Ковшовый камерный счётчик жидкости с интегрированным сепаратором
BUCKET CHAMBER LIQUID METER WITH INTEGRATED SEPARATOR

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерений массы или объёма жидкой фазы в составе газожидкостной смеси, например, нефти в составе нефтегазовой смеси.
Известны ковшовые камерные счётчики жидкости (Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества: Справочник. – 4-е изд., перераб. и доп. – Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1989.).  Для работы в условиях измерения потока газожидкостной смеси (далее - ГЖС) под избыточным давлением ковшовый камерный счётчик состоит из корпуса с входным и выходным патрубками, соплом для формирования потока жидкости, и расположенной внутри корпуса поворотной измерительной камеры.
Необходимым условием выполнения измерительной функции ковшового камерного счётчика при измерении массы или объёма жидкости в потоке газожидкостной смеси является постоянное наличие свободной газовой фазы внутри объёма корпуса счётчика. Однако, при большой свободной доле газа в потоке, а это выше 50% и достигающей 95%, скорость потока жидкости в составе ГЖС на входе в накопительный отсек (ковш) измерительной камеры превышает до 20 раз допускаемую величину этой скорости. Это приводит к выплёскиванию из накопительного отсека измерительной камеры неопределённой доли жидкости, которая не учитывается в результате измерения массы или объёма жидкой фазы. Неучтённое количество жидкости приводит к появлению дополнительной погрешности измерения, что, в итоге, значительно увеличивает основную погрешность измерения количества жидкости в составе ГЖС. Таким образом, метрологические параметры счётчика значительно превышают допускаемые.
Классическим решением указанной проблемы является применение отдельной сепарационной установки перед входом в счётчик, разделяющей ГЖС на жидкую и газовую фазу. Сепараторы имеют форму большой горизонтальной или вертикальной ёмкости проходного отстойного типа (авторские свидетельство № 437514, патенты на изобретение № 66779, № 59715, № 114338), или вертикальной ёмкости циклонного типа (патенты на изобретение № 54529, № 2326241, № 2565611, № 2685441), использующей центробежный способ разделения ГЖС на свободный газ и жидкость, или комбинированного типа – горизонтального сосуда с гидроциклонной головкой (патенты на изобретение № 2208158, № 2532490).
Недостатками такого технического решения являются:
большая металлоёмкость сепаратора;
обязательное применение механизма поддержания уровня жидкости в сепараторе – ненадёжного поплавкового или дорогостоящего электромеханического с датчиком уровня жидкости и исполнительными механизмами;
необходимость направления выделенной свободной газовой фазы из сепаратора в корпус счётчика через отдельный вход или через выходной патрубок, или принудительное нагнетание заранее запасённого из внешней среды свободного газа в корпус счётчика;
дополнительная погрешность измерений количества жидкости в составе ГЖС из-за неучтённой массы или объёма капельной жидкости, уносимой газовой фазой мимо измерительной камеры счётчика.
Технической задачей является конструкция ковшового камерного счётчика с интегрированным сепаратором без механизма поддержания уровня жидкости, позволяющая проводить измерение газожидкостного потока с наименьшей погрешностью.
Поставленная задача решается описанными ниже техническими решениями.
отличающийся тем, что
Предлагается конструкция ковшового камерного счётчика жидкости с интегрированным сепаратором, состоящего из корпуса, входного и выходного патрубков, внутри корпуса располагается поворотная измерительная камера,  над измерительной камерой находится двухпроходное сопло, между входным патрубком и корпусом располагается сепаратор, содержащий последовательно газоотделительную циклонную часть и гаситель пульсаций потока жидкости, параллельно гасителю пульсаций и над ним располагается газовая линия, соединяющая циклонную часть с газовым проходом сопла, а гаситель пульсаций соединяется с жидкостным проходом сопла.
Гаситель пульсаций потока жидкости может содержать вертикальные и (или) горизонтальные и (или) наклонные перегородки.
Газовая линия сепаратора может иметь каплеуловитель, соединённый с гасителем пульсаций потока жидкости.
Заявляемое техническое решение поясняется фигурой:
фиг. 1 – Принципиальная схема ковшового камерного счётчика жидкости.
Объёмный камерный счётчик жидкости с интегрированным сепаратором, схематично изображённый на фигуре 1, состоит из корпуса 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками. Внутри корпуса 3 располагаются поворотная измерительная камера 5 и двухпроходное сопло 4, находящееся над измерительной камерой 5. Между входным патрубком 2 и корпусом 1 располагается сепаратор, содержащий последовательно газоотделительную циклонную часть 6 и гаситель пульсаций 7 потока жидкости. Параллельно гасителю пульсаций 7 и над ним располагается газовая линия 8, соединяющая циклонную часть 6 и газовый проход 9  сопла 4, а гаситель пульсаций 7 соединяется с жидкостным проходом сопла 10. Газовая линия 8 сепаратора может иметь каплеуловитель 11, соединённый с гасителем пульсаций 7.
