Способ измерения массового расхода газожидкостного потока и устройство для его осуществления

Способ измерения массового расхода газожидкостного потока и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к технике измерения расхода текущих сред,имеющих двухфазную структуру потока, например сжиженных газови газовых конденсаторов , и предназначено для использования в информационно-измерительных системах для измерения расхода товарных и технологических потоков в газовой, нефтяной и других областях промышленности. Устройство для осуществления способа содержит датчики расхода 1, перепада давления 2 и давления 3, узел отбора проб 4, блок алгебраического суммирования 5, делитель 6, счетчик 7, преобразователь-синхронизатор 8, блок управления 9, анализатор 10, интеграто р 11, блоки соотношения 12, вычисления плотности 13, выбора коi эффициентов 14, регистры 15 и 16, блоки умножения 17 и 19, сумматор 18, вычислительный блок 20, задатчик цены 21 и регистратор 22. Блоки устройства соединены друг с другом определенным образом, что позволяет повысить точность измерения объемного и массового расхода газожидкостN5 0 ного потока углеводородов. 2 с.п. ф-лы, 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН щ .1 G 01 Р 1/00

Фи@1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3654292/24-10 (22) 17..08.83 (46) 23.11.86. Бнхп. ¹ 43 (71) Волго-Уральский научйо-исследовательский и проектный институт по добыче и переработке сероводородсодержащих газов (72) В.Е.Щербина, В.А.Швец, В.Д.Щугорев, Н.Н.Галин, Б.В.Сперанский, О.С.Михайлов и Ю.А.Десяткин (53) 681.121(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 732670, кл . С 01 F 1/00, 1978.

Авторское свидетельство СССР № 198002, кл. G 01 F i/00, 1965, Авторское свидетельство СССР № 590757, кл. G 06 F 45/46, 1975. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ МАССОВОГО РАСХОДА ГАЗОЖИДКОСТНОГО ПОТОКА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к технике измерения расхода текущих сред, имеющих двухфазную структуру потока, например сжиженных газов.и газовых KQH

„,Я0„„12?211? А1 денсаторов, и предназначено для использования в информационно-измерительных системах для измерения расхода товарных и технологических потоков в газовой, нефтяной и других областях промышленности. Устройство для осуществления способа содержит датчики расхода 1, перепада давления 2 и давления 3, узел отбора проб 4, блок алгебраического суммирования 5, делитель 6, счетчик 7, преобразователь-синхронизатор 8, блок управления 9, анализатор 10 интегратор 11, блоки соотношения 12, вычисления плотности 13, выбора коэффициентов 14, регистры 15 и 16, блоки умножения 17 и 19, сумматор 18, вычислительный блок 20, задатчик цены 21 и регистратор 22. Блоки устройства соединены друг с другом on) ределенным образом, что позволяет, повысить точность измерения объемного и массового расхода газожидкостного потока углеводородов. 2 с.п. ф-лы, 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1272117

Изобретение относится к технике измерения расхода текучих сред,, имеющих двухфазную структуру потока, например сжиженных газов и газовых конденсатов, и предназначено для использования в информационно-измерительных системах для измерения расхода товарных и технологических потоков в газовой, нефтяной и других

1 отраслях промышленности.

Цель изобретения — повышение точности измерения объемного и массового расхода газожидкостного угле-. водородного потока.

Сущность способа измерения расхода жидкостей, склонных к образованию двухфазных газожидкостных потоков, состоит в следующем. Жидкость, имеющая при входе в трубопровод однофазную структуру, направляется к датчику расхода объемного типа, который измеряет объемный расход Q„ „.

При движении жидкости по трубопроводу на гидравлических сопротивлениях (клапанах, задвижках, коленах и т.п.) происходит снижение рабочего давления. При наличии легких углевоцородов (метан, этан, пропан) в данной жидкости и перепада давления на указанных гидравлических сопротивлениях трубопровода некоторое количество этих углеводородов переходит из жидкого и растворенного состояний в газообразное. Поток приобретает двухфазную структуру. При этом даже при рабочем давлении образовавшаяся газовая фаза занимает объем, на порядок больший, чем объем лпщкости, иэ которого она образовалась. Вследствие этого в начале участка трубопровода через поперечное сечение трубопровода за единицу времени проходит один объем потока (жидкости)

V а в конце этого участка (на входе в датчик расхода) через аналогичное сечение проходит другой (больший) объем потока (гаэожидкостной смеси)

Ч„ „, измеряемый датчиком расхода.

