УСТАНОВКА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСХОДА ГАЗОСОДЕРЖАЩЕЙ ЖИДКОСТИ

Полезная модель относится к измерительной технике, а именно к установкам для определения количественных параметров газосодержащей жидкости, и может быть использовано, в частности, для определения расхода потока сырой или товарной нефти.
В настоящее время известны установки для определения количественных параметров газосодержащей жидкости на основе радиационных датчиков плотности, действие которых основано на облучении протекающей по трубопроводу жидкости потоком ионизирующего излучения и регистрации ослабленного контролируемой средой излучения [см., например, RU 2102708, RU 2141640, RU 2178871].
Достоинством указанных установок является то, что они позволяют осуществлять измерение контролируемого параметра бесконтактным способом, не нарушая при этом процесса транспортировки газосодержащей жидкости по трубопроводу.
Указанные установки содержат радиоизотопное измерительное средство, включающее расположенные с диаметрально противоположных сторон трубопровода блок источника ионизирующего излучения и блок детектирования прошедшего через газожидкостной поток пучка ионизирующего излучения, выдающий сигнал, на основании которого определяются количественные параметры газожидкостного потока.
Входящий в состав указанных установок блок детектирования излучения требует периодической поверки с целью определения его погрешности измерения. Однако в вышеописанных установках не предусмотрена возможность осуществления поверки блока детектирования излучения без изъятия его с места установки на трубопроводе, что снижает удобство эксплуатации рассматриваемых установок. Для осуществления поверки блока детектирования излучения его демонтируют, доставляют на испытательный стенд и проверяют с использованием образцового источника ионизирующего излучения.
Наиболее близкой по конструкции к заявляемой установке является установка для измерения параметров газожидкостного потока, описанная в RU 35892, которая выбрана авторами в качестве ближайшего аналога.
Данная установка содержит радиоизотопное измерительное средство, включающее расположенные с диаметрально противоположных сторон измерительного участка трубопровода блок источника излучения и блок детектирования излучения, снабженный держателем, предназначенным для размещения в нем образцового источника излучения. В случае, когда контролируемая среда облучается потоком ионизирующего излучения, испускаемым блоком источника излучения, блок детектирования выдает сигнал, предназначенный для определения параметров газосодержащей жидкости. В случае, когда поток ионизирующего излучения испускается образцовым источником излучения, блок