多相流量計(jì)用源的研制

劉志成，鄔永建

(原子高科股份有限公司，北京　102413)

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多相流量計(jì)用源的研制

劉志成，鄔永建

(原子高科股份有限公司，北京102413)

摘要：油田多相流量計(jì)用源要求外形尺寸不變、光子通量輸出率提高1.5倍。鑒于原制備工藝不能滿足生產(chǎn)要求，本研究在不更改放射源外形和活性區(qū)尺寸的情況下，通過(guò)改變面釉成份，降低自吸收，提高光子通量輸出率，確定原料面釉最佳摻和比，增加裝料量等方法，成功研制了油田多相流量計(jì)用源。經(jīng)檢測(cè)該源各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均滿足國(guó)標(biāo)相關(guān)要求。現(xiàn)場(chǎng)使用，反饋良好。

關(guān)鍵詞：多相流量計(jì)用源；面釉配比；高活度；光子通量輸出率

含源多相流量計(jì)主要用于油田的單井計(jì)量和測(cè)試，能夠在油、氣、水三相不分離的狀態(tài)下完成對(duì)油井產(chǎn)出的油、氣、水各相流量和其他過(guò)程參數(shù)的在線、實(shí)時(shí)測(cè)量，是傳統(tǒng)測(cè)試分離器的替代技術(shù)[6]。該儀器使用的放射源為φ10×5 mm，源強(qiáng)5.5 GBq的241Am低能光子源，國(guó)內(nèi)外銷售的該尺寸的241Am低能光子源一般采用搪瓷法制備，但強(qiáng)度均低于3.7 GBq。若改用壓片法制備，盡管源強(qiáng)易于達(dá)到5.5 GBq的強(qiáng)度要求，但源芯牢固性較差，在長(zhǎng)期震動(dòng)的使用條件下，可能出現(xiàn)源芯松動(dòng)，導(dǎo)致光子輸出不穩(wěn)定。為此，本研究擬在保證放射源外形及活性區(qū)尺寸不變的情況下，結(jié)合原制備工藝及搪陶瓷工藝技術(shù)研制多相流量計(jì)用源。

1　實(shí)驗(yàn)材料

1.1主要儀器

馬弗爐：北京電爐廠； 高溫電爐：自制； 4096道γ譜儀：HPGe，美國(guó)Ortec公司產(chǎn)品；天平：上海精密儀器儀表有限公司；球磨機(jī)：長(zhǎng)沙天創(chuàng)化工；低能光子源測(cè)量裝置：自制。

1.2主要試劑

搪瓷防腐釉：北京化工設(shè)備廠；241AmO2原料(比活度為111 GBq/g)：美國(guó)QSA公司；其余試劑均為分析純，購(gòu)自北京化學(xué)試劑公司。

2　實(shí)驗(yàn)方法

多相流量計(jì)用源采用搪瓷法工藝制備，即把241Am原料與面釉混合，加水研磨使其充分混合均勻，制得料漿，然后將其滴至搪好底釉的源托內(nèi)，烘干后經(jīng)高溫?zé)Y(jié)，即得到241Am搪瓷活性塊(源芯)，再將其裝入薄窗不銹鋼殼內(nèi)，進(jìn)行氬弧焊封[1]。該工藝的關(guān)鍵在于面釉制備及原料與面釉的最佳摻和比。

2.1面釉制備

采用低原子序數(shù)的氧化物[4]，按比例混合均勻，放入剛玉坩堝內(nèi)，經(jīng)馬弗爐高溫加熱至1 100 ℃，恒溫0.5 h，待其呈玻璃體時(shí)取出，在熔融狀態(tài)下，直接倒入冷水中進(jìn)行水淬，取出后用球磨機(jī)研磨至300目粉末即制得面釉。

1.2241AmO2與面釉的配比

將241AmO2與面釉按不同比例進(jìn)行混合、研磨后，滴加在搪好底釉的源托內(nèi)，烘干后經(jīng)高溫?zé)Y(jié)，觀察釉層成釉表觀、牢固性、強(qiáng)度等來(lái)確定241AmO2與面釉的最大摻和比。

3　結(jié)果與討論

3.1面釉制備

面釉的選擇對(duì)多相流量計(jì)用源的制備至關(guān)重要，選擇面釉的組分時(shí)，不僅要考慮到與底釉之間匹配，還要滿足面釉的質(zhì)量和使用性能，同時(shí)還能使241Am的低能γ光子有較大的輸出，在參考原面釉配方(表1)[1-2]的基礎(chǔ)上，對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)。主要采用低原子序數(shù)的氧化物作為面釉的原始組分,結(jié)果列于表2。

以原面釉組分和241Am原料按1∶1.2 ～1∶2配比后在活性區(qū)為φ7 mm的底托上進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)(燒結(jié)溫度1 300 ℃)，最大可制備的241Am低能光子源為3.7 GBq，該源強(qiáng)不能滿足油田用多相流量計(jì)的需要。

