Способ измерения истинного объемного газосодержания в газожидкостных потоках

Способ измерения истинного объемного газосодержания в газожидкостных потоках

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СПОСОБ ИЗМЕРЕН Ш ИСТИННОГО ОБЪЕМНОГО ГАЗОСОДЕРЖАНИЯ В ТАЗОЖИДКОСТЙЫХ ПОТОКАХ,основанный на разделенииконтролируемого объема на элементарные объемы, облучении последних ирнизирукмцим излучением, по ослаблению которого при известной плотности жидкой фазы судят о величине газосодержания, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения за счет обеспечения возможности измерения газосодержания в потоках с непостоянной величиной плотности 5шдкой фазы,, а также повышения точности измерения , в каждом элементарном объеме определяют структурную функцию процесса изменения средней плотности контролируемой среды, а истинное объемное газосодержание измервпот в тех элементарных объемах, в которых структурная функция отлична от нуля, при этом действительное значение ; плотности жидкой фазы определяют как значение средней плотности контролируемой среды в элементарных объемах, в которых структурная функция равна нулю.. . ю ю

- СОЮЗ COBETCHHX

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

ЗСМ) 6 01 N 9 36

° с

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

Н АВТ0РСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ d/

4Р ,ЬР

Ю © Ю

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

AO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТЗФ (21) 3380936/18-25 (22) 11.01.82 (46) 07. 06. 83. Бюл. Р 21 (72) В. А. Кратиров, А. Н. Казаков, A.В. Козлов, Ж.И.Кащкет, В.Н.Николаев и В.А.Надеин (71)Особое конструкторское бюро технической кибернетики. ленинградского ордена Ленина политехнического института им.И.И.Калинина (53) 543.52(088.8) (56) 1. Г.Гарт. Радиоиэотопное измерение плотности жидкостей и бинарных . систем. Атсмиздат, 1975, с. 106-109.

2. Ииропольский З.Л., Шнеерова Р.И. Исследование течения пароводяной смеси .в трубах методом гамма:просвечивания. "Теплоэнергетика", :1959, вын. 1, с.53-61 (прототип). (54)(57) СПОСОБ ИЗИЕРЕНИЯ НСТНННОГО ОБЬЕИНОГО ГАЗОС ЦЕРЖАНИЯ В ГАЗОЖИДКОСТНЫХ ПОТОКАХ, основанный на разделении контролируемого объема

ÄÄSUÄÄi022002 A на элементарные объемы, облучении последних иониэируницим излучением, по ослаблению которого при известной плотности жидкой фазы судят.о величине газосодержания, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью расширения области применения эа счет обеспечения возможности измерения газосодержания в потоках с непостоянной величиной плотности жидкой фазы,. а также повышения точности измерения, в каждом элементарном объеме .. определяют структурную функцию процесса изменения средней плотности "контролируемой среды, а истинное объемное газосодержанне измеряют в тех элементарных объемах, в которых Е а структурная функция отлична от нуля, при этом действительное значение плотности жидкой фазы определяют как. значение средней плотности контроли- С руемой среды и элементарных объемах, в которых структурная функция равна Я нулю °

Ф

1022002

Решая (1 ) относительно Ю; лучают, поЕ з,.

Недостатком известного способа .является ограниченная область применения, включающая в себя только те йотоки, в которых плотность жидкости постоянна и заранее известна..Его нельзя, например, использовать для измерения остаточного газосодержания

s потоках товарной нефти, транспортируемой по магистральным трубопроводам. Это обусловлено тем, что известный способ не обеспечивает -требуемой точности измЕрений из-эа неопределенности в значениях плотности товарной нефти, которое в зависимости от сортности и температуры может изменяться в пределах 0,82-0,88 r/ñì .

Такая неопределенность в значениях плотности нефти приводит к цоявлению текущей относительной погрешности измерения, дос "нгающей 5% и более.

Целью изобретения является расширение области применения эа сЧет обеспечения воэможности измерения.гаэосод@ржания в потоках с непостоянной величиной плотности жидкой Фазы и повыаение точности измерения гаэосодержания. сов, зарегистрированных.при просвечивании объема, заполненного газо- 40: жидкостной смесью, плотность жидкой фазы и истинное объемное газосодержание в t-cd sa emарном объеме связаны следующей зависимостью

Изобретение относйтся к измерительной технике, в частности к спо- > сабам .измерения истинного объемного гаэосодержания, и может быть исполь- . зовано для исследования двухфазных потоков и для контроля работы промышленных установок в энергетике, химической, нефтяной и, других отрас-. лях промыаленности. .Известны способы измерения среднего значения объемного газосодержа- 30 ния или средней плотности двухфазных сред, основанные на просвечивании всего контролируемого объема широким пучком ионизирующего излучения, по ослаблению которых судят об искомой )5 величине (1 J.