В результате в показаниях расходомера, фиксирующего объемный расход га зожидкостного потока, постоянно присутствует погрешность измерения, которая накапливается при интегрировании объемного расхода. Предлагаемый способ учитывает присутствие газа в потоке и тем самым снижает погрешность измерения.

Объемы Ч и Ч„ соответственно равны

V=V + Ч (1) (2) где V — объем жидкой фазы, V — объем жидкой фазы, перешедшей в газовую при снижении рабочего давления в конце участка трубопровода на h1 .

Ч, — объем газа при рабочем давлении, получившийся иэ объема Ч

C учетом зависимостей (1) и (2) корректировку V„ ïðîâîäÿò IIo формуле

Чирм (Ч Чда ) = Ч,е и

16 где У = V,- — Ч вЂ” объем коррекции гаэожидкостного потока.

Объем коррекции газожидкостного потока У„ зависит от компонентного состава перекачиваемой жидкости (массовой доли легких угдеводородов

С „), давления в начале трубопровода

Р и перепада давления hP . С увеличеннем hÐ (при постоянных остальных параметрах) функция Ч„= f (hP) нелинейно возрастает. Совокупность различных значений С„и Р определяет совокупность кривых V„= f(АР). Отдельные кривые V = f (hP) аппроксимируются в устройстве с достаточной для .технологических целей точностью (в рабочем диапазоне дР = О.. °

1,0 NIIa) многочленом второй степени (,hP + m,(hP) ), (4) где ш и m — коэффициенты аппрокси1 и мации.

Кривые V = й(ЬР) пронумерованы. к

Устройство по доле легких углеводородов С„ и давлению в начале трубопровода P. выбирает номер кривой, а по нему — значения коэффициентов аппроксимации ш ., и m . С учетом зависимостей (4) и (3) объем Ч равен

Q = Q„ K = Q„ (1 — m,hP— ш дР ), (6) где К = (1 — m d P — m.hP ) — коррек1 2 тирующий множитель, 56

V = Ч„„- Ч„„(ш,.дР + m (ьР) 1 (5)

Переходя к соответствующим расходам, получают

127211?

Q — откорректированный объемный расход;

Q расход, измеренный датчиком расхода.

Номер кривой зависимости V = 5

= Й(4Р) соответствует номеру кривой зависимости К = f(P), При умножении расхода Q на плотность потока, определенную для начала участка трубопровода (когда в потоке нет свободного газа), получают массовый расход.

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства для осуществления предла,I 15 гаемого способа; на фиг. 2 — временные диаграммы работы устройства, Устройство содержит датчик 1 расхода, датчик 2 перепада давления, датчик 3 давления, узел 4 отбора проб, блок 5 алгебраического суммирования, делитель 6 частоты, счетчик

7 импульсов, преобразователь-синхронизатор 8, блок 9 управления, анализатор 10, интегратор 11, блок 12 соотношения, блой 13 вычисления плотности, блок 14 выбора коэффициентов, первый регистр 15, второй регистр 16, первый блок 17 умножения, сумматор l8 второй блок 19 умножения, вычислительный блок 20, задат30 чик 21 цены и регистратор 22, Выход датчика 1 расхода подключен к первому входу блока 5 алгебраичес-, кого суммирования, выход которого через делитель 6 частоты соединен с М входом счетчика 7 импульсов. Анализатор 10 подключен первым входом к выходу узла 4 отбора проб, а выходом — к входу интегратора 11, первым выходом связанного с первым входом 4О блока 13 вычисления плотности, второй вход которого соединен с первым выходом датчика 3 давления, а выход — с первым входом вычислительного блока 20, второй вход которого подключен к выходу эадатчика 21 цены, а третий вход — к первому выходу счетчика 7 импульсов, соединенного вторым выходом с первым входом регистратора 22, второй вход которого подключен к выходу вычислительного блока 20.

