碳氢燃料的伽马射线密度测量装置，包括固定平台1，固定平台1上通过支撑台柱固定伽马射线密度测量实验段管道2、伽马射线放射源及屏蔽罩3、辐射探测器4，伽马射线密度测量实验段管道2与伽马射线放射源及屏蔽罩3和辐射探测接收器4之间同轴心布置布置铅块准直器5和隔热板6；
[0010]伽马射线密度测量实验段管道2包括进口管路、伽马射线穿过管路和出口管路三部分焊接；
[0011]伽马射线密度测量实验段管道2进口和出口处安装压力变送器7和热电偶8，伽马射线密度测量实验段管道2外部布置有保温棉12和云母加热片13；
[0012]所述辐射探测接收器4包含CsI
‑
闪烁基数器9、信号放大器10和数据处理输出装置11，数据处理输出装置11与连接数据采集设备14的输入端；所述伽马射线密度测量实验段管道2进口管路连接高温高压液体的产生和控制系统中的待测流体的预热加热段，出口管路连接高温高压液体的产生和控制系统中的冷却和处理段。
[0013]所述高温高压液体的产生和控制系统，包含用于存储待测流体的存储箱15下端出口连接过滤器16进口，过滤器16出口连接高压恒流泵17进口，高压恒流泵17出口连接质量流量计18进口，质量流量计18出口连接绝缘接头19进口，绝缘接头19进口连接预热段管道20进口，预热段管道20出口连接伽马射线密度测量装置22；所述伽马射线密度测量装置22连接实验段测量后管路，伽马射线密度测量装置22出口连接高温过滤器16进口，高温过滤器16出口连接管壳式换热器23进口，管壳式换热器23出口连接绝缘接头19进口，绝缘接头19出口连接背压阀25进口，背压阀25出口连接尾气分离处理装置26进口，尾气分离处理装置26出口回到废液箱27。
[0014]所述预热段管道20的进口连接交流恒流电源21的一端输出，预热段管道20的出口连接交流恒流电源21的一端输出；预热段管道20两端的加热电压U和加热电流I由交流恒流电源21所带的电压传感器和电流传感器获得，加热功率P由加热电压和加热电流相乘计算得到，所述预热段管道20之前和管壳式换热器23之后连接绝缘接头19，防止加热电流传导到非实验管路的其他位置。
[0015]所述管壳式换热器23的壳侧出口连接工业风冷冷水机24进口，工业风冷冷水机24出口连接管壳式换热器23的壳侧进口。
[0016]所述高压恒流泵17和绝缘接头19之间设置质量流量计18，预热段管道20进口和出口处设置有热电偶8，伽马射线密度测量实验段管道2进口和出口处设置有热电偶8，预热段管道20出口和伽马射线密度测量实验段管道2进口设置有压力变送器7；质量流量计18、压力变送器7和热电偶8的信号输出到数据采集板28。
[0017]所述数据采集设备14和数据采集板28的数据输出与工控机29相连，并通过工控机29显示出热工参数和计数率。
[0018]一种高温高压碳氢燃料的伽马射线密度测量装置的安装方法，其步骤为：
[0019]步骤一：调整固定平台1，使固定平台1紧密的与地面相连，并通过水平液泡测平仪
使固定平台1的水平度1
°
范围内，保证射线源发出的射线能水平穿过伽马射线密度测量管路2同时不向外泄露；
[0020]步骤二：在固定平台1中间安装伽马射线密度实验管段2，在实验管段2上下表面紧密布置云母加热片13，并在云母加热片13周围包裹5
‑
10mm的保温棉12，用来降低散热，减小进出口温差；
[0021]步骤三：在固定平台1的一侧布置带屏蔽铅罐的伽马射线源3、另一侧布置射线接收装置4，使射线发射与接收方向处于同一水平线；
[0022]步骤四：根据测试管2的管径大小选取相同管径的铅块准直器5和隔热板6，分别放置于放射源5出口和接收装置6前端；
[0023]步骤五：选取与待测流体物性相本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高温高压碳氢燃料的伽马射线密度测量装置，其特征在于，包括固定平台(1)，固定平台(1)上通过支撑台柱固定伽马射线密度测量实验段管道(2)、伽马射线放射源及屏蔽罩(3)、辐射探测器(4)，伽马射线密度测量实验段管道(2)与伽马射线放射源及屏蔽罩(3)和辐射探测接收器(4)之间同轴心布置布置铅块准直器(5)和隔热板(6)；耐高温高压的伽马射线密度测量实验段厚壁金属管道(2)包括进口管路、伽马射线穿过管路和出口管路三部分焊接；伽马射线密度测量实验段管道(2)进口和出口处安装压力变送器(7)和热电偶(8)，伽马射线密度测量实验段管道(2)外部布置有保温棉(12)和云母加热片(13)；所述辐射探测接收器(4)包含CsI
‑