Недостатком известных способов. является то, что они не дают возможности определить распределение газовых вкЛючений в контролируемом объеме, т.е. структуру гаэожидкостного потока. Кроме того, изменения структуры потока и плотности жидкой фазы ,в данном случае вызывают дополнительные погрешности измерения.

Эти недостатки ограничивают область. применения известных способов.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ измерения истинного объемного

° гаэосодержания в газожидкостных по- ЗО токах, основанный на разделении контролируемого объема трубопровода на элементарные объеьы, облучении последних ионнзирующии излучением, по ослаблению которого при известной плотности жидкой фазы судят о величине газосодержания (2 .

Скорость счета выходных импуль1 "(о !") р а °

Среднее значение относительного истинного объемного гаэЬсодержания

Ч в контролируемом объеме через Ч; определяют при этом следующим обра-

-+p а,.р-ч,.у где скорость счета выходных импульсов, зарегистрированных при просвечивании контролируемой среды, го - скорость счета выходных импульсов, зарегистрированных в отсутствие конт-:. ролируемой среды, — массовый коэффициент ослабления излучения средой,, р — плотность жидкой фазы :60 контролируемой среды, d; - эффективная высота I-го объемау

М. — истинное объемное газосо-

1 держание. 65

Укаэанная цель достигается тем, что согласно споообу измерения истинного объемного газосодержания, основанному на разделении контролируемого объема на элементарные объемы, облучении последних ионизирующим излучением, по ослаблению которого при известной плотности жидкой фазы судят о величине газосодержания, в каждом элементарном .объеме определяют структурную функцию процессаизменения средней плотности контролируемой среды, а истинное объемное гаэосодержание измеряют в тех элементарных объемах, структурная функция в которых отлйчна от нуля, при этом действительное значение плотности жидкой фазы определяют как значение средней плотности контролируемой среды в тех элементарных объемах, в которых структурная функция равна нулю.

1О22ОО2

Таким образоМ, в известный способ, Указанные пРнэнаки РасиЯРЯют обвведены новые операции: опре ра . определение / ласть применения известного способа

I структурно функ и и ф ци процесса измене- |на случаи, когда существует неопрения с дней- плотности в каждом эле- деленность в значениях плотности жидментарном объеме, измерение действи- кой фазы р . Благодаря использова-, тельного значения плотности жидкости 5 нию структурной функции в предлагае- как значения средней плотности конти и плотности конт- мом способе,.с большой доатоверносролируемо и среды в элементарных объе- тью выделяются элементарные контролиемые объемы, не содержащие газа, мах, тр мах ст уктурная функция в которых руемые объемы, что с одной стороны дает возможность равна нулю.

1 точно on еделить, a c друИэвестно что структурная функция- 10 более то о р д 9к ° это средний квадрат приращений Флук- гой сторо ы р

/ гой ст ны сократить число элеиектуаций ьр на интервале времени г времени тарных объемов, в которых необходимо измерять Ч; . Таким образом, по(т, В об ем случае структур- выдается точность измерения М за ф нк ии позволяют судить о ста- 15 счет более точного иэ р ме ения как ф юФ так и М . Последнее обусловлено тем, ционармостм процесса и. выявлять et о ° д / дичности. В данном слу- что в выделенных объемах измерение скрытые периодичн н и оиэво т т.е. погрешности изчае этой функцией удобно пользовать- не производят, .ся для обеспечения высокой точности меренмя ме имя свойствекные известным измерения, так как с ее помощью у ипсиощью учм- 0 средствам, исключаются иэ общего чистываются "быстрые" пульсации измеря- ла составляющих, повышая теи самм суьенарную точность определения знаемого параметра. ан 9 с диего

ОпрЕделяя приращения средней плот- чения газосодержания, ре ности за малые промежутки времени М по сечению трубопровода.

