Способ одновременного определения расходов и концентраций компонентов многофазной смеси с функцией самоконтроля (варианты) и система измерительная интеллектуальная для его осуществления

Способ одновременного определения расходов и концентраций компонентов многофазной смеси с функцией самоконтроля (варианты) и система измерительная интеллектуальная для его осуществления

Реферат

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для определения величин расходов многофазного потока без предварительной сепарации, например для измерения дебита нефтяных скважин.

Известен способ в соответствии с RU 2386930, G01F 1/74, 2007 г. Способ определения параметров потока многофазной смеси по меньшей мере двух компонентов: жидкости и газа, заключающийся в том, что в измерительный гидроканал помещают датчики, имеющие различные зависимости своих показаний одновременно от по меньшей мере расходов компонентов потока, осуществляют калибровку при различных комбинациях параметров потока, по полученным при эксплуатации показаниям датчиков, с использованием калибровочных зависимостей, определяют характеристики потока многофазной смеси, для получения зависимостей показаний датчиков от измеряемых параметров потока во время калибровки производят записи показаний датчиков при различных комбинациях расходов жидкости и газа и осуществляют последовательную интерполяцию.

Применяют количество датчиков, превышающее количество неизвестных параметров потока, по различным комбинациям показаний датчиков определяют несколько значений параметров потока; полученные параметры потока усредняют.

Определяют работоспособность каждого датчика и по показаниям датчиков, признанных работоспособными, определяют параметры потока.

Критерием отказа могут служить как результаты встроенных тестов, так и резкое отличие показаний датчика от ожидаемого.

Так как зависимость показаний датчиков от параметров потока разная, то нельзя непосредственно сравнивать показания датчиков. Но у нас есть зависимости показаний каждого датчика от измеряемых параметров, полученные во время калибровки. Имеется возможность вычислить ожидаемые показания каждого из датчиков по вычисленным результатам.

Недостатком известного способа является то, что в нем решается задача повышения надежности и отказоустойчивости, но не решена задача реализацию комплектного метрологического диагностического самоконтроля системы в соответствии с требованиями ГОСТ Р 8.734-2011. Для комплектного метрологического диагностического самоконтроля системы необходимо равенство полей измеряемых величин для датчиков и в известном техническом решении не предусмотрено мер для выравнивания полей измеряемых величин.

Наиболее близким к предлагаемому способу и устройству является способ и устройство одновременного определения расходов и концентраций компонентов многофазной смеси (Евразийский патент №003869 G01F 1/74, G01F 1/712, G01F 1/708, G01F 1/66, G01N 29/02, 2000 г.).

Способ определения расходов газовой и жидкой фаз потока многофазной смеси вдоль трубы, включающий в себя этапы, на которых

а) измерении действительной скорости w, по меньшей мере, одной фазы смеси в секции (1) трубы,

б) измерении акустической удельной проводимости смеси в секции (1) трубы,

в) определении объемной концентрации φ газовой фазы смеси в секции (1) трубы на основе измеренной акустической удельной проводимости смеси в секции (1) трубы,

г) определении объемных расходов газовой фазы Q_г и первого и второго компонентов Q1, Q2 жидкой фазы Q_ж смеси, пользуясь значениями упомянутой действительной скорости w и упомянутой объемной концентрации, при наличии упомянутой секции трубы, являющейся первой секцией (1) трубы,

д) использовании второй секции (2) трубы, расположенной последовательно с первой секцией (1) трубы, причем первая и вторая секции (1, 2) трубы имеют разные поперечные сечения, так что изменение скорости потока смеси происходит на стыке этих двух секций (1, 2),

е) измерении действительной скорости во второй секции (2) трубы,

ж) измерении акустической удельной проводимости во второй секции (2) трубы,

з) определении объемной концентрации φ газовой фазы смеси во второй секции (2) трубы на основе измеренной акустической удельной проводимости смеси во второй секции (2) трубы,

и) определении объемной концентрацию W разных компонентов жидкой фазы смеси на основе измеренной акустической удельной проводимости смеси по меньшей мере в одной секции трубы,

к) определении объемных расходов Q_г, Q_ж, Q1, Q2, пользуясь совокупностью значений действительной скорости w и объемных концентраций, полученных для первой и второй секций (1,2) трубы.