表1　傳統(tǒng)面釉配方組分Table 1　The original glaze composition

表2　改進(jìn)后面釉配方組分Table 2　Improved glaze formula

以此面釉組分和241Am原料按1∶1.5～1∶2配比后在活性區(qū)為φ7 mm的底托上進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)(燒結(jié)溫度1 300 ℃)，最大可制備的241Am低能光子源為5.5～5.9 GBq，該活度可滿足油田用多相流量計(jì)的需要。

3.2241AmO2與面釉的配比

在多相流量計(jì)用源的制備中，241AmO2與面釉的配比既要保障241AmO2的加入量，又要確保源芯成釉良好，表觀光滑，源芯牢固性較好，放射性浸出比低。

由表3可知，241AmO2與面釉的配比在1∶1.5～1∶2內(nèi)可制得釉層光滑，粘接牢靠的搪瓷源芯。

3.3源芯牢固性

241Am是極毒類放射性核素，因此必須保證源芯的牢固性，防止源殼破損后放射性物質(zhì)對(duì)周圍環(huán)境造成大面積污染。采用浸泡法[5]對(duì)其進(jìn)行檢驗(yàn),將源芯置于室溫(25±5 ℃)蒸餾水中浸泡36 h，測(cè)量浸泡液中的放射性活度，結(jié)果列于表4。由表4可見(jiàn)，浸出比極低，源芯粘接牢固。

表3　241AmO2與面釉摻和比Table 3　241AmO2 and surface glaze mixing ratio

表4　源芯牢固性檢驗(yàn)數(shù)據(jù)Table 4　The solid test data of the core

3.4多相流量計(jì)用源的能譜測(cè)定

為了滿足整個(gè)譜儀系統(tǒng)的能量分辨率和穩(wěn)定性，將放射源放入一個(gè)準(zhǔn)直孔為φ15 mm的準(zhǔn)直器并調(diào)節(jié)放射源與探頭之間的距離為5 cm，將 59.45 keV能量時(shí)的計(jì)數(shù)率保持在220～420之間。測(cè)量結(jié)果示于圖1。

由圖1可以看出，新制備的5.5 GBq241Am光子源(圖1a)和英產(chǎn)1.11 GBq241Am標(biāo)準(zhǔn)源(圖1b)具有相似的能譜圖，其59.45 keV能峰高度比例比較一致。新制備的光子源可滿足用戶使用要求。

a——多相流量計(jì)用源；b——標(biāo)準(zhǔn)源圖1　能譜對(duì)比圖a——241Am source used in multiphase flow meter；b——241Am standard sourceFig.1　Energy spectrum comparison

4　結(jié)論

1) 經(jīng)過(guò)改進(jìn)后，采用低原子序數(shù)的面釉組分配方，使面釉對(duì)射線的自吸收降低，成品放射源具有較好的發(fā)射能譜，原料的利用率提高了15%以上。

2)241Am搪瓷源芯通過(guò)一系列牢固性試驗(yàn)，證明源芯的性能穩(wěn)定，源芯內(nèi)241Am核素結(jié)合牢固。

3) 在實(shí)際應(yīng)用中，研制的油田多相流量計(jì)用源完全可以滿足用戶的使用需求。

參考文獻(xiàn)：

[1]方吉東.241Am低能光子源制備工藝的研究[J]. 原子能科學(xué)技術(shù),1979,(3):12-13.

[2]孫樹(shù)正. 放射源的制備與應(yīng)用[M]. 北京：原子能出版社，1992：146-151.

[3]李永強(qiáng). 高強(qiáng)度241Am低能γ源的研制與生產(chǎn)[M]. 北京：[s. n.], 1977.

[4]李家駒. 陶瓷工藝學(xué)[M]. 北京:中國(guó)輕工業(yè)出版社,2003:137-196.

[5]國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì). 密封放射源 一般要求和分級(jí). GB 4075—2009[S]. 北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

[6]呂玉玲. 多相流相分率測(cè)量技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 管道技術(shù)與設(shè)備,2002,(5):25.

收稿日期：2015-07-02;修回日期：2016-01-14

作者簡(jiǎn)介：劉志成(1983—)，男，河北承德人，工程師，主要從事放射源的研發(fā)及制備工作

中圖分類號(hào)：TL364.5

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1000-7512(2016)03-0181-03

doi：10.7538/tws.2016.29.03.0181

Preparation of Radioactive Source Used in Multiphase Flow Meter

LIU Zhi-cheng, WU Yong-jian

(HighTechnologyAtomicCO.,LTD.,Beijing102413,China)

Abstract:Requirement for the radioactive source used in multiphase flow meter is that the overall shape dimensions must be fixed and the the maximum output rate of photons must be improved to 1.5 times more than the former. As the former preparation process can not satisfy the requirement, the composition of surface glaze was changed in order to reduce the self-absorption and improve the photons’ output rate, the ratio between surface glaze and Am-241 oxidizes was optimized, the input of radioactive material was increased,but the size of certain shape and active zone was fixed.The results showed that various kinds of technical index all satisfied demands of international standard and the feedback was good in sevice.

Key words：radioactive source; multiphase flow meter; surface glaze; high activity; photons’ output rate