10 3-10= с ) можно На чертеже приведена функциональопр еделить пульсации средней плоти агаевый способ. ности, вызываете мелкимк пузырями предлагаевы газа находящимися ниже порога чув- Устройство содержит мсточнмк

/ м низи го излучения 1, помещенный ствительности известных средств нэ- монизирующз уч тно-коллими ующее устройство 2. мере ия ме ения гаэосодержания. Поэтсиу в в защитно-колли рующе п длагаемои способе можно с большей и детектор рующе

30 о ионизи го излучения пре а достоверностью определить элементар- 3, крич -д р

3 к ичем-детектор и источник излуные объема, не содержащие газа. Kor- чения помещены с противоположных а в элементарном объеме структурная сторон измермтельиого участка трубок ней З5 вдоль сечения трубопровода (например, б ил раме) Форми- плотности, следовательно и ет и газа закреплены на скобе или раме обуславлмвающЕго эти приращв ння. Tor- рователь импульсов, интен м и структурной функции б, с га антк оваиной жидкой блок измерения структурно у

-ым можно оп- включающий в себя Формирователь икФазой (назовем er"o 1с-ым ) можно оп- вк

4С 7 схему задержки 8, упределить плотность жидк р; ости из-. 40 терзала 4, с и генератор тактовой частоты тным методом по соотношению, полу- равляевяий генератор т .ченному из выражения (,2) и устройство индикации 12. (ок

Ноток гамма-квантов от источника, 45 ионизирующего излучения 1, сформированный защитно-коллимирующим устройствои 2, после взаимодействия с веПри этОИ/ Убедившись по структур -, ществои контролируемой среды посту иой функции в отсутствии газа,в зле . пает на детектор ионизирующего излу-.

МЕНтаРНОМ КОНТРОЛИРУЕМОМ ОбЪЕМЕ, ИЭ- . чения 3, где преобразуется в послере ие плотности жидкости в нем иож 50 довательность электрических импульва:но о е существить с высокой точностью сов, поступаиадх на вход Формиро ь им(до сотых долей процента l,âûáHÐàÿ, теля импульсов 4. форммровател необходимое время измерения беэ вся пульсов 4 представляет собой порогокмх ограничений. вое устройство, осуществляющее ампДалее, подставляя (4 ) в (2)/ по-:.55 литудную дискриминацию входных имлучают выражениЕ Для определ ня пульсов в соответствии с энергией величины газосодержания первичных гамма-квантов и ормированне импульсов по амплитуде и длительф) .ности. С выхода формирователя пос . пЯк г 1 .. 60 ледовательность электрических импульсов, но скорости счета которых (. е нее (по сечению трубопровода) судят о величине средней плотности эн деляют (газосодержакия).газожидкостной сме- . в вестном способе,,по соотно-:, си/ поступает на входы интенснме р

5 и блока измерения структурной

1022002

r ека(-лр(+а 1) г, PKP (-lip (tl) = екр- Л (р (t+ 4М -y(t )) °

65 функции 6. В интенсиметре 5 частота следования импульсов преобразуется в двоичный код и в постоянное напряжение, соответствующее значениям контролируемого параметра. Выходной сигнал интенсиметра используют для записи процесса изменения средней плотности в контролируемом объеме с помощью известных самопишущих приборов, например светолучевых осциллографов.

Блок измерения структурной функции работает следующим образом.

Формирователь интервала 7 запускается тактовым импульсом от управляемого генератора тактовой частоты 9 15 и формирует временной интервал . дЪ, длительность которого обратно пропорциональна частоте входных импульсов. Этот интервал задерживается в схеме задержки 8 на такт работы устройства и затем поступает на вход схемы И 10, где заполняется входны- ми импульсами, поступающими на второй вход этой схемы. Таким образом, сигнал на выходе схемы И 10 пропорционален отношению числа импульсов, соответствую1цих значению контролируемого параметра в текущем такте работы устройства, к числу импульсов, зарегистрированных s предшествующем ,такте.

В схеме усреднения 10, включающей в себя накопительный счетчик и регистр памяти, происходит суммирование импульсов, прошедших через схему И 10, и вычитание постоянной составляющей. Сигнал на выходе схемы усреднения 11 соответствует среднему квадрату приращения контролируемого параметра за промежуток времени, длительность которого определяется 40 величиной тактовой частоты.

