ВЛАГОМЕР ПОТОЧНЫЙ

Полезная модель относится к области нефтегазовой промышленности и может быть использована для измерения объемной доли воды в водонефтяном потоке, содержащем от 0 до 100% воды.
Известен поточный влагомер сырой нефти, содержащий корпус из токопроводящего материала, выполненный в виде трубы с фланцами для подключения в трубопровод, емкостной датчик, предназначенный для определения объемного содержания воды в водонефтяной смеси, и средства для обработки сигналов датчика, емкостной датчик включает в себя первый электрод, размещенный в полости корпуса, выполняющего функцию второго электрода емкостного датчика, при этом емкостной датчик включен в цепь автогенератора синусоидальных колебаний напряжения в качестве конденсатора, а автогенератор соединен со средствами для обработки сигналов датчиков. Влагомер содержит оптический датчик, предназначенный для определения объемного содержания воды в водонефтяной смеси, включающий в себя излучатель оптического излучения и приемник оптического излучения, электрически связанный со средствами для обработки сигналов датчиков, которые выполнены с возможностью сравнения текущего значения частоты колебаний напряжения автогенератора с предварительно заданным пороговым значением, по крайней мере, приближенно соответствующим содержанию воды и нефти в водонефтяной смеси, при котором происходит обращение водонефтяной эмульсии типа "нефть в воде" в эмульсию типа "вода в нефти" или эмульсии типа "вода в нефти" в эмульсию типа "нефть в воде", и с возможностью передачи средствам представления результатов измерений сигнала, соответствующего текущей частоте колебаний напряжения автогенератора, если указанная частота превышает пороговое значение, и сигнала, соответствующего текущей величине выходного тока приемника оптического излучения, если текущая частота колебаний напряжения автогенератора ниже порогового значения. Один из винтов выполняет функцию электрического вывода, соединяющего первый электрод с частотозадающей цепью автогенератора синусоидальных колебаний напряжения, соединенного с логической микросхемой блока обработки сигналов датчиков. Второй вывод емкостного датчика через корпус замкнут на "землю". Автогенератор размещен на плате в корпусе вычислительной части влагомера и представляет собой RC-генератор, при этом емкостной датчик включен в цепь автогенератора в качестве одного из конденсаторов. При этом в устройстве может быть использована одна из известных схем RC-генераторов, наиболее подходящая для конкретной реализации влагомера. Частота автоколебаний генератора, в цепи которого один из конденсаторов (емкостной датчик) имеет переменную емкость, будет зависеть от текущего значения емкости этого конденсатора и, соответственно, содержания воды в нефти. При достижении порогового (критического) значения, которое соответствует переходу от эмульсии типа "вода в нефти" к эмульсии "нефть в воде", частота автоколебаний резко падает. Это пороговое значение для различных вариантов реализации RC-генератора может изменяться в широких пределах, однако для каждой конкретной реализации генератора пороговая частота будет постоянной и не зависящей от типа нефти. Пороговая частота определяется при калибровке датчика, (патент на полезную модель РФ №57466, МПК G01N 27/22, 2006 г.)
Недостатком известного влагомера является недостаточная точность определения объемной концентрации воды в водонефтяном потоке, зависимость от скорости потока водонефтяной смеси, температурная нестабильность из-за низкой частоты генератора.
Техническим результатом данной полезной модели является улучшение эксплуатационных характеристик влагомера.
Указанный технический результат достигается тем, что влагомер поточный, содержащий трубчатый электрод, соединенный с впускным и выпускным патрубками, стержневой электрод, находящийся в диэлектрическом изоляторе, установленный внутри трубчатого электрода коаксиально с ним и зафиксированный относительно него держателем, прикрепленным к трубчатому электроду при помощи внешней втулки с внутренней резьбой, при этом между стержневым электродом и втулкой установлена пружина, являющаяся высокочастотным контактом, стержневой электрод через центральный электрод и высокочастотные разъемы подключен к перестраиваемому цифровому синтезатору прямого синтеза сигналов DDS высокой частоты блока электроники, размещенный во взрывозащитном корпусе, снабжен статическим миксером потока, установленным во впускном патрубке, и датчиком температуры, установленным на трубчатом электроде, при этом выпускной патрубок расположен перпендикулярно оси трубчатого электрода.
При этом впускной и выпускной патрубки выполнены с соединительными фланцами; блок электроники прикреплен с помощью кронштейнов к прижимному диску, фиксирующему корпус блока электроники на держателе; центральный электрод установлен в диэлектрические втулки, фиксирующие и позиционирующие центральный и стержневой электроды; в зоне прохода через трубчатый электрод изолятора и держателя установлены уплотнительные резиновые кольца.