При этом площадь F₁ поперечного сечения первой секции (1) трубы отличается от площади F₂ поперечного сечения второй секции (2) трубы в соответствии с соотношением F₂=kF₁, где k≠1.

Устройство для определения расходов газовой и жидкой фаз потока многофазной смеси вдоль трубы, содержит:

а) датчик скорости, который расположен в секции (1) трубы и который соединен со схемой для измерения действительной скорости w по меньшей мере одной фазы смеси в секции (1) трубы,

б) датчик акустической удельной проводимости, который расположен в секции (1) трубы и который соединен со схемой для измерения акустической удельной проводимости смеси в секции (1) трубы и для определения объемной концентрации φ газовой фазы смеси в секции (1) трубы на основе измеренной акустической удельной проводимости смеси в секции (1) трубы,

в) процессор, который соединен с упомянутой схемой для определения объемных расходов газовой фазы Q_г и первого и второго компонентов Q1, Q2 жидкой фазы Q_ж смеси с использованием значений упомянутой действительной скорости w и упомянутой объемной концентрации,

г) вторую секцию (2) трубы, которая расположена последовательно с первой секцией (1) трубы, причем первая и вторая секции (1, 2) трубы имеют разные поперечные сечения, так что изменение скорости потока смеси происходит на стыке этих двух секций (1, 2),

д) дополнительный датчик скорости, который расположен во второй секции (2) трубы и который соединен со схемой для измерения действительной скорости w, по меньшей мере, одной фазы смеси во второй секции (2) трубы.

Объемные расходы компонентов смеси вычисляются путем измерения скоростей и объемных концентраций фаз на двух участках трубы, имеющих разные площади поперечного сечения и расположенных последовательно на некотором расстоянии друг от друга в направлении потока.

Недостатком известного способа и устройства является то, что две группы датчиков, расположенных в двух разных секциях трубы разного поперечного сечения имеют различные поля измеряемых величин. Данная особенность делает невозможным реализацию комплектного метрологического диагностического самоконтроля системы в соответствии с требованиями ГОСТ Р 8.734-2011.

Задачей изобретения является обеспечение возможности метрологического самоконтроля интеллектуальной измерительной системы.

Этот технический результат достигается тем, что способе одновременного определения расходов газовой и жидкой фаз потока многофазной смеси вдоль трубы с функцией самоконтроля заключающемся в следующем:

измерении действительной скорости w по меньшей мере одной фазы смеси в секции трубы,

измерении акустической удельной проводимости смеси в секции трубы,

определении объемной концентрации φ газовой фазы смеси в секции трубы на основе измеренной акустической удельной проводимости смеси в секции трубы,

определении объемных расходов газовой фазы Q_г и первого и второго компонентов Q1, Q2 жидкой фазы Q_ж смеси, пользуясь значениями упомянутой действительной скорости w и упомянутой объемной концентрации ф, при наличии упомянутой секции трубы, являющейся первой секцией трубы,

используют вторую секцию трубы, расположенную последовательно с первой секцией трубы,

измерении действительной скорости во второй секции трубы,

измерении акустической удельной проводимости во второй секции трубы,

определении объемной концентрации φ газовой фазы смеси во второй секции трубы на основе измеренной акустической удельной проводимости смеси во второй секции трубы, определении объемной концентрации W разных компонентов жидкой фазы смеси на основе измеренной акустической удельной проводимости смеси по меньшей мере в одной секции трубы,

определении объемных расходов Qг, Qж, Q1, Q2, пользуясь совокупностью значений действительной скорости w и объемных концентраций φ, полученных для первой и второй секций трубы,

поперечное сечение первой и второй секции трубы одинаковое,

сравнивают сигналы однотипных датчиков, находящиеся в различных секциях трубы и тем самым осуществляют комплексный метрологический диагностический самоконтроль.