Изменяя частоту следования импульсов управляемого генератора тактовой частоты 9 и, тем самым, длительность промежутка времени а1, за .45 который определяется средний квадрат: приращений контролируемого параметра, н регистрируя при этом показания .устройства индикации 12, можно определить структурную функцию контрОли- 50 руемого параметра. Работу блока измерения структурной функции б можно по-: яснить с помощью следующих соотношений.

Известно, что зависимость частоты следования импульсов на выходе формирователя от средней плотности контролируемой среды в случае просвечивания последней узким пучком ф-излучения имеет экспоненциальный харак- . тер! 60

Г=г„екр (-Ьр) где r — частота следования импуль- о сов в отсутствие контролируемой среды, h — коэффициент ослабления излучения, р — средняя плотность контролируемой среды.

Рассмотрим отношение двух значений частоты следования импульсов,, разделенных промежутком времени t

Разложим экспоненту. в степенной ряд и произведем временное усреднение. Пренебрегая членами ряда, начи- ная с пятого, и учитывая, что среднее значение нечетных степеней этого ряда равно нулю, получим коэффициент пройорциональностиу структурная функция процесса изменения средней плотности. длительность промежутка времени

ht задается периодом следования тактовых импульсов или тактовой частотой на выходе управляемого генератора тактовой частоты 9. Изменяя тактовую частоту генератора 9, можно определить структурную функцию процесса изменения средней плотности контролируемой среды.

Величина элементарного контролируемого объема в каждом конкретном случае определяется площадью чувствительной поверхности детектора и длиной соответствующей хорды поперечноiso сечения трубопровода, по которой происходит просвечивание. В процессе поиска элементарных контролируемых объемов, не содержащих газа, источник и детектор ионизирующего излучения могут не только последовательно смещаться вдоль поперечного сечения, но и поворачиваться вокруг продольной оси трубопровода, просвечивая его поперечное сечение по различным хордам до тех пор, пока по структурной функции не будет обнаружен элементарный объем, не содержащий газ. После определения точного действительногс значения плотности жидкой среды в трубопроводе, перемещая источник и детектор вдоль сечения,.определяют структурную функцию в каждом контролируемом объеме и значение ; в тех объемах, структурная функция в которых не равна нулю.

7 1022002: S

Введение в известный способ изме- .значительных размеРов магистральных р ения истинного гаэосодержания опе- трубопроводов (диаметр до 1200 мм). .аций измерения структурных функций Большая протяженность последних э— них эар и процессов изменения средней плотнос- трудняет применение пробоотбор о оотбо ников ти контролируемой среды в злемеитар- и последующего лабораторного анализа ных объемах в газожидкостиом потоке, 5 проб для введения поправок на измеопределения элементарньиг.объемов, в нения плотности нефти при измерениях которых структурная функция равна свободного газа иэвествым Методом. н лю и измерения в них плотности, Применение настоящего способа в нефжцдкости позволит производить иэмере- ;тяной промышленности дает возможно о можность ния истинного газосодержания в пото- 30 провести с повышенной точностью измеках д неизвестной и изменяющейся рения свободного газа в товарной нефплотностью жидкой фазы и повысить,ти в любой части магистрального труточность измерений. бопровода беэ нарушения целостности указанные технические преимущест- последнего. При этом повышается таква предлагаемого способа измерений в 15 же точность измерения количества тосвою очередь позволяет обеспечить по- варной; нефти, перекачиваемой по мавышение качества -продукции и зкономию гистральнык трубопроводам и, как сырья:и материалов в технологических следствие, снижаются потери нефти процессах, в которых участвуют пото- при перекачке. .ки газожидкостных смесей, в ряде отраслей промышленности. Кроме того,. своевременное опредеНапример, в настоящее время не су- ление неучтенного свободного газа в ществует надежного способа измерения .товарной нефти может предотвратить остаточного содержания свободного нарушения технологии перекачки нефти. газа в потоках товарной нефти, транс- Таким образом, применение предлапортируемой по магистральным трубо- гаемого способа при измерении .истин25 проводам. ного объемного газосодержания в потоках газожидкостных смесей поэвоИспольэование традиционных средств лит улучшить технико-зкономические иэмерениЯ гаэосоДеРжаниЯ зДесь не характеристики систем контр я парапредставляется возможным вследствие 30 метров технологических процес в.

ВНИИНИ Заказ 4027/33

Тираж 873 Подписное

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðoä,óë.Ïðoåêòíàÿ,4