УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЖИДКИХ СРЕД

Предполагаемая полезная модель относится к области измерения параметров жидких сред непосредственно в потоке и может найти применение в нефтегазодобывающей, нефтеперерабатывающей, нефтехимической и других отраслях промышленности.
Известен плотномер жидких сред, содержащий вертикальную измерительную колонку, выполненную в виде двух параллельных труб разного диаметра, импульсные трубки с эталонной жидкостью, отборники давления, преобразователи температуры и давления, блок обработки информации, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения плотности жидкости, он выполнен в виде П-образной трубы с точками отбора давления, расположенными на внешних изгибах верхних и нижних участков восходящей и нисходящей ветвях труб на равных уровнях, причем давление измеряемой жидкости передается эталонной жидкости непосредственно контактным методом (Свидет. на полезную модель №15787, заявл. 27.12.1999 г., опубл. 19.11.2000 г.).
Конструкция устройства содержит два датчика разности давления, на основе показаний которых обеспечивается измерение параметров измеряемой среды.
Недостатком конструкции является расположение импульсных трубок с «эталонной» жидкостью внутри измерительных колонок, поэтому при больших скоростях потока жидкости происходит вихреобразование, что вносит погрешность в величину отбора давления, а, следовательно, и в результаты измерения величин плотности жидкости.
При этом, обладая недостаточной точностью измерения, устройство сложно в изготовлении, так как приходится размещать импульсные трубки внутри измерительных колонок и снабжать отборники давления специальными вводами внутрь стенок измерительных колонок.
Известен плотномер жидких или газообразных сред, содержащий петлеобразную трубу равного сечения, состоящую из восходящей, горизонтальной и нисходящей ветвей, три отборника давления, установленных соответственно на восходящей, горизонтальной и нисходящей ветвях петлеобразной трубы, два датчика разности давлений, датчик абсолютного давления рабочей среды, датчик температуры рабочей среды, импульсные трубки с «эталонной» жидкостью, воспринимающие давление рабочей среды непосредственно контактным методом, и регистрирующий блок, при этом он снабжен датчиком температуры «эталонной» жидкости и дополнительным отборником давления, размещенным на корпусе термометра датчика температуры «эталонной» жидкости (пат. РФ №2348918, G01N 9/26, приор. 19.03.2007 г., опубл. 10.03.2009 г.).
В известном устройстве импульсные трубки размещены снаружи измерительных колонок, но оно сложно в изготовлении, так как для обеспечения измерения параметров жидких или газообразных сред, оно содержит несколько отборников давления, размещенных на стенках измерительных колонок. При этом необходимо снабжать все отборники давления специальными вводами внутрь стенок измерительных колонок.
Задача заявляемой полезной модели заключается в упрощении конструкции с сохранением достаточной точности результатов измерения.
Указанная задача решается тем, что в устройстве для измерения параметров жидких сред, содержащем входной и выходной патрубки, вертикальную измерительную колонку с восходящей и нисходящей ветвями параллельных труб равного сечения, два датчика разности давления, датчики температуры и давления, блок обработки информации, в отличие от известного, датчиками разности давления являются датчики гидростатического давления, при этом первый датчик гидростатического давления установлен в крышке верха восходящей петли, в которой выполнено отверстие для сообщения жидкой среды с диафрагмой первого датчика гидростатического давления, на нисходящей ветви на расстоянии h от первого датчика гидростатического давления установлен второй датчик гидростатического давления.
Первый датчик гидростатического давления установлен в верхней торцевой части трехходового тройника, расположенного в верхней части восходящей ветви.
Второй датчик гидростатического давления установлен в нижней торцевой части трехходового тройника, расположенного в нисходящей ветви.
На входе в выходной патрубок нижней части нисходяшей ветви установлен трехходовой тройник, в верхней торцевой части которого установлен дополнительный датчик измерения параметров жидкой среды, например, влагомер.
На фигуре представлено устройство для измерения параметров жидких сред.
н
Устройство для измерения параметров жидких сред (Q), содержит входной 1 и выходной 2 патрубки, вертикальную измерительную колонку с восходящей 3 и нисходящей 4 ветвями калиброванных параллельных труб равного сечения диаметром d, датчик абсолютного давления жидкой среды 5, датчик температуры жидкой среды 6, соединенные с блоком обработки информации 7.
м
Первый датчик гидростатического давления 8 установлен в крышке 9 верха восходящей петли 3, в которой выполнено отверстие 10 для сообщения жидкой среды с диафрагмой 11 диаметром d первого датчика гидростатического давления.
