Die Erfindung betrifft eine Halterungs-Vorrichtung für zumindest zwei radioaktive Strahlungsquellen eines Mess-Systems, wobei das Mess-System zur radiometrischen Messung der Dichte eines Mediums in einem Behälter dient.

In der Prozessautomatisierungstechnik werden vielfach Feldgeräte verwendet, die zur Erfassung oder zur Beeinflussung von Prozessvariablen dienen. Zur Erfassung der Prozessvariablen wird in den jeweiligen Feldgeräten entsprechende Sensorik eingesetzt. Hierdurch lassen sich die einzelnen Prozessvariablen, wie der Füllstand, der Durchfluss, der Druck, die Temperatur, der pH-Wert, das Redoxpotential, die Dichte oder die Leitfähigkeit erfassen. Verschiedenste solcher Feldgeräte-Typen werden von der Firma Endress + Hauser hergestellt und vertrieben.

Im Fall von Dichtemessung werden oftmals Feldgeräte eingesetzt, deren Messprinzip auf Radiometrie basiert. Dieses Messprinzip hat sich insbesondere für Medien mit hoher Dichte bewährt, die nicht ausschließlich flüssig oder gasförmig vorliegen, sondern auch Feststoff-Phasen beinhalten, wie zum Beispiel Öl-Schlämme oder hochviskose Medien im Allgemeinen.

Generell wird beim Messprinzip der Radiometrie radioaktive Strahlung (vorzugsweise Gamma-Strahlung einer Cäsium- oder Kobalt-Quelle) genutzt, die von einer radioaktiven Strahlungsquelle ausgesendet und durch den Behälter mit dem zu messenden Medium geleitet wird. Nach Durchgang durch den Behälter wird die transmittierte

Strahlenintensität von einem Strahlungs- Detektor erfasst. Durch die Auswertung des entsprechenden Detektorsignals wird der transmittierte Anteil der ausgesandten Strahlenintensität bestimmt. Hiervon wird auf die Dichte des Mediums geschlossen.

Die Strahlenintensität der transmittierten radioaktiven Strahlung kann nach Durchgang durch den Behälter nicht direkt detektiert werden. Hierzu muss die radioaktive Strahlung durch ein geeignetes Material zuerst in elektromagnetische Strahlung im optischen Spektralbereich umgewandelt werden, bevor die Strahlung von einem Photomultiplier innerhalb des Strahlungs-Detektors detektiert werden kann. Materialien, die diese Eigenschaft aufweisen, werden als szintillierende Materialien bezeichnet. Unter anderem Polystyrol weist diese szintillierende Eigenschaft auf. Erst die im optischen

Spektralbereich liegende Strahlung kann vom Photomultiplier (dessen erforderliche Betriebsspannung mehrere hundert Volt bis über einem Kilovolt beträgt) detektiert werden. Das Messprinzip der radiometrischen Dichtemessung gehört allgemein zu Stand der Technik und ist beispielsweise in der Veröffentlichungsschrift WO 2016/124459 A1 beschrieben. Insbesondere bei flüssigen Medien mit eingelagerten Feststoff-Phasen, wie zum Beispiel bei Öl-Schlämmen, wird das Messprinzip der Radiometrie nicht nur zur punktuellen Dichtemessung eingesetzt, sondern es werden auch vertikale Dichte-Profile des Mediums entlang des vertikalen Verlaufs im Behälter erstellt. Hierdurch können beispielsweise

5 einzelnen Phasen des Mediums in Bezug zur Höhe des Behälters identifiziert werden.

Dabei wird sich zunutze gemacht, dass ein konkreter Dichte- Wertebereich einer korrespondierenden, bekannten Phase wie einem Öl-Sand zuordbar ist. Zur Dichteprofil- Erstellung wird daher nicht nur eine Strahlungsquelle und ein horizontal

gegenüberliegend angeordneter Strahlungs-Detektor eingesetzt, sondern eine Vielzahl an0 Strahlungsquellen und korrespondierenden Strahlungs-Detektoren, die vertikal auf jeweils unterschiedlichen Höhen am Behälter angeordnet sind.