Другой вариант способа одновременного определения расходов газовой и жидкой фаз потока многофазной смеси вдоль трубы с функцией самоконтроля заключается в следующем:

измеряют действительную скорости w по меньшей мере одной фазы смеси в секции трубы,

измеряют акустическую удельную проводимости смеси в секции трубы,

определяют объемную концентрацию φ газовой фазы смеси в секции трубы на основе измеренной акустической удельной проводимости смеси в секции трубы,

определяют объемных расходов газовой фазы Qг и первого и второго компонентов Q1, Q2 жидкой фазы Qж смеси, пользуясь значениями упомянутой действительной скорости w и упомянутой объемной концентрации φ, при наличии упомянутой секции трубы, являющейся первой секцией трубы,

используют вторую секцию трубы, расположенную последовательно с первой секцией трубы,

измеряют действительную скорость во второй секции трубы,

измеряют акустическую удельную проводимости во второй секции трубы,

определяют объемную концентрацию φ газовой фазы смеси во второй секции трубы на основе измеренной акустической удельной проводимости смеси во второй секции трубы,

определяют объемную концентрацию W разных компонентов жидкой фазы смеси на основе измеренной акустической удельной проводимости смеси по меньшей мере в одной секции трубы,

определяют объемные расходы Qг, Qж, Q1, Q2, пользуясь совокупностью значений действительной скорости w и объемных концентраций φ, полученных для первой и второй секций трубы,

поперечное сечение первой и второй секции трубы одинаковое, вычисляют расходы жидких и газообразной фаз, используя сигналы однотипных датчиков, находящиеся в различных секциях трубы, для каждой секции в отдельности и сравнивая эти расходы осуществляют комплексный метрологический диагностический самоконтроль.

Система измерительная интеллектуальная для определения расходов газовой и жидкой фаз потока многофазной смеси вдоль трубы с функцией самоконтроля, содержащая датчик скорости, который расположен в секции трубы и который соединен со схемой для измерения действительной скорости w по меньшей мере одной фазы смеси в секции трубы, датчик акустической удельной проводимости, который расположен в секции трубы и который соединен со схемой для измерения акустической удельной проводимости смеси в секции трубы и для определения объемной концентрации φ газовой фазы смеси в секции трубы на основе измеренной акустической удельной проводимости смеси в секции трубы, процессор, который соединен с упомянутой схемой для определения объемных расходов газовой фазы Qг и первого и второго компонентов Q1, Q2 жидкой фазы Qж смеси с использованием значений упомянутой действительной скорости w и упомянутой объемной концентрации, при наличии упомянутой секции трубы, являющейся первой секцией трубы, она содержит вторую секцию трубы, которая расположена последовательно с первой секцией трубы, дополнительный датчик скорости, который расположен во второй секции трубы и который соединен со схемой для измерения действительной скорости w по меньшей мере одной фазы смеси во второй секции трубы, дополнительный датчик акустической удельной проводимости, который расположен во второй секции трубы и который соединен со схемой для измерения акустической удельной проводимости смеси во второй секции трубы и для определения объемной концентрации φ газовой фазы смеси во второй секции трубы на основе измеренной акустической удельной проводимости смеси во второй секции трубы, датчик концентрации жидкости, который расположен в одной из упомянутых секций трубы и который соединен с дополнительной схемой для определения объемной концентрации W разных компонентов жидкой фазы смеси на основе измеренной акустической удельной проводимости смеси в упомянутой одной секции трубы, и при этом упомянутый процессор соединяется с упомянутой дополнительной схемой и этот процессор выполнен с возможностью использования совокупности значений действительной скорости w и объемных концентраций, полученных для первой и второй секций трубы, для определения объемных расходов Qг, Qж, Q1, Q2, при этом первая и вторая секции трубы имеют одинаковое поперечное сечение.

