بخشی از مقاله
چکیده
روشهاي هستهاي، بطور گسترده اي در سیستمهاي اندازهگیري صنعتی پیشرفته استفاده می شوند. چگالی سنج هستهاي یکی از دقیق ترین روشهاي اندازهگیري چگالی است که بر اساس آشکارسازي شار تضعیف شده یک چشمه گاما با اکتیویته معین میباشد. با توجه به سرعت بالا، این روش جایگزین بسیار مناسبی براي رو شهاي آنالیز وقتگیر و هزینهبر شیمیایی میشود. استفاده از این روش در صنایع نفت، گاز، شیمی، پتروشیمی، صنایع کاغذ و چوب، صنعت خودرو، رنگ، سیمان، معدن، متالوژي وغیره باعث کاهش هزینه تا سقف میلیونها دلار شده است.
مزیت دیگر این روش آنالیز مواد بدون تماس با آنهاست. براي اندازهگیري چگالی سیال در درون لولهها با استفاده از چشمه گاما دومدل وجود دارد؛ یکی استفاده از گاماهاي پس پراکنده شده از سیال ودیگري استفاده از گاماهاي عبوري است در این پژوهش براي شبیه سازي چیدمان چگالی سنج گاما از کد مونت کارلوي هخبشهق و از مدل پرتو هاي عبوري استفاده شد. براي اولین بار در داخل کشور چگالی سنج هسته اي مطابق مدل صنعتی طراحی و ساخته شد و چگالی سیالات نفتی شامل روغن موتور، بنزین وگازوییل و نیز آب درون لوله هاي آهنی و پی وي سی با قطر داخلی 4 اینچ و با اختلاف چگالی در حدود صعطَ؟ 0/1 با دقت 99 /99 درصد σ - ص - در حضور چشمه که137 آشکار ساز یدور سدیم 1 اینچ اندازهگیري شد.
-1 مقدمه
روش هاي هسته اي، بطور گسترده اي در سیستم هاي اندازه گیري صنعتی پیشرفته استفاده می شوند. چگالی سنج هسته اي یکی از کاربردهاي صلح آمیز فناوري هسته اي محسوب می شود که 21 درصد از سهم تولیدات دستگاه هاي اندازه گیري هسته اي را شامل میشود و رتبه دوم تولیدات صنعت هسته اي را به خود اختصاص داده است مزیت این روش نسبت به سایر روش هاي اندازه گیري چگالی به ویژه روش آلتراسونیک و راداري که از دقت و حساسیت بالا برخوردار می باشند شامل موارد زیرمی باشد.[3-1]
• بخش ئئکه ؟غططأکهکق این نوع سنسورهاي هستهاي میتواند به صورت کاملا جدا از بخش غپطصطکغغپه کککطپطبآن نصب گردد که این قابلیت کنترل کردن سیستم را از راه دور فراهم می کند.
• خروجی چنین سیستمهایی قابلیت اتصال به سیستم هاي کنترلی از قبیل خعبو هعبرا دارد.
• عدم وابستگی روش اندازه گیري هسته اي به جنس بدنه مخازن،دماي محیط و دماي سیال درونی و شفافیت و عدم شفافیت سیال درونی از ویژگی هاي منحصر به فرد این روش محسوب می شود که همین امر دلیل کاربرد گسترده این روش را در سایت هاي نفتی و پالایشگاه ها را دارد.
• روش هسته اي امکان نصب به صورت افقی و عمودي و در نقاط مختلف در اطراف مخزن را فراهم می کندکه این امر آن را از روش هاي اندازه گیري راداري و آلتراسونیک متمایز می سازد.
• منحنی کالیبراسون چنین سیستم هایی نشان می دهد که بازه دمایی پاسخ آنها بر خلاف سنسورهاي آلتراسونیک و راداري وسیع می باشد.
• اندر کنش تابش یونیزان میتواند با حساسیت بالایی، آشکارسازي و اندازه گیري شود.
• ....