In einigen Behältern von Öl-Raffinerie-Anlagen, wie beispielsweise so genannten„Hydro- Cracking-Reaktoren“, sind die radioaktiven Strahlungsquellen und die zugeordneten5 Detektoren nicht an der jeweils gegenüberliegenden Behälterwand angeordnet. Vielmehr sind die Strahlungsquellen innerhalb des Behälters in einem Tauchrohr eingelassen, damit deren Abstand zu den entsprechenden, an der Behälterwand angeordneten Strahlungs-Detektoren möglichst gering gehalten wird. Dies erhöht die Sensitivität der Dichtemessung.

0

Zur Anbringung bzw. Positionierung der Strahlungsquellen im Tauchrohr werden die Strahlungsquellen in der Praxis zunächst in einer Halterungs-Vorrichtung untergebracht, die wiederum am oberen Endbereich des Tauchrohres befestigbar ist. Dabei ist die Halterungs-Vorrichtung so ausgelegt, dass die Strahlungsquellen nach Befestigung der5 Halterungs-Vorrichtung in das Tauchrohr abgelassen werden können, um auf der

vorgesehenen Höhe im Tauchrohr positioniert werden zu können. Während des anschließenden Mess-Betriebs des radiometrischen Mess-Systems bleibt die Halterungs- Vorrichtung je nach Auslegung am Tauchrohr befestigt, um die Strahlungsquellen im Bedarfsfall austauschen oder repositionieren zu können.

0

Tauchrohre, die im Rahmen des Hydro-Cracking-Prozessschrittes zur Dichte-Messung verwendet werden, weisen standardmäßig eine vergleichsweise geringe Nennweite von DN 50 auf, wobei die Wandstärke aufgrund potentiell hoher Prozessdrücke im Behälter mit mehr als 0,4 mm bemaßt ist. Hierdurch resultiert ein sehr geringer Tauchrohr-5 Innendurchmesser von ca. 38 mm. Gerade in Tauchrohren mit geringem

Innendurchmesser ist die Anbringung bzw. die untereinander liegende Positionierung der Strahlungsquellen daher schwer realisierbar, da die Strahlungsquellen im Tauchrohr nicht parallel aneinander vorbeigeführt werden können. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Halterungs-Vorrichtung für ein Mess-System zur radiometrischen Dichte-Messung bereitzustellen, mittels der die Strahlungsquellen auch in Tauchrohren mit geringem Innendurchmesser positioniert werden können.

5

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch eine Halterungs-Vorrichtung für zumindest zwei radioaktive Strahlungsquellen eines Mess-Systems, das zur radiometrischen Messung der Dichte eines in einem Behälter befindlichen Mediums dient. Erfindungsgemäß umfasst die Halterungs-Vorrichtung hierzu zumindest:

0 eine Fixierung, mittels der die Halterungs-Vorrichtung an einem oberen

Endbereich eines vertikal ausgerichteten Tauchrohres des Mess-Systems befestigbar ist,

einen Grundkörper mit

o zumindest einer durch den Grundkörper durchgehenden Durchführung,5 deren Achse in etwa parallel zur Achse des Tauchrohres verläuft, wobei die Durchführung derart ausgelegt ist, um in Bezug zur Achse die zumindest zwei, insbesondere drei Strahlungsquellen untereinander in Reihe aufzunehmen,

und

0 einer Positionierungs-Einrichtung, mittels der die zumindest zwei

Strahlungsquellen sowohl

o reihig untereinander in der zumindest einen Durchführung, als auch o an einerjeweils definierten vertikalen Position innerhalb des Tauchrohres positionierbar sind.

5

Vorteilhaft an der erfindungsgemäßen Halterungs-Vorrichtung ist, dass pro Durchführung zwei oder mehr Strahlungsquellen reihig untereinanderliegend aufgenommen werden können. Hierdurch ist die Anzahl an Strahlungsquellen im Tauchrohr nicht unmittelbar durch dessen Innendurchmesser bzw. durch den Außendurchmesser der

0 Strahlungsquellen (bzw. die Aufnahme, in der die Strahlungsquellen gekapselt sind) limitiert. Durch die potentiell höhere Anzahl an Strahlungsquellen lässt sich wiederum ein größerer vertikaler Messbereich im Behälter abdecken, bzw. es lässt sich die vertikale Auflösung der Dichtemessung erhöhen. Um die Anzahl an Strahlungsquellen weiter zu erhöhen, ist es im Rahmen der Erfindung außerdem möglich, die Halterungs-Vorrichtung5 nicht nur mit einer, sondern mit mehreren Durchführungen zu konzipieren, in denen jeweils mindestens zwei Strahlungsquellen anordbar sind. So kann die Halterungs- Vorrichtung beispielsweise sechs Durchführungen umfassen, die analog zum Aufbau eines Revolvermagazins in Bezug zur Achse der Durchführungen ringförmig nebeneinander angeordnet sind.