Сущность изобретения состоит в том, что система измерительная интеллектуальная содержит в себе средства для метрологического самоконтроля.

В предлагаемом устройстве имеется два датчика скорости и два датчика акустической удельной проводимости, расположенных в первой и второй секциях трубы.

Для осуществления комплектного метрологического самоконтроля необходимо выравнивание полей измеряемых величин для датчиков, входящих в систему. Главной идеей предлагаемого технического решения является выравнивание полей измеряемых величин для датчиков, поместив их в две секции трубы, соединенных последовательно и имеющих одинаковое поперечное сечение. При этом имеется возможность с большой точностью обеспечить равенство расходов в этих секциях трубы с помощью проверки на герметичность.

Кроме того, достаточно легко проверить равенство поперечных сечений секций труб, измеряя их диаметры.

Из уровня техники неизвестно применение двух секций трубы одинакового сечения и соединенных последовательно для выравнивания полей измеряемых величин датчиков.

Способ осуществляют следующим образом.

Возможно два варианта выполнения способа.

В первом варианте, сравнивая показания упомянутых датчиков, обеспечиваем метрологический диагностический самоконтроль системы. Предполагается, что однотипные датчики, помещенные в секции трубы с одинаковым поперечным сечением и имеющие одинаковый расход, имеют одинаковые показания.

Вторым вариантом проведения метрологического диагностического самоконтроля системы является расчет расходов двух жидких и газовой фаз для каждой из секций трубы и их сравнения.

Также не исключается возможность проведения поэлементного метрологического самоконтроля, снабдив каждый из датчиков встроенными средствами самоконтроля.

Также предложено устройство, реализующее любой из предлагаемых способов либо одновременно оба этих способа.

При реализации предложенного устройства не является существенным признаком, если вышеупомянутые секции трубы выполнены в виде одной сплошной трубы, либо в виде двух конструктивно различных труб лишь бы их сечения были одинаковы и они были последовательно соединены.

На предприятии-заявителе была изготовлена система измерительная интеллектуальная для определения расходов газовой и жидкой фаз потока многофазной смеси вдоль трубы с функцией самоконтроля, в которой были реализованы предлагаемые способы одновременного определения расходов газовой и жидкой фаз потока многофазной смеси вдоль трубы с функцией самоконтроля и были получены положительные результаты.

1. Способ одновременного определения расходов газовой и жидкой фаз потока многофазной смеси вдоль трубы с функцией самоконтроля заключается в следующем: измеряют действительную скорость w по меньшей мере одной фазы смеси в секции трубы, измеряют акустическую удельную проводимость смеси в секции трубы, определяют объемную концентрацию φ газовой фазы смеси в секции трубы на основе измеренной акустической удельной проводимости смеси в секции трубы, определяют объемные расходы газовой фазы Qг и первого, и второго компонентов Q1, Q2 жидкой фазы Qж смеси, пользуясь значениями упомянутой действительной скорости w и упомянутой объемной концентрации φ, при наличии упомянутой секции трубы, являющейся первой секцией трубы, используют вторую секцию трубы, расположенную последовательно с первой секцией трубы, измеряют действительную скорость во второй секции трубы, измеряют акустическую удельную проводимость во второй секции трубы, определяют объемную концентрацию φ газовой фазы смеси во второй секции трубы на основе измеренной акустической удельной проводимости смеси во второй секции трубы, определяют объемную концентрацию W разных компонентов жидкой фазы смеси на основе измеренной акустической удельной проводимости смеси по меньшей мере в одной секции трубы, определяют объемные расходы Qг, Qж, Q1, Q2, пользуясь совокупностью значений действительной скорости w и объемных концентраций φ, полученных для первой и второй секций трубы, отличающийся тем, что поперечное сечение первой и второй секций трубы одинаковое, сравнивают сигналы однотипных датчиков, находящихся в различных секциях трубы, и тем самым осуществляют комплексный метрологический диагностический самоконтроль.