سه نوع تابش حاصل از فروپاشی هسته اي وجود دارد : تابش هاي آلفا ، بتا و گاما . هر یک از این تابش ها ویژگی ها و ساز و کار اندرکنش مربوط به خود را دارند. در این میان، چون پرتوهاي گاما در مقایسه با دگیر تابش ها نفوذ بیشتري در مواد دارند ، کاربرد بیشتري پیدا کرده اند. اجزاء اصلی دستگاه سنجش چگالی شامل یک چشمه پرتوزا و یک سیستم آشکار ساز براي اندازه گیري مقدار تابش هاي عبوري از میان فرآیند ، مانند سیال داخل یک لوله ، می باشد . شکل ذچنین سیسمتی را نشان می دهد . هنگامی که دریچه جلوي چشمه باز می شود ، باریکه موازي از پرتوهاي گاما از دیواره لوله و سیال درون آن عبور می کند . متناسب با چگالی ماده ، شدت پرتوهاي گاما کاهش می یابد .
در نهایت ، شدت پرتوهاي گاما در آشکارساز مقیاسی از چگالی ماده را خواهد داد . زمانی که چگالی سیال در داخل یک لوله یا مخزل بزرگ اندازه گیري می شود، چشمه پرتوزا و آشکارساز همانند شکل 1 قرار داده می شوند. براي اندازه گیري چگالی سیال در درون لوله ها با استفاده از چشمه گاما دومدل وجود دارد؛ یکی استفاده از گاماهاي پس پراکنده شده از سیال ودیگري استفاده از گاماهاي عبوري است .[5-4] روش اول براي قسمت هایی از خط لوله مناسب است که دسترسی به هر دو سمت لوله ویا مخزن وجود ندارد.
اندازه گیري گاماهاي عبوري پرکاربردترین روش موجود است . در این حالت ، چشمه در یک سمت فرآیند و آشکارساز در سمت مقابل آن قرار می گیرد . براي گاماها، باریکه در اثر عبور از ماده مورد نظر تضعیف می شود که با توجه به رابطه نمایی لامبرت – بیرز ، محاسبه می شود . که در آن فرض شده است ماده فرآیند در سراسر مخزن یا لوله ، یک مخلوط همگن باشد . شدت ، بوسیله شمارش پالس ها اندازه گیري می شود . بنابراین تضعیف ، به طول مسیر باریکه در داخل ماده - x - و ضریب تضعیف بستگی دارد . ضریب تضعیف خطی به چگالی ماده داخل مخزن یا لوله بستگی دارد .
در چگالی سنج هاي با گاماي تک انرژي استفاده از گاماي با انرژي پایین مطلوب استح زیرا در این حالت حساسیت اندازه گیري بالا بوده ودر نتیجه به ازاي یک آهنگ شمارش مشخص خطا کمتر خواهد بود. با این وجود وابسته به شرایط مخزن وماده درونی آن انرژي گاما باید تا میزانی بالاباشد تا توانایی عبور از ماده تضعیف کننده و جداره لوله ومخزن ودر نهایت ثبت شدن در سیستم آشکارسازي را دارا باشد. در پژوهش حاضر از چشمه گاماي ،صذسکه با توجه به تک انرژي بودن و قدرت نفوذ بالا استفاده شده است .[8-6]
-2 روش ها
در این آزمایش از جئ1ض عهش 1 اینچ به عنوان آشکارساز و چشمه که137 با فعالیت 0/5میلی کوري استفاده شده است که آزمایش براي چهار سیال آب، بنزین، گازوییل و روغن موتور در دماي یکسان 30سانتیگراد انجام شد، چگالی هر یک از این سیالات در دماي 30 سانتیگراد به وسیله یک هیدرومتر با دقت 0/01گرم بر سانتیمترمکعب اندازه گیري شد.این آزمایش براي دو لوله آهنی و طهژ انجام شد. در این آزمایش سعی شده است که چیدمان آزمایشی به مدل صنعتی آن که تصویر آن در شکل 2 آمده است، نزدیک باشدح مشخصات مربوط به چگالی سیالات در جدول 1 آورده شده است.