0 Damit die Halterungs-Vorrichtung im montierten Zustand möglichst wenig über den oberen Endbereich des Tauchrohres hinaussteht, kann sie vorzugsweise so ausgelegt werden, dass der Grundkörper zumindest in dem Bereich, in dem die Strahlungsquellen reihig untereinander aufgenommen werden, mit einem Außendurchmesser bemessen ist,

5 der maximal dem Innendurchmesser des Tauchrohres entspricht. Hierdurch kann dieser Bereich der Halterungs-Vorrichtung im oberen Endbereich innerhalb des Tauchrohres untergebracht werden. Korrespondierend hierzu ist die Fixierung der Halterungs- Vorrichtung in diesem Fall so auszulegen, dass der besagte Bereich im fixierten Zustand der Halterungs-Vorrichtung im Inneren des oberen Endbereiches vom Tauchrohr0 angeordnet ist. Sofern das Mess-System zum Einsatz in Tauchrohren mit einer

Nennweite von DN 50 gedacht ist, ist es bei innenliegender Unterbringung notwendig, den Außendurchmesser des Grundkörpers im Bereich der Strahlungsquellen

entsprechend mit maximal 38 mm zu bemaßen. 5 Unter anderem zur Dichte-Messung in Hydro-Cracking-Reaktoren kann das Tauchrohr am oberen Endbereich einen Flanschanschluss umfassen. Daher ist es bei solchen Anwendungen zweckmäßig, die Fixierung der erfindungsgemäßen Halterungs- Vorrichtung entsprechend als Flansch für diesen Flanschanschluss auszulegen. 0 Damit die Strahlungsquellen beim Ablassen aus der Halterungs-Vorrichtung in das

Tauchrohr nicht verkanten, ist es im Rahmen der Erfindung von Vorteil, wen die

Strahlungsquellen jeweils in einer Aufnahme gekapselt sind, deren Außenquerschnitts- Form in etwa der Innenquerschnitts-Form der Durchführung entspricht. Dabei ist eine runde Querschnittsform allgemein vorzuziehen.

5

Die Positionierungs-Einrichtung der Halterungs-Vorrichtung, mittels der die

Strahlungsquellen abgelassen bzw. aufgenommen werden können, kann beispielsweise realisiert werden, indem die jeweilige Strahlungsquelle bzw. deren Aufnahme jeweils an einem Seil befestigt ist. Dabei wird das Seil am oberen Endbereich des Tauchrohres so0 fixiert, dass sich die Strahlungsquelle entweder in der Durchführung der Halterungs- Vorrichtung, oder an der vorgesehenen vertikalen Position im Tauchrohr befindet. Zur lösbaren Fixierung des Seils an der Halterungs-Vorrichtung kann die Positionierungs- Einheit an der oberen Öffnung der jeweiligen Durchführung im Falle eines Seils beispielsweise eine entsprechende Klemme umfassen. Damit die Strahlungsquelle auch5 bei einer Wiederaufnahme aus dem Tauchrohr in die Durchführung der Halterungs- Vorrichtung nicht verkantet, kann eine etwaige Aufnahme der Strahlungsquelle im Bereich der Seil-Befestigung beispielsweise mit einer konisch zum Seil zuspitzende Form ausgelegt werden. Da die erfindungsgemäße Halterungs-Vorrichtung während des Messbetriebs des Dichte- Mess-Systems am Tauchrohr befestigt bleibt, ist es von Vorteil, wenn zumindest der Grundkörper aus einem witterungsbeständigen Material wie einem Stahl, insbesondere einem Edelstahl, gefertigt ist.

