СПОСОБ КОНТРОЛЯ МНОГОФАЗНОГО ПОТОКА В ТРУБОПРОВОДЕ
METHOD FOR MONITORING OF MULTIPHASE FLOW IN PIPELINE

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для определения вида многофазного потока в трубопроводе в ходе его эксплуатации.
Известен способ контроля многофазного потока в трубопроводе [1], заключающийся в том, что располагают группу преобразователей по окружности трубопровода в одной плоскости его сечения, прозвучивают многофазный поток ультразвуковыми колебаниями, принимают прошедшие через поток и отраженные от несплошностей многофазного потока импульсы ультразвуковых колебаний, измеряют их амплитуды и времена пробега, преобразуют их в удобную для обработки цифровую форму и сравнивают с имеющимся в флэш-памяти микропроцессорного модуля набором цифровых эталонов, соответствующих различным многофазным потокам, и по результатам сравнения определяют характер многофазного потока. Недостатком способа является сложность его реализации, обусловленная необходимостью обеспечения плотного акустического контакта между всеми преобразователями и поверхностью трубопровода, наличия множества цифровых эталонов, которые должны учитывать кроме всевозможных вариантов характера многофазного потока толщину стенки, диаметр трубопровода и индивидуальные акустические характеристики преобразователей.
Известен способ контроля несплошностей потока [2], заключающийся в том, что трубопровод с контролируемой средой прозвучивается ультразвуковыми импульсами в двух взаимно перпендикулярных направлениях, принимают прошедшие через среду импульсы и импульсы, отраженные от границы раздела фаз, измеряют их амплитуды и время пробега и по полученным данным судят о концентрации газовой фазы и режиме течения потока.
Недостатками способа являются:
1) низкая точность способа, обусловленная сложностью точного расположения датчиков-приемников на акустической оси датчиков-излучателей;
2) малая информативность регистрируемых параметров и, как следствие, сложность правильной интерпретации полученных данных;
3) невозможность точного определения местоположения границы раздела фаз, т.к. неизвестна скорость движения ультразвукового импульса в измеряемой среде при действующих условиях (давлении, температуре, скорости движения).
Задача изобретения - повышение точности и информативности способа.
Поставленная задача решается тем, что в способе многофазного потока в трубопроводе, заключающемся в том, что трубопровод с контролируемой средой прозвучивается ультразвуковыми импульсами, принимают импульсы, прошедшие через среду, и импульсы, отраженные от границы раздела фаз, измеряют их амплитуды и время пробега, по которым определяют характер движения многофазного потока, дополнительно принимают импульсы, многократно отраженные от границы «металл трубы - среда», определяют время их реверберации, по которому судят о свойствах среды следующим образом: плавное увеличение времени реверберации свидетельствует об увеличении содержания газовой фазы в жидкости, резкое - о пересечении границы раздела фаз «жидкость - газ», резкое снижение времени реверберации характеризует пересечение границ жидкостей с различными акустическими свойствами при расслоенном течении.
В качестве пояснения к сущности заявляемого изобретения приводим следующее.
При решении задач защиты от трубопроводов коррозии важно знать наличие и соотношение объемов фаз жидкого углеводорода (например, газового конденсата) и пластовой воды и характер многофазного потока. Сложность выявления границ раздела таких жидкостей ультразвуком обусловлена малым различием их акустических свойств. Поэтому уровень сигнала, принимаемого от границы раздела фаз «жидкий углеводород - пластовая вода», сравним с уровнем шумов в электроакустическом тракте дефектоскопа и является малоинформативным параметром.
Разница в уровнях импульса, отраженного от границ «металл трубы - жидкий углеводород» и «металл трубы - пластовая вода», также невелика и составляет около 3-4%, однако при многократно отраженном сигнале ее нетрудно зафиксировать по длительности времени реверберации многократно отраженного импульса.
Многократно отраженного импульса от границ раздела фаз жидкости не удастся добиться из-за затухания ультразвуковых импульсов в жидкости.
На фиг.1 и 2 представлены осциллограммы дефектоскопа с импульсами, многократно отраженными от границы «металл трубы - газовый конденсат» и «металл трубы - пластовая вода» соответственно.
Способ контроля многофазного потока в трубопроводе осуществляют следующим образом.
Посредством пьезоэлектрического преобразователя вводят ультразвуковые импульсы в металл трубы трубопровода. Получают отраженные от границы «металл трубы - среда» многократно отраженные импульсы. Определяют время реверберации импульсов (фиг.1). Сканируют преобразователем поверхность трубопровода перемещением по его окружности. Увеличение времени реверберации свидетельствует о снижении плотности среды граничащей с металлом трубы: плавное - об увеличении содержания газовой фазы в жидкости, резкое - о пересечении границы раздела фаз «жидкость - газ».
Снижение времени реверберации свидетельствует об увеличении плотности среды. При пересечении преобразователем границ жидкостей с различными акустическими свойствами при расслоенном течении наблюдается резкое снижение времени реверберации импульсов (фиг.2).
Место изменения времени реверберации отмечают на трубопроводе как место прохождения границы раздела фаз потока.
Пример. Для эффективного применения средств противокоррозионной защиты конденсатопровода «Вуктыл-Ухта» необходимо выявить участки с расслоенным течением среды как наиболее опасные в коррозионном отношении. Транспортируемая среда состоит из газовой фазы, фазы газового конденсата и фазы пластовой воды. При расслоенном течении среды расположены в трубопроводе в зависимости от своей плотности: внизу - вода, вверху - газ, в средней части полости трубопровода - конденсат.
Для реализации способа используют ультразвуковой дефектоскоп общего назначения УД-2-12 и пьезоэлектрический преобразователь (ПЭП) П111-2,5-12-002.
Устанавливают ПЭП на наружную боковую поверхность трубопровода (граница «металл трубы - конденсат»). Получают отраженные от границы многократно отраженные импульсы (фиг.1). Перемещают ПЭП вниз по окружности трубопровода. Резкое снижение времени реверберации (фиг.2) свидетельствует о переходе ПЭП границы раздела фаз «конденсат - вода». Сканированием поверхности трубопровода вверх от боковой поверхности по увеличению времени реверберации отмечают границу раздела фаз «конденсат - газ».
Источники информации
1. Патент на изобретение РФ №2198397, МПК 7 G01N 29/02, опубл. 10.02.2003 г. О.Н.Кузяков и С.А.Дудко. Способ контроля многофазного потока в трубопроводе (аналог).
2. АС №1631401 СССР, МПК 5 G01N 29/00, опубл. 28.02.1991 г., Бюл. №8. Е.С.Чистяков и Ю.И.Дышлевой. Способ контроля несплошностей потока жидкости в трубопроводе (прототип).