м
В нижней части нисходящей ветви 4 на расстоянии h от первого датчика гидростатического давления 8 установлен второй датчик гидростатического давления 12 с диафрагмой 13 диаметром d.
При этом первый датчик гидростатического давления 8 установлен в верхней торцевой части трехходового тройника 14, расположенного в верхней части восходящей ветви 3, и соединен с блоком обработки информации 7.
Второй датчик гидростатического давления 12 установлен в нижней торцевой части трехходового тройника 15, расположенного на нисходящей ветви 4 на расстоянии h от трехходового тройника 14 на восходящей ветви 3, и соединен с блоком обработки информации 7 (БОИ).
На входе в выходной патрубок 2 нижней части нисходяшей ветви 4 установлен трехходовой тройник 16, в верхней торцевой части которого установлен дополнительный датчик измерения параметров жидкой среды, 17, например, влагомер. Поз. 18 и 19 технические вентили.
н
1
Среда Q из патрубка 1 поступает в вертикальную восходящую ветвь (калиброванную трубу) 3, где датчиком абсолютного давления жидкой среды 5 измеряется давление и передается в БОИ 7. Поток Q поднимается вверх по восходящей ветви 3 и ударяется в диафрагму диаметром d первого датчика гидростатического давления 8, установленного в крышке 9 верха восходящей петли 3. Разность давления ΔP между «плюсовой» и «минусовой» камерами датчика гидростатического давления 8 поступает в БОИ 7.
Таким образом, измеряется скоростной напор потока жидкости с применением датчика гидростатического давления 8 по формуле (А.Д. Альтшуль, Л.С. Животовский, Л.П. Иванов. Гидравлика и аэродинамика. М., Стройиздат, 1985 г.):
,
где:
1
ΔP - измеренный датчиком 8 гидростатического давления скоростной напор на восходящей петле 3, Па,
3
ρ - плотность измеряемой жидкости, кг/м,
V - скорость потока, м/сек,
н
d - диаметр калиброванной трубы восходящей петли, м,
м
d - диаметр мембраны датчика гидростатического давления 8, м.
2
3
Далее поток Q поворачивается в тройнике 14 и поступает в нисходящую ветвь 4, где измеряется сумма скоростного напора ΔР и давления ΔРмассы жидкости Q, действующая на датчик гидростатического давления 12 по формуле:
,
где: , (ГОСТ Р 8.595-2004 ГСИ. Масса нефти и нефтепродуктов),
тогда формула 2 запишется в следующем виде:
,
где:
h - высота столба жидкости, м,
м - масса жидкости, кг,
2
S - площадь поперечного сечения калиброванной трубы трубы нисходящей ветви 4, м.
1
2
Зная ΔP и ΔР, измеряем плотность жидкости путем вычитания из формулы 3 формулы 1, таким образом:
2
1
, или: ΔР-ΔP=ρ·gh, откуда:
,
где:
3
ρ - плотность измеряемой жидкости, кг/м,
2
g - ускорение свободного падения, м/с,
h - высота столба жидкости, м.
Скорость потока при известной плотности жидкости определяется из формулы:
,
где:
V - скорость потока жидкости, м/сек.
1
ΔР - измеренный датчиком гидростатического давления скоростной напор на восходящей петле, Па,
3
ρ - плотность измеряемой жидкости, кг/м,
н
d - диаметр калиброванной трубы восходящей петли, м,
м
d -диаметр мембраны датчика гидростатического давления 8, м.
При известной плотности жидкости определяется объемный или массовый расход по формулам:
, м/сек,
, т/сут.
При этом БОИ снабжен программой для измерения и расчета плотности, расхода, массы и скорости потока жидкости.
В нисходящей ветви 4 температура среды измеряется датчиком температуры 6, показания которого поступают на блок 7.
На входе в выходной патрубок нижней части нисходящей ветви 4 установлен трехходовой тройник 16, в верхней торцевой части которого установлен дополнительный датчик 17 измерения параметров жидкой среды, например, влагомер (готовое изделие) для учета содержания воды в сырой нефти.
В отличие от датчиков разности давления, в камеры которого давление среды поступает через отборники давления, установленные в потоке, при использовании датчиков гидростатического давления поток непосредственно соприкасается с измерительной мембраной датчика, который измеряет перепад давления, зависящий от скорости и плотности среды. При этом на результаты измерений не влияет характер потока ламинарный или турбулентный, что важно при оперативном учете сырой нефти в производственных условиях непосредственно на скважине. Конструкция обладает простотой в изготовлении и надежностью в эксплуатации.