5

Ein Mess-System zur radiometrischen Messung der Dichte oder des Dichte-Profils über den vertikalen Verlauf des Behälters eines in einem Behälter befindlichen Mediums, das auf der erfindungsgemäßen Halterungs-Vorrichtung basiert, umfasst neben der

Halterungs-Vorrichtung außerdem folgende Komponenten:

0 Ein Tauchrohr,

o das ausgehend von einer Oberseite des Behälters in etwa vertikal im

Behälter-Inneren anbringbar ist, und

o an dem die Halterungs-Vorrichtung über die Fixierung anbringbar ist, zumindest zwei Strahlungsquellen, die entweder

5 o reihig untereinander in der zumindest einen Durchführung der Halterungs- Vorrichtung, oder

o an einerjeweils definierten vertikalen Position innerhalb des Tauchrohres positionierbar sind,

eine den Strahlungsquellen korrespondierende Anzahl an Strahlungs-Detektoren,0 die

o jeweils auf der vertikalen Höhe der entsprechenden Strahlungsquelle an der Wand des Behälters angeordnet sind, und

o die ausgelegt sind, eine eingehende Strahlungs-Intensität der

entsprechenden Strahlungsquelle zu detektieren, und5 eine Auswertungs-Einheit, die ausgelegt ist, anhand der von den Strahlungs- Detektoren detektierten Strahlungs-Intensitäten die Dichte und/oder das vertikale Dichte-Profil über den vertikalen Bereich der Detektor-Positionen des Mediums zu bestimmen.

Es versteht sich von selbst, dass mittels dieses Mess-Systems nicht lediglich die Dichte0 oder ein Dichte-Profil ermittelt werden kann, sondern je nach Auslegung auch Eigenschaft wie dem Füllstand oder dem Grenzstand, die aus der gemessenen Dichte bzw. der Strahlungs-Intensität abgeleitet werden können.

Mittels folgender Verfahrensschritte können die zumindest zwei Strahlungsquellen im5 Sinne der Erfindung an der jeweils definierten vertikalen Position innerhalb des

Tauchrohres dieses Mess-Systems positioniert werden:

Anbringen der Halterungs-Vorrichtung am oberen Endbereich des Tauchrohres, wobei die zumindest zwei Strahlungsquellen reihig untereinander in der zumindest einen Durchführung angeordnet sind, Ablassen der unteren Strahlungsquelle an die jeweils definierte vertikale Position innerhalb des Tauchrohres mittels der Positionierungs-Einrichtung, und

Ablassen der oberen Strahlungsquelle an die jeweils definierte vertikale Position innerhalb des Tauchrohres mittels der Positionierungs-Einrichtung.

5 Bezüglich dieses Verfahrens ist es vorteilhaft, wenn sich die vorgesehene Position der unteren Strahlungsquelle auch im Tauchrohr unterhalb der Tauchrohr-Position der oberen Strahlungsquelle befindet. Hierdurch muss die in der Durchführung obere

Strahlungsquelle im Tauchrohr nicht an der unteren Strahlungsquelle vorbeigeführt werden. Dieses Prinzip der Positionierung lässt sich natürlich auch auf

0 Ausgestaltungsvarianten von erfindungsgemäßen Halterungs-Vorrichtungen übertragen, in deren Durchführung(en) mehr als zwei Strahlungsquellen untergebracht ist/sind.

Anhand der nachfolgenden Figuren wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigt:

5

Fig. 1 : eine typische Anordnung eines radiometrischen Mess-Systems an einem Behälter, Fig. 2: eine erfindungsgemäße Halterungs-Vorrichtung für das Mess-System, und 0 Fig. 3: eine Draufsicht auf die Halterungs-Vorrichtung.

