Способ определения параметров газожидкостного потока

Способ определения параметров газожидкостного потока

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к способам определения параметров фаз в газонефтеводяных потоках, и может быть использовано в нефтяной, химической и:др отраслях промышленности. Целью изобретения является повьшение точности определения и расгаирение функ- .191ональных возможностей. В способе задают фиксированные значения объемной концентрации газа, для каждого из которых определяют зависимости изменения плотности газожидкостной смеси от времени. Затем по ним находят зависимости средних квадратов разности значений плотности в этих сечениях от расстояния между ними. По 3ТИМ зависимостям выбирают поло- J жения не более трех рабочих контролируемых сечений, исходя из условия, чтобы значения плотности в первом и втором из них были коррелированы, а в первом и третьем - некоррелированы между собой. Искомые параметры в измеряемом потоке находят по отношению средних квадратов разности плотности в рабочих контролируемых сечениях. Приведены,описания двух вариантов устройств для реализации способа. 3 ил. с S6 (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ся) 4 G 01 N 9/24

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4053103/31-25 (22) 09.04.87 (46) 15.06.88. Бюл. Р 22 (71) Центральный научно-исследовательский и опытно-конструкторский институт робототехники и технической кибернетики при Ленинградском политехническом институте (72) А.Н. Казаков, В.А. Кратиров и А.В. Козлов ()3) 531 ° 756(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 920465, кл. G 01 N 9/36, 1982.

Кремлевский П.П. Измерение расхода многофазных потоков. Л.: Машиностроение, 1982, с.85, с.93. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ

ГАЗОЖИДКОСТНОГО ПОТОКА (57) Изобретение относится к измерительной технике, в частности к способам определения параметров фаз в газонефтеводяных потоках, и может быть использовано в нефтяной, химической и.др. отраслях промышленности. Целью. „„SU„„3402842 А1 изобретения является повьппение точности определения и расширение функциональных возможностей. В способе задают фиксированные значения объемной концентрации газа, для каждого из которых определяют зависимости изменения плотности газожидкостной смеси от времени. Затем по ним находят зависимости средних квадратов разности значений плотности в этих сечениях от расстояния между ними.

По этим зависимостям выбирают положения не более трех рабочих контролируемых сечений, исходя из условия, чтобы значения плотности в первом и втором из них были коррелированы, а в первом и третьем — некоррелированы между собой. Искомые параметры в измеряемом потоке находят по отношению средних квадратов разности плотности в рабочих контролируемых сечениях. Приведены описания двух вариантов устройств для реализации способа. 3 ил.

1402842

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к способам и устройствам для определения концентрации фаэ в двухфазных потоках преимущественно газоводонефтяных

/ и -может быть использовано для контроля и управления технологическими процессами, предусматривающими транспортирование двухфазных сред по трубопроводам в нефтяной, химической, пищевой и других отраслях промьппленности. Кроме того, изобретение может быть использовано для исследования и контроля параметров двухфазных поте у5 ков в энергетике и гидротехнике.

Цель изобретения — повышение точности определения объемной концентра\ ции газа(за счет исключения погрешности определения плотности воды кос- 20 венными методами) и расширение функциональных возможностей способа (за счет обеспечения возможности одновременного определения плотности жидкости газонефтежидкостных потоков) 25

На фиг.1 представлены иллюстрации теоретических предпосылок способа, на фиг.2 и фиг.3 — варианты устройств, реализующих способ., Способ основан на измерении флук30 туаций интенсивности прошедшего через исследуемый газожидкостный поток проникающего излучения (например, гаммаизлучения), пропорциональных флуктуациям плотности потока.

Экспериментально установлено, что средний (за. время измерения) квадрат разности между значениями плотности о газожидкостной смеси в контролируе,мых сечениях, расположенных вдоль

:потока, определяется(в основном)кон40

::центрацией- газа в смеси. Теор етичес" кие исследования показали, что это справедливо, если плотности газообразной и жидкой фаз не изменяются

45 в течение времени измерения. Это допущение приемлемо с практической точки зрения, так как скорость изменения плотности жидкости между рабочими сечениями незначительна. Это следует из того, что процессы изменения

Плотности компонентов жидкой фазы— нефти и воды, их взаимное соотношение в потоке более инерционные по сравнению со скоростью переноса вещества между рабочими сечениями. Обычно за. Метные изменения плотности нефти или воды и их соотношения происходят через интервалы времени длительностью от единиц секунд и более, а время перемещения вещества на расстояние между крайними сечениями составляет доли секунд. Зная среднюю плотность газожидкостной смеси и объемную концентрацию газа, можно найти плотность жидкой фазы, значение которой необходимо для определения обводненности скважин и массового расхода жидкости при оперативном учете продукции нефтяных скважин. Следовательно, функциональные воэможности способа расширяются.

Способ осуществляют следующим образом (фнг.1).