2. Способ одновременного определения расходов газовой и жидкой фаз потока многофазной смеси вдоль трубы с функцией самоконтроля заключается в следующем: измеряют действительную скорости w по меньшей мере одной фазы смеси в секции трубы, измеряют акустическую удельную проводимость смеси в секции трубы, определяют объемную концентрацию φ газовой фазы смеси в секции трубы на основе измеренной акустической удельной проводимости смеси в секции трубы, определяют объемные расходы газовой фазы Qг и первого и второго компонентов Q1, Q2 жидкой фазы Qж смеси, пользуясь значениями упомянутой действительной скорости w и упомянутой объемной концентрации φ, при наличии упомянутой секции трубы, являющейся первой секцией трубы, используют вторую секцию трубы, расположенную последовательно с первой секцией трубы, измеряют действительную скорость во второй секции трубы, измеряют акустическую удельную проводимость во второй секции трубы, определяют объемную концентрацию φ газовой фазы смеси во второй секции трубы на основе измеренной акустической удельной проводимости смеси во второй секции трубы, определяют объемную концентрацию W разных компонентов жидкой фазы смеси на основе измеренной акустической удельной проводимости смеси по меньшей мере в одной секции трубы, определяют объемные расходы Qг, Qж, Q1, Q2, пользуясь совокупностью значений действительной скорости w и объемных концентраций φ, полученных для первой и второй секций трубы, отличающийеся тем, что поперечное сечение первой и второй секций рубы одинаковое, вычисляют расходы жидких и газообразной фаз, используя сигналы однотипных датчиков, находящихся в различных секциях трубы, для каждой секции в отдельности и, сравнивая эти расходы, осуществляют комплексный метрологический диагностический самоконтроль.

3. Система измерительная интеллектуальная для определения расходов газовой и жидкой фаз потока многофазной смеси вдоль трубы с функцией самоконтроля, содержащая датчик скорости, который расположен в секции трубы и который соединен со схемой для измерения действительной скорости w по меньшей мере одной фазы смеси в секции трубы, датчик акустической удельной проводимости, который расположен в секции трубы и который соединен со схемой для измерения акустической удельной проводимости смеси в секции трубы и для определения объемной концентрации φ газовой фазы смеси в секции трубы на основе измеренной акустической удельной проводимости смеси в секции трубы, процессор, который соединен с упомянутой схемой для определения объемных расходов газовой фазы Qг и первого и второго компонентов Q1, Q2 жидкой фазы Qж смеси с использованием значений упомянутой действительной скорости w и упомянутой объемной концентрации, отличающаяся тем, что при наличии упомянутой секции трубы, являющейся первой секцией трубы, она содержит вторую секцию трубы, которая расположена последовательно с первой секцией трубы, дополнительный датчик скорости, который расположен во второй секции трубы и который соединен со схемой для измерения действительной скорости w по меньшей мере одной фазы смеси во второй секции трубы, дополнительный датчик акустической удельной проводимости, который расположен во второй секции трубы и который соединен со схемой для измерения акустической удельной проводимости смеси во второй секции трубы и для определения объемной концентрации φ газовой фазы смеси во второй секции трубы на основе измеренной акустической удельной проводимости смеси во второй секции трубы, датчик концентрации жидкости, который расположен в одной из упомянутых секций трубы и который соединен с дополнительной схемой для определения объемной концентрации W разных компонентов жидкой фазы смеси на основе измеренной акустической удельной проводимости смеси в упомянутой одной секции трубы, и при этом упомянутый процессор соединяется с упомянутой дополнительной схемой и этот процессор выполнен с возможностью использования совокупности значений действительной скорости w и объемных концентраций, полученных для первой и второй секций трубы, для определения объемных расходов Qг, Qж, Q1, Q2, отличающаяся тем, что первая и вторая секции трубы имеют одинаковое поперечное сечение.