Преобразователь-синхронизатор 8 подключен выходом к второму входу блока 5 алгебраического суммирова- 5S . ния. Блок 12 соотношения подключен первым входом к второму выходу интегратора 11, вторым входом — к вто. а раму выходу датчика 3 давления и выходом — к первому входу блока 14 выбора коэффициентов, который подключен первым и вторым выходами к первым входам первого и второго регистров 15 и 16 соответственно. Первый регистр 15 подключен выходом к первому входу сумматора 18. Второй регистр 16 подключен выходом к первому входу первого блока 17 умножения, который связан первым выходом с вторым входом сумматора 18, а вторым входом — с выходом датчика 2 перепада давления. Второй блок 19 умножения соединен первым входом с выходом датчика 2 перепада давления, а первым выходом — с первым входом преобразователя-синхронизатора 8, подключенного вторым входом к выходу датчика 1 расхода. Блок 9 управления связан первым выходом с соединенными вместе входом узла 4 отбора проб и вторым входом анализатора 10, вторым выходом — с вторым входом блока

l4 выбора коэффициентов и вторыми входами первого и второго регистров

i5 и 16, третьим выходом — с трет им входом первого блока 17 умножения, первым входом — с вторым выходом первого блока 17 умножения, четвертым выходом — с третьим входом сумматора l8, пятым выходом — с вторым входом второго блока 19 умножения, третьим входом — с вторым выходом второго блока 19 умножения, шестым выходом — с четвертым входом вычислительного блока 20, седьмым выходом — с третьим входом регистратора 22, Второй выход сумматора 18 соединен с третьим входом второго блока 19 умножения.

Устройство работает следующим образом.

При подаче на устройство напряжения питания блок 9 управления принудительно устанавливается в исходное состояние, при котором на его первом выходе начинает формироваться первый импульс цикла его работы, а на всех остальных выходах имеются логические нули. Первый импульс цикла длится в течение времени г„, величина которого задается блоком 9 управления исходя из быстродействия узла 4 отбора проб, анализатора tO интегратора 1t и блока 12 соотношения. По этому импульсу запускается в работу узел 4 отбора проб и анализатор 10, 1272117 Ь

10 давления потока Р формирует код номера кривой зависимости корректирующего множителя К от перепада давления

0Р (формула 6) . Блок 13 вычисления

30 (7) (8) S

Ь.

S (9) 55

А Я

Вычисленное значение С„с второго выхода интегратора 11 передается на

Проба транспортируемого продукта отбирается в начале трубопровода узлом

4 отбора проб и направляется в анализатор 10 хроматографического типа.

Анализатор 10 определяет компонентный состав пробы. При разделении углеводородов пробы в хроматографической колонке анализатора 10 порядок выхода из нее, а следовательно, и порядок прохождения их через детектор анализатора 10, является строго определенным и соответствует плотностям углеводородов. Каждому компоненту, присутствующему в пробе, на выходе анализатора 10 соответствует аналоговый сигнал напряжения в виде пика определенной амплитуды и длительности. Площадь такого пика пропорциональна количеству данного компонента в пробе.

Таким образом, на выходе анализатора 10 появляется последовательность пиков различной площади, причем первыми появляются пики, соответствующие легким углеводородам (метану, этану, пропану), а последними — тяжелым углеводородам.С выхода анализатора 10 последовательность пиков поступает на вход интerpaтора 11, преобразующего площадь каждого из них в импульсный сигнал, количество импульсов в котором пропорционально площади пика. IIocJIBpoBBTBJIbHocTb импульсных сигналов передается интегратором 11 в блок . 13 вычисления плотности. Кроме того, интегратор 11 подсчитывает сумму Б„ площадей пиков легких углеводородов по формуле где 8„, S,, $„- площади пиков мета" на, этака и пропана соответственно, подсчитывает сумму площадей пиков всех компонентов пробы где S — площадь пика i-го компонен t та 9

n — количество компонентов в пробе, находит массовую долю легких углеводородовв в проб е первый вход блока 12 соотношения.

Сигнал, пропорциональный текущему значению давления Р, передается на второй вход блока 13 вычисления плотности, а с второго выхода этого датчика " на второй вход блока 12 соотношения. Блок 12 соотношения в зависимости от величины доли легких углеводородов С„ в пробе и рабочего плотности определяет плотность Р по-тока продукта на входе в трубопровод и передает ее значение в вычислительный блок 20. Первый импульс цикла работы блока 9 управления заканчивается.

Одновременно с этим на .втором выходе блока 9 управпения начинает формироваться второй импульс цикла.