Комплексное сопротивление измерительной секции измеряется в широком диапазоне частот от 50 МГц до 500 МГц, что позволяет выбрать оптимальную частоту для анализа комплексного сопротивления;
комплексное сопротивление измерительной секции измеряется при помощи измерительного моста сопротивлений, одним из плечей которого является измерительная секция, в качестве генератора частоты используется цифровой синтезатор прямого синтеза сигналов высокой частоты (DDS), что позволяет измерять комплексное сопротивление измерительной секции более чем в тысяче точек; частота генератора стабилизирована кварцевым резонатором и не зависит от температуры, улучшает стабильность влагомера;
Заявленная полезная модель поясняется
Рис.1 - на котором изображен влагомер, общий вид, в разрезе.
Рис.2 - на котором изображена измерительная схема блока электроники.
Влагомер содержит корпус 1 с впускным патрубком 2 и выпускным патрубком 3, имеющими соединительные фланцы 4 и 5. Корпус 1 является трубчатым электродом. Внутри корпуса 1 коаксиально с ним установлен стержневой электрод 6 (антенна), находящийся в диэлектрическом изоляторе 7, зафиксированные в требуемом положении относительно корпуса 1 держателем 8, последний прикреплен к корпусу 1 при помощи внешней втулки 9 с внутренней резьбой 10. Между стержневым электродом 6 и втулкой 9 установлена пружина 11, являющаяся высокочастотным контактом. Стержневой электрод 6 через центральный электрод 12 и высокочастотные разъемы 13 подключен к перестраиваемому или сканирующему цифровому генератору сигналов высокой частоты 14 блока электроники 15, последний помещен во взрывозащитный корпус 16 с крышкой 17. Блок электроники 15 кронштейнами 18 прикреплен к прижимному диску 19, который фиксирует корпус 16 блока электроники 15 на держателе 8. Установочные винты 20 исключают отвинчивание корпуса 16. Центральный электрод 12 установлен в диэлектрические втулки 21, предназначенные для фиксирования и позиционирования центрального электрода 12 и стержневого электрода 6. Корпус 1 в зоне прохода изолятора и держателя герметизируют уплотнительными резиновыми кольцами 22.
На корпусе 1 установлен датчик температуры 23. Во впускном патрубке установлен миксер 24. Генератор прямого синтеза 25 расположен на плате блока электроники влагомера. Датчик комплексного сопротивления, образованный корпусом и антенной, является плечом измерительного моста сопротивлений 26. Значение комплексного сопротивления передается через детектор и аналого-цифровой преобразователь 27 на микропроцессор 28. Значение температуры с датчика температуры 29 через аналого-цифровой преобразователь 30 передается на микропроцессор. Микропроцессор обрабатывает данные и формирует сигналы управления и передачи, данных средствам представления результатов измерений.
Работа влагомера осуществляется следующим образом.
Во время работы влагомера водно-нефтяная смесь проходит через измерительную секцию, образованную центральным электродом и корпусом влагомера. Комплексное сопротивление измерительной секции зависит от содержания воды в нефти, температуры смеси, свойств нефти и воды и частоты электромагнитных колебаний. Комплексное сопротивление измеряется в широком диапазоне частот при помощи перестраиваемого генератора электрических колебаний высокой частоты и моста сопротивлений. Объемная доля воды рассчитывается блоком электроники при помощи калибровочных коэффициентов и полученных зависимостей комплексного сопротивления от частоты при данной температуре. Для расчета калибровочных коэффициентов влагомер калибруется на установке позволяющей создавать смеси воды и нефти в заданных с достаточной точностью пропорциях и температурах.
Предварительно на стенде производят калибровку влагомера в диапазоне температур от 5 до 85°С. Для этого изготавливают эталонные смеси с известным содержанием воды. Стенд позволяет изменить температуру, давление и скорость потока в требуемых пределах и с требуемой точностью. Влагомер устанавливают на стенд, и последователь наполняют его эмульсией с разным известным содержанием воды. Снимают данные с влагомера при разных значениях температуры и давления. По результатам вводятся калибровочные коэффициенты.
Во время эксплуатации влагомера, измеренное значение частоты, затухания и комплексного сопротивления пересчитываются в объемные доли воды.
При работе влагомера, водонефтяная смесь проходит в пространстве между стержневым электродом и трубчатым электродом, при этом в зависимости от содержания воды в нефти (нефти в воде) изменяется диэлектрическая проницаемость среды, разделяющей электроды и пропорционально изменяется комплексное сопротивление моста сопротивлений образуемого электродами. Изменение комплексного сопротивления воспринимается измерительным блоком электроники, который выдает информацию о содержании воды в нефти. Блок электроники содержит цифровой синтезатор прямого синтеза сигналов высокой частоты DDS, который позволяет выбрать оптимальную частоту и поддерживать ее с высокой точностью, и мост измерения комплексного сопротивления антенны.