In Fig. 1 ist ein Behälter 3 gezeigt, in dem beispielsweise als Prozessschritt eine Reaktion im Rahmen des Öl-Raffinerie-Prozesses abläuft. Dementsprechend kann sich im Behälter5 3 als Füll-Medium 4 ein Rohöl oder ein Zwischenprodukt befinden, das nicht

ausschließlich in flüssiger oder gasförmiger Form vorliegt, sondern auch verschiedene Feststoff-Phasen beinhalten kann, wie zum Beispiel Öl-Schlämme, oder

Verunreinigungen wie Sand. 0 Um die verschiedenen Phasen des Mediums 4 in Bezug zur Höhe des Behälters 3

lokalisieren zu können, ist am Behälter 3 ein radiometrisches Mess-System installiert, mittels dem entlang des vertikalen Verlaufs im Behälter 3 ein Dichte-Profil des Mediums 4 ermittelt werden kann. Hierzu umfasst das Mess-System im gezeigten

Ausführungsbeispiel zwölf Strahlungsquellen 2, die in einem Tauchrohr 5 im Inneren des5 Behälters 3 angeordnet sind. Dabei sind die Strahlungsquellen 2 allgemein auf

definierten, unterschiedlichen Höhen im Tauchrohr 5 angeordnet, so dass der gewünschte vertikale Messbereich der Dichteprofil-Messung abgedeckt wird.

Korrespondierend zu jeder Strahlungsquelle 2 ist auf jeweils in etwa gleicher Einbau-0 Höhe an der Wand des Behälters 3 ein Strahlungs-Detektor 6 angeordnet. Hierdurch messen die einzelnen Strahlungs-Detektoren 6 die Strahlungs-Intensität der radioaktiven Strahlung, die von der zugehörigen Strahlungsquelle 2 durch das Medium 4 transmittiert wird. Dabei hängt die Strahlungs-Intensität der transimitierten Strahlung von der Dichte bzw. von der jeweiligen Phase des Mediums 4 ab. Somit kann eine Auswertungs-Einheit

5 des Mess-Systems anhand der gemessenen Intensität der transimitierten Strahlung die jeweilige Dichte des Mediums 4 ermitteln, die auf der Höhe der entsprechenden

Strahlungsquelle 2 vorherrscht. In Verbindung mit den bekannten Einbau-Höhen der Strahlungsquellen 2/den Strahlungs-Detektoren 6 (bzw. der bekannten Abstände zueinander) kann das Dichte-Profil über den vertikalen Messbereich im Behälter 3 erstellt0 werden.

Da die Wertebereiche, in denen die Dichten der einzelnen Phasen liegen, in der Regel aus Kalibrations-Messungen bekannt sind, kann die Auswertungs-Einheit des Mess- Systems anhand der gemessenen Dichten zudem die einzelnen Phasen des Mediums 45 auf den jeweiligen Einbau-Höhen ermitteln, sofern die Werte-Bereiche in der

Auswertungs-Einheit hinterlegt sind.

Zur Installation bzw. Positionierung der Strahlungsquellen 2 im Tauchrohr 5 werden die Strahlungsquellen 2 in der Praxis zunächst in einer Halterungs-Vorrichtung 1

0 untergebracht, bevor die Halterungs-Vorrichtung 1 am oberen Endbereich 51 des bereits installierten Tauchrohres 5 befestigt wird. Der Transport der Halterungs-Vorrichtung zum Tauchrohr 5 erfolgt dabei gegebenenfalls in einem speziellen Strahlenschutzbehälter (nicht in Fig. 1 dargestellt). 5 Nach Befestigung der Halterungs-Vorrichtung 1 am oberen Endbereich 51 werden die Strahlungsquellen 2 aus der Halterungs-Vorrichtung 1 in das Tauchrohr 5 abgelassen, um auf der vorgesehenen Höhe im Tauchrohr 5 positioniert werden zu können. Während des anschließenden Mess-Betriebs des radiometrischen Mess-Systems bleibt die Halterungs- Vorrichtung 1 am Tauchrohr 5 befestigt, um die Strahlungsquellen 2 im Bedarfsfall0 auszutauschen oder zu repositionieren.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Mess-System ist eine Positionierung der sechs

Strahlungsquellen 2 ohne spezielle Halterungs-Vorrichtung 1 nur schwer möglich, sofern das Tauchrohr 5 einen geringen Innendurchmesser aufweist, der nicht größer ca. das5 vier-fache des Außenradius der Strahlungsquellen 2 bzw. deren Aufnahme 15 (vgl. Fig. 2 und Fig. 3) ist. In diesem Fall können die Strahlungs-Quellen 2 nicht parallel zueinander abgelassen werden. Allgemein wird die Positionierung umso mehr erschwert, je mehr Strahlungsquellen 2 im Tauchrohr anzuordnen sind. In Fig. 2 und Fig. 3 ist daher eine erfindungsgemäße Halterungs-Vorrichtung 1 dargestellt, mit der bis zu zwölf

0 Strahlungsquellen 2 im Tauchrohr 5 positioniert werden können, auch wenn das Tauchrohr 5 einen geringen Innendurchmesser von beispielsweise weniger als 38 mm aufweist.