1) . Предварительно пропускают через трубопровод эталонный газожидкостный поток, обеспечивая возможность задания в нем ряда фиксированных (т.е. известных заранее с достаточной. точностью) значений у объемной концентрации газа (фиг.1а), причем фиксированные значения р задают исЪ ходя из ширины диапазона измерения, при этом суммарный объемный расход газожидкостной смеси поддерживают постоянным (одинаковым) для всех заданных значений (2), Для каждого фиксированного (эталонного) значения (с помощью измерительных преобразователей плотности находят зависимость изменения плотности газожидкостной смеси во: времени в нескольких контролируемых сечениях, расположенных вдоль потока и отстоящих друг от друга на расстоянии 1; (фиг.16), при этом необходимое количество контролируемых сечений определяется степенью корреляции между значениями плотности смеси в этих сечениях, определяемой по виду зависимостей, получаемых в следующем п.3.

3). Определяют зависимости средне=о квадрата разности значений плотности в контролируемых сечениях от расстояния между ними (фиг.1в), 4). Выбирают по результатам п.З положения рабочих контролируемых сечений, в которых необходимо устано" вить преобразователи плотности для выполнения измерений на исследуемом потоке (фиг. 1в). Рабочие сечения выбирают исходя из указанных ниже условий коррелированности между собой значения плотности смеси в этих сечениях, 5). Построив зависимость корня . ( квадратного из отношения средних квадpCf4 = p)k Ч ((к- гI

35

45

S5 з 140284 ратов разности плотности в рабочих сечениях от фиксированных (эталонных) значений < (фиг. 1г), определяют градуировочную характеристику способа.

6), Устанавливают преобразователи плотности в рабочих сечениях.

7). Пропускают через трубопровод исследуемый газ ожидкостный поток.

8). Определяют (например, по зна- 1р чению средней плотности смеси или по априорным данным участок диапазона измерений, в котором находится измеряемая величина (нисходящая или восходящая ветви градуировочной харак- 15 теристики).

9), Определяют отношения средних квадратов разности плотности в рабочих сечениях.

10). По градуировочной характерис- 2р тике определяют величину объемной концентрации. Плотность жидкости определяют по формуле где )„, — плотность смеси;

P < — плотность жидкости;

Ч вЂ” сечение;

p — плотность газообразной фазы.

Операции по пп.1-5 необходимы для выбора расстояний между рабочими контролируемыми сечениями на конкретном трубопроводе и построении градуировочной характеристики способа..Они могут быть выполнены в заводских стендовых условиях, воспроизводящих известные характеристики гидравлического контура, в котором должны проводиться измерения. Эти измерения можно также провести в условиях эксплуатации, создавая эталонный газожидкостный поток непосредственно .в измерительном участии трубопровода или его эквиваленте. Градуировку целесообразно производить при значении расхода эталонного газожидкостного потока, соответствующем середине рабочего диапазона изменения расхода контролируемого потока.

Выбирая положение рабочих контролируемых сечений по п.4, исходят из условия, чтобы значения плотности газожидкостной смеси в первом.и втором из них быпи коррелированы между собой (сечения а-а и б-б на фиг.1), а в первом и третьем - некоррелированы (сечения а-а и в-в на фиг.1). Так как пространственная структурная функция

Т (д1) однозначно сведена с автокор2

4 реляционной пространственной функцией

R (41), т.е. Т (ь1) = ?(R(o)- R (Al)j, то с помощью Т (41) находят значения

dl при которых указанные условия выполняются для заданного диапазона измерения.

Количество эталонных значений < при которых проводят градуировку, и количество контролируемых сечений, необходимых для определения Т (41), определяют в каждом случае, исходя из условий измерения, градуировки и используемых средств измерения.

Ойерации по пп.2 и 3 можно проводить, применяя одновременно несколько преобразователей плотности, разместив их вдоль трубопровода. Можно выполнить их также с помощью двух преобразователей, один из которых последовательно передвигают вдоль трубопровода.

Для определения степени корреляции значений плотности выходной сигнал преобразователей можно подавать на коррелометры общепромышленного назначения. Можно применять специализированные устройства, описанные ниже.

На фиг.2 изображено устройство (основной вариант) для осуществления предлагаемого способа.

Устройство содержит три радиоизотопных преобразователя плотности, расположенных вдоль трубопровода 1 в сечениях а-а и б-б, разделяющих коррелированные между собой значения плотности контролируемой среды (на расстоянии 61к друг от друга), и в сечении в-в, значения плотности в котором некоррелированы со значениями плотности в сечении а-а (на расстоянии 41„„друг от друга) °

Первый радиоизотопный первичный преобразователь плотности содержит блок 2 излучения и блок 3 детектирования. Второй и третий первичные преобразователи плотности содержат соответственно блоки 4 и 5 излучения и блоки 6 и 7 детектирования.

Кроме того, устройство содержит формирователь 8 интервала, схемы 9 и

10 совпадений, схемы 11 и 12 усреднения и вычислительное устройство 13.

Блоки 2,4 и 6 излучения и блоки

3 5 и 7 детектирования расположены с противоположных сторон трубопровода 1. Выход блока 3 детектирования соединен с входом формирователя 8

r r ехр (-/Ьpd), где r— скорость счета импульсов на выходе блока детектирования, скорость счета импульсов на выходе блока детектирования в отсутствие контролируемой среды в трубопроводе, массовый коэффициент ослабления излучения, 35 пл от нос т ь контр олируемой среды," диаметр трубопровода.