Этот импульс длится в течение времени 1, величина которого задается блоком 9 управления с учетом быстродействия блока 14 выбора коэффициентов и регистров 15 и 16. Код номера кривой зависимости К - f(éÐ) поступает на первый вход блока 14 выбора коэффициентов и по второму импульсу цикла, приходящему с второго выхода блока 9 управления на его второй вход, запоьянается в нем. При этом старое значение кода номера кривой

K = f(Ð} стирается. Новое значение кода номера кривой К = Е(,ЬР) шифруется в значение коэффициентов аппроксимации ш, и m соответственно в

2 блоке 14 выбора коэффициентов. В течение времени iz значения m u m

2 перезаписываются из него в первый и второй регистры 15 и 16 соответственно. После этого второй импульс цикла работы блока 9 управления заканчивается.

Одновременно с этим на третьем выходе блока 9 управления начинает формироваться третий импульс цикла, который длится в течение времени

Значение коэффициента m поступает

2 с выхода второго регистра 16 на первый вход первого блока 17 умножения .

Частотный сигнал fh от датчика 2 перепада давления, пропорциональный перепаду давления ЬР, поступает на второй вход первого блока 17 умножения . По приходу третьего импульса цикла работы блока 9 управления на

1272117 третий вход первого блока 17 умножения он запускается в работу. Па окончании процесса умножения на первом выходе первого блока 17 умножения формируется числовое значение произведения m аР, а на втором — короткий импульс, который поступает на первый вход блока 9 управления.

При этом третий импульс цикла работы блока 9 управления заканчивает!

О ся, а на четвертом его выходе начинает формироваться четвертый импульс цикла, который длится в течение вреГ мени . Величина коэффициента тп

1 < поступающая на первый вход сумматора 18, величина произведения <и аР, поступающая на второй его вход, суммируются по приходу четвертого импульса цикла на третий вход сумматора 18. По окончании процесса суммирования на первом выходе сумматора

18 появляется короткий импульс, а на втором — числовое значение суммы (m + m hP). По приходу короткого имйульса с первого выхода сумматора.

18 на второй вход блока 9 управления заканчивается четвертый импульс цикла и на пятом выходе блока 9 управления начинает формироваться пятый импульс цикла, который длится в течение времени

Частотный сигнал f Ь, пропорциональный перепаду давления ЬР, поступает с выхода датчика 2 перепада давления на первый вход второго блока З5

19 умножения. По приходу пятого импульса цикла на второй вход второго блока 19 умножения он запускается в работу и умножает числовое значение суммы (m, + m Р), поданное на его . 40 третий вход с второго выхода сумматора 18, на величину перепада давления 6Р, По завершении процесса умножения на первом выходе второго блока .

19 умножения формируется числовое 45

<значение произведения hP (m, + ш ЬР), а на втором — короткий импульс, по приходу второго на третий вход блока

9 управления заканчивается пятый импульс цикла. Числовое значение про- 5О изведения аР (ш + т -AP) поступает на первый вход йреобраэователя-синхронизатора 8, на второй вход которого подается импульсная последовательность N с выхода датчика 1 рас- Я хода, пропорциональная измеряемому датчиком f расхода объемному расходу и Q« ì< (i0) где п — коэффициент передачи датчика расхода.

Преобразователь-синхронизатор 8 формирует частотный сигнал R, равный

R — N йР(ш,, + m ьР) — и Q Ð(m<+

+ m„ аР) . (11)

Причем импульсы этой последовательности синхронизированы с паузами последовательности N. Импульсная последовательность N от датчика 1 расхода поступает на первый вход блока 5 алгебраического суммирования, а импульсная последовательность R — на второй его вход. При этом на выходе блока 5 формируется импульсная последовательность G, равная

G = N — R = N — ИЬР(ш< + п<рР)

= nQ (1 — m hP — m дР ) . (12)

«1< < 1 2

Импульсная последовательность G делится в делителе 6 частоты на нормирующий коэффициент S. При этом на

его выходе формируется импульсная последовательность Н, равная и

H = S Q„3«(f — т ь Р— ш аР ) . (13) Импульсы последовательности Н подсчитываются счетчиком 7 импульсов с нарастающим итогом. Задавая нормирующий коэффициент S соответствующим образом, получают увеличение показаний счетчика 7 при приходе одного импульса на его вход на 0,01, 0,1 или 1,0 м .