闪烁基数器(9)、信号放大器(10)和数据处理输出装置(11)，数据处理输出装置(11)与连接数据采集设备(14)的输入端；所述伽马射线密度测量实验段管道(2)进口管路连接高温高压液体的产生和控制系统中的待测流体的预热加热段，出口管路连接高温高压液体的产生和控制系统中的冷却和处理段。2.根据权利要求1所述一种高温高压碳氢燃料的伽马射线密度测量装置，其特征在于，所述高温高压液体的产生和控制系统，包含用于存储待测流体的存储箱(15)下端出口连接过滤器(16)进口，过滤器(16)出口连接高压恒流泵(17)进口，高压恒流泵(17)出口连接质量流量计(18)进口，质量流量计(18)出口连接绝缘接头(19)进口，绝缘接头(19)进口连接预热段管道(20)进口，预热段管道(20)出口连接伽马射线密度测量装置(22)；所述伽马射线密度测量装置(22)连接实验段测量后管路，伽马射线密度测量装置(22)出口连接高温过滤器(16)进口，高温过滤器(16)出口连接管壳式换热器(23)进口，管壳式换热器(23)出口连接绝缘接头(19)进口，绝缘接头(19)出口连接背压阀(25)进口，背压阀(25)出口连接尾气分离处理装置(26)进口，尾气分离处理装置(26)出口回到废液箱(27)。3.根据权利要求2所述一种高温高压碳氢燃料的伽马射线密度测量装置，其特征在于，所述预热段管道(20)的进口连接交流恒流电源(21)的一端输出，预热段管道(20)的出口连接交流恒流电源(21)的一端输出；预热段管道(20)两端的加热电压U和加热电流I由交流恒流电源(21)所带的电压传感器和电流传感器获得，加热功率P由加热电压和加热电流相乘计算得到，所述预热段管道(20)之前和管壳式换热器(23)之后连接绝缘接头(19)，防止加热电流传导到非实验管路的其他位置。4.根据权利要求3所述一种高温高压碳氢燃料的伽马射线密度测量装置，其特征在于，所述管壳式换热器(23)的壳侧出口连接工业风冷冷水机(24)进口，工业风冷冷水机(24)出口连接管壳式换热器(23)的壳侧进口。5.根据权利要求2所述一种高温高压碳氢燃料的伽马射线密度测量装置，其特征在于，所述高压恒流泵(17)和绝缘接头(19)之间设置质量流量计(18)，预热段管道(20)进口和出口处设置有热电偶(8)，伽马射线密度测量实验段管道(2)进口和出口处设置有热电偶(8)，预热段管道(20)出口和伽马射线密度测量实验段管道(2)进口设置有压力变送器(7)；质量流量计(18)、压力变送器(7)和热电偶(8)的信号输出到数据采集板28。6.根据权利要求2所述一种高温高压碳氢燃料的伽马射线密度测量装置，其特征在于，所述数据采集设备(14)和数据采集板(28)的数据输出与工控机(29)相连，并通过工控机(29)显示出热工参数和计数率。7.根据权利要求1
‑
6任一项所述一种高温高压碳氢燃料的伽马射线密度测量装置的安
装方法，其步骤为：步骤一：调整固定平台(1)，使固定平台(1)紧密的与地面相连，并通过水平液泡测平仪使固定平台(1)的水平度1
°
范围内，保证射线源发出的射线能水平穿过伽马射线密度测量管路(2)同时不向外泄露；步骤二：在固定平台(1)中间安装伽马射线密度实验管段(2)，在实验管段(2)上下表面紧密布置云母加热片(13)，并在云母加热片(13)周围包裹5
‑
10mm的保温棉(12)，用来降低散热，减小进出口温差；步骤三：在固定平台(1)的一侧布置带屏蔽铅罐的伽马射线源(3)、另一侧布置射线接收装置(4)，使射线发射与接收方向处于同一水平线；步骤四：根据测试管(2)的管径大小选取相同管径的铅块准直器(5)和隔热板(6)，分别放置于放射源(5)出口和接收装置(6)前端；步骤五：选取与待测流体物性相近的合适标准密度流体(如正十烷、甲苯或环己烷等)对伽马射线密度测量装置(22)进行计数率上的标定；通过控制高温高压液体的产生和控制系统，选取常温25℃至400℃下的温度范围区间，消除温度对伽马射线密度测量的影响；步骤六：通过对比伽马射线密度测量装置(22)中标准密度流体和待测流体的计数率差异，结合常温常压下对待测流体的密度测量，可预先获得所测物质的质量吸收率；步骤七：调节系统管路出口的背压阀(25)使系统压力达到预设值；启动交流恒流电源(21)，加热预热管路(20)到使实验段进出口温度热电偶(8)达到预定测量值；打开伽马射线放射源(3)和辐射探测器(4)，对待测流体在待测工况点下的密度进行测量。8.根据权利要求1
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6任一项所述一种高温高压碳氢燃料的伽马射线密度测量装置测量方法，包含：(1)消除温度对伽马射线密度测量装置的影响；(2)采用待测流体和标准密度流体的质量吸收系数...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘朝晖，李沛奇，蒋榕培，游岳，
申请(专利权)人：北京航天试验技术研究所，
类型：发明
国别省市：