Die erfindungsgemäße Halterungsvorrichtung 1 basiert auf einem Grundkörper 12, welcher beispielsweise aus Edelstahl gefertigt ist, und welcher bei der Ausführungsform in Fig. 2 bzw. Fig 3 sechs durch den Grundkörper 12 durchgehende Durchführungen 13 umfasst. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, weisen die Durchführungen 13 eine geradlinige Achse auf, so dass in den Durchführungen 13 erfindungsgemäß jeweils zwei

Strahlungsquellen 2 reihig untereinander angeordnet werden können. Dabei sind die sechs Durchführungen, wie in Fig. 3 verdeutlicht wird, analog zu einem Revolvermagazin kreisförmig nebeneinander angeordnet. Im Rahmen der Erfindung ist die Anordnung der Durchführungen 13 zueinander allgemein jedoch nicht fest vorgeschrieben.

Die in Fig. 2 und Fig. 3 dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Halterungs- Vorrichtung 1 umfasst als Fixierung 1 1 am Tauchrohr 5 einen Flansch zur Befestigung am Flanschanschluss im oberen Endbereichs 51 , so dass die Achsen der Durchführungen 13 in etwa parallel zum Tauchrohr 5 ausgerichtet sind. In Fig. 2 ist zudem eine mögliche Variante zur Realisierung der Positionierungs-Einrichtung veranschaulicht: Die Aufnahme 15 jeder Strahlungsquelle 2 ist hierbei jeweils an einem Stahlseil 14 befestigt. Dabei sind die Seile 14 am oberen Endbereich des Tauchrohres 5 so zu fixieren, dass sich die jeweils zwei Strahlungsquellen 2 pro Durchführung 13 vor dem Ablassen in das

Tauchrohr 5 reihig untereinander in der Halterungs-Vorrichtung 1 befinden. In Fig. 3 ist diesbezüglich zudem dargestellt, dass in Bezug zur Achse der Durchführungen 2 an deren Rand jeweils eine Aussparung 16 eingebracht werden kann, in der das Seil 14 für die entsprechend untere Strahlungsquelle 2 geführt wird. Zur lösbaren Fixierung der Seile 14 an der Halterungs-Vorrichtung 1 kann die Positionierungs-Einheit an der oberen Öffnung der jeweiligen Durchführung 13 beispielsweise eine entsprechend ausgelegte Klemme umfassen (nicht dargestellt in Fig. 2 und Fig. 3).

Um die Strahlungsquellen 2 nach Anbringung der Halterungs-Vorrichtung 1 am Tauchrohr 5 an der gewünschten vertikalen Position innerhalb des Tauchrohres 5 zu positionieren, kann die jeweilige Klemme gelöst werden und die Länge des jeweiligen Seils 14 entsprechend der gewünschten vertikalen Position eingestellt werden.

Die Strahlungsquellen 2 sind bei der Ausgestaltungsvariante in Fig. 2 und Fig. 3 durch Aufnahmen 15 gekapselt, deren Außenquerschnitt analog zum Innenquerschnitt der Durchführungen 13 kreisförmig ausgelegt ist. Hierdurch ist sichergestellt, dass die Strahlungsquellen 2 beim Ablassen aus der Halterungs-Vorrichtung 1 und bei einer etwaigen Wiederaufnahme hinreichend geführt werden, ohne zu verkanten. Um insbesondere bei der Wiederaufnahme nicht zu verkanten, weisen die Aufnahmen 15 im Bereich der Seil-Befestigung außerdem eine konisch zum Seil 14 hin zuspitzende Form auf.

Bezugszeichenliste

1 Halterung

2 Radioaktive Strahlungsquellen

3 Behälter

4 Medium

5 Tauchrohr

6 Strahlungs-Detektor

1 1 Fixierung

12 Grundkörper

13 Durchführung

14 Seil

15 Aufnahme

16 Seilführung

51 Flanschanschluss