5 14028 интервала, выход которого подключен к первым входам схем 9 и 10 совпадений, вторые входы которых подклю4 чены к выходам блоков 5 и 7 детекти-.

5 рования соответственно. Выходы схем

9 и 10 совпадений через схемы 11 н

12 усреднения подключены к вычислительному, устройству 13.

Устройство работает следующим об- 1р разом.

Потоки гамма-квантов от блоков

2,4 и 6 излучения после взаимодействия с веществом контролируемой среды - поступают на соответствующие блоки

3,5 и 7 детектирования, где преобразуются в последовательности электри: ческих импульсов, сформированных по амплитуде и длительности. В случае просвечивания контролируемой среды 2р узким пучком гамма-излучения скорость г счета импульсов ва выходе блока детектирования связана с плотностью среды р экспоненциальной зависимостью 25

42 6 налов. Сигналы на выходах схем 11 и

12 усреднений соответствуют средним квадратам разности плотностей в сече киях а-а и б-б и в сечениях а-а и в-в. В вычислительном устройстве 13, содержащем схему деления и схему извлечения корня, происходит определение отношения средних квадратов разности плотностей в указанных сечениях и вычисление корня квадратного из этого отношения, соответствующего искомой величине.

В случае, когда процессу изменения плотности контролируемой среды присуще свойство эргодичности, способ можно реализовать с помощью устройства, изображенного на фиг.3, в котором (a отличие от устройства, изображенного на фиг.2) разность плотностей в сечениях, разделяющих некоррелированные значения плотности, определяется не в пространстве, а во времени, Таким образом, эту разность находят как приращение сигнала первого первичного преобразователя плотности за промежутки времени, разделяющие некоррелированные значения плотности среды в сечении а-а. В этом случае для реализации способа достаточно двух первичных преобразователей плотности, расположенных в сечениях а-а и б-б, при этом в устройство введена схема 14 задержки, включенная между формирователем 8 интервала и первым входом схемы 9 совпадения, второй вход которой соединен с выходом блока 3 детектирования.

1!

Сигнал с выхода блока 3 детектиро- 4р вания поступает на вход формирователя

8 интервала, который формирует интервал с длительностью, обратно пропорциональной скорости счета входных импульсов. Этот интервал поступает на первые входы схем 9 и 10 совпадений, где заполняется импульсами, поступающими на вторые входы этих схем от блоков 5 и 7 детектирования соответственно. Сигналы на выходах схем 9 и 5р

10 совпадений пропорциональны отношениям чисел импульсов, зарегистрированных в сечениях а-а и б-б и в сечениях а-а н в-в. В схемах 11 и 12 усреднения, содержащих накопительный счетчик импульсов и регистр памяти, происходит суммирование импульсов, поступающих от схем совпадений, и вычитание постоянной составляющей сигУстройство, изображенное на фиг.3, работает также, как и устройство, изображенное на фиг. 2, с тем лишь отличием, что временной интервал на выходе формирователя 8 интервала задерживается на промежуток времени, разделяющий некоррелированные между собой значения плотности контролируемой среды в сечении а-а. А заполнение этого интервала в схеме 9 совпадений происходит импульсами от блока 3 детектирования, s результате чего сигнал на выходе схемы 11 усреднения соответствует среднему квадрату разности некоррелированных значений плотности в сечениях а-а или дисперсии плотности контролируемой среды.

Преимущества предлагаемого способа

1 (в отличие от известных) заключается в повышении точности измерения за

7 14028 счет снижения состаапяющей погрешности, обусловленной изменениями плотности жидкости, и, кроме того, в возможности определения с его помощью

5 этой плотности.

Формула изобретения

Способ определения параметров газожидкостного потока, включающий облучение контролируемых сечений среды проникающим излучением, регистрацию флуктуаций плотности среды, 15 определение средних квадратов разности плотности в этих сечениях с последующим вычислением концентрации газа, отличающийся тем, что, с целью повышения точности изме- 20 рения и расширения функциональных и б

42 8 возможностей за счет одновремеHH01 определения плотности жидкости, через трубопровод предварительно пропускают эталонный газожидкостный поток, в котором задают фиксированные значения объемной концентрации газа, для каждого из которых находят зависимости плотности газожидкостной смеси от времени в контролируемых сечениях, расположенных вдоль потока, затем определяют зависимости средних квадратов разности плотности эталонного потока в этих сечениях от расстояния между ними далее по. этим зависимостям выбирают положения рабочих контролируемых сечений, а искомые параметры находят по отношению средних квадратов разности между значениями плотности исследуемого потока в выбранных рабочих контролируемых сечениях.

1402842

@uz

Составитель В..Пересадько

Редактор А. Ревин Техред М.Дидык Корректор И. Муска

Ф Ю

Тираж 847 Подписное

ВНИИПИ Государствейного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 2846/29

Производственно-полиграфическое предприятие, r ° Ужгород, ул. Проектная, 4