После того, как заканчивается пятый импульс цикла, на шестом выходе блока 9 управления начинает форми- роваться шестой импульс цикла, который длится в течение времени<.

Длительность задается блоком 9 управления исходя из быстродействия вычислительного блока 20. За время осуществляется перезапись значе б ння откорректированного объема продукта, перекачанного по трубопроводу к данному моменту времени, из счетчика 7 в вычислительный блок 20, вычисление этим блокам приращения массы перекачанного продукта, интегрирование массы продукта и определение стоимости этой массы. Шестой импульс цикла работы блока 9 управления заканчивается.

Одновременно с этим на седьмом выходе блока 9 управления начинает формироваться седьмой импульс цикла

9 12721 длительностью, . Величина,, задается блоком 9 управления с учетом быстродействия регистратора 22. Параметры, подлежащие регистрации, поступают на первый и второй входы ре-гистратора 22 с второго выхода счетчика 7 и выхода вычислительного блока 20 соответственно и регистрируются им по седьмому импульсу цикла, поступающему на третий вход регист- 1О ратора 22. После регистрации откорректированного объемного расхода, массы перекачанного продукта,, плотности и стоимости перекачанного продукта седьмой импульс цикла работы блока 9 управления заканчивается °

Одновременно с этим на первом выходе блока 9 управления начинает формироваться первый импульс следующего цикла его работы. 2О

Формула изобретения

1. Способ измерения массового расхода газожидкостного потока без 25 предварительной сепарации отдельных компонентов, включающий измерение объемного расхода общего потока, давления s двух точках трубопровода и плотности, отличающийся б тем, что, с целью повышения точности измерения расхода газожидкостного углеводородного потока, на входе в трубопровод определяют компонентный состав потока и по доле легких угле- З5 водородов и давлению в начале трубопровода устанавливают коэффициенты аппроксимации зависимости корректи, рующего множителя от перепада давления на участке трубопровода, опреде- щб ляют перепад давления между входом трубопровода и местом установки расходомера, а объемный расход общего потока корректируют по соотношению

q - О„,„ t(1 — nr(m + m, Г)), где Я„ „ - измеренный объемный расход общего потока„

m и ш — коэффициенты аппроксима1 2 ции зависимости корректи- у рующего множителя от перепада давления на участке трубопровода," ,6P - перепад давления между входом трубопровода и мес-55

17 том установки расходо— мера, 2. Способ по и. 1, о т л и ч а ющ и Й с я тем, что плотность потока определяют в сечении трубопровода, 4 где давление выше давления насыщения и газовая фаза отсутствует.

3. Устройство для измерения массового расхода газожидкостногo потока, содержащее датчик расхода, подключенный через блок алгебраического суммирования и делитель частоты к счетчику импульсов, связанному с блоком регистрации непосредственно и через вычислительный блок, подключенный через блок вычисления плотности, интегратор и анализатор к узлу отбора проб, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены датчик давления, датчик перепада давления, блок соотношения, блок выбора коэффициентов, два регистра, два блока умножения, сумматор, преобразователь-синхронизатор, .<оторый подключен выходом к одному из входов блока алгебраического суммирования и блок управления, блок соотношения подключен входами к интегратору и датчику давления, подключенного к блоку вычисления плотности, и выходом — к входу блока выбора коэффициентов, подключенного выходами к первому и второму регистрам, причем первый регистр подключен к суммато-, ру, а второй регистр — к первому блоку умножения„ который подключен к сумматору и выходу датчика перепада давления, соединенного выходом с вторым блоком умножения, подключенным к первому входу преобразователясинхронизатора, соединенного вторым

I входом с выходом датчика расхода, при этом блок управления выходами связан с объединенными входами узла отбора проб и анализатора, с входами блока выбора коэффициентов, первого и второго регистров, первого и второго блоков умножения, сумматора, регистратора и вычислительного блока, а входами — с выходами первого и второго блоков умножения и сумматора, причем выход сумматора сое-, динен с одним из входов второго блока умножения.

1272117

9 Них.7

Фиг. Г

Редактор Н.Тупица

Заказ 6327/37 Тираж 705 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035» Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

9Вва2 и

7$

1б

98ыяЗ

17

9@,1

9 eby.

18

8 дх.2

98ых.5

79

96х.3

9 Вил.б

9 Оых.7

Составитель А.Дондошанский

Техред Л.Сердюкова - Корректор С.Шекмар