Сечение газового прохода 9 сопла 4 может быть значительно больше (более чем в 2 раза) жидкостного прохода 10 для уменьшения скорости газового потока и соответствующей минимизации влияния потока струи газа на «зеркало» жидкости, наполняющей накопительный отсек измерительной камеры 5.
Гаситель пульсаций 7 потока жидкости представляет собой горизонтальный сосуд (в частности, часть трубопровода), в котором установлены перегородки, схематично изображённые на фигуре 1. Перегородки могут быть вертикальными или наклонными, рассеивающими энергию движения потока жидкости, или горизонтальными, гасящими волны потока жидкости. Совместное использование разных типов перегородок в гасителе пульсаций 7 повышает качество создаваемого ламинарного потока жидкости. При этом рекомендуется использовать по ходу движения потока сначала вертикальные и (или) наклонные перегородки, а затем – горизонтальные. Вертикальные или наклонные перегородки одновременно выполняют функцию гидрозатвора, препятствующего проникновению остатков газовой фазы в жидкостный проход сопла и, соответственно, исключающего увеличение скорости потока жидкости из сопла под влиянием свободной газовой фазы.
Заявляемый ковшовый камерный счётчик жидкости с интегрированным сепаратором работает следующим образом. Газожидкостная смесь через входной патрубок 2 попадает в газоотделительную циклонную часть 6 сепаратора по касательной к его стенке. При этом из завихряющейся вниз жидкой фазы (на фигуре 1 обозначено сплошными стрелками «Ж») выделяется основная доля свободной газовой фазы (на фигуре 1 обозначено прерывистыми стрелками «Г»). В результате жидкая фаза с остатками свободной газовой фазы и газовой фазы, которая постепенно выделяется из жидкости под воздействием снижения давления из растворенного состояния в жидкости в свободное состояние, направляется в гаситель пульсаций 7 потока жидкости. В гасителе пульсаций 7 поток жидкости преобразуется из турбулентной структуры в ламинарную, а скорость жидкости снижается относительно скорости входного газожидкостного потока. Затем ламинарный поток жидкости попадает через жидкостный проход 10 сопла 4 в измерительную камеру 5. Параллельно газовая фаза из газоотделительной циклонной части 6 направляется через газовую линию 8 в газовый проход 9 сопла 4 и далее в корпус 1 счётчика, исключая режим подтопления жидкостью внутренней полости корпуса 1 счётчика и, соответственно, измерительной камеры 5. Тем самым обеспечивается измерительный процесс счётчика и исключается увеличение дополнительной погрешности измерения массы или объёма жидкости счётчиком.
Далее измеренная жидкость выливается из измерительной камеры 5 и поступает в выходной патрубок 3, смешиваясь с избыточной газовой фазой из полости корпуса 1.
Из газовой фазы, выделенной в циклонной части 6, на стенках газовой линии 8 конденсируется капельная жидкость, которая также направляется в измерительную камеру 5 через газовый проход 9 сопла 4, тем самым минимизируя потерю количества жидкости из результата его измерения в составе потока ГЖС.
Для забора дополнительной свободной газовой доли из жидкости, которая выделилась из потока жидкости в гасителе пульсаций 7, газовая линия 8 дополнительно может быть соединена каплеуловителем 11 с жидкостной линией, то есть с гасителем пульсаций 7. В результате капельная жидкость попадает в измерительную камеру 5 не только через газовый проход 9, но и, смешиваясь с потоком жидкой фазы в гасителе пульсаций 7, через жидкостный проход 10 сопла 4.
Заявляемая конструкция счётчика с интегрированным сепаратором позволяет ему осуществлять измерение массы или объёма жидкости в составе газожидкостного потока при большой доле газа (до 95%) без необходимости регулирования уровня жидкости в сепараторе. В таком режиме основное количество газа проходит через газовую линию 8 и через газовый проход 9 сопла 4, тем самым, исключая выплёскивание жидкости из отсека измерительной камеры счётчика.
При малой доле газа в газовой линии 8 и корпусе 1 создаётся газовая «пробка», не позволяющая жидкости подниматься в газовую линию, но сохраняющая возможность осуществления измерительного процесса счётчиком без дополнительной погрешности результата измерения массы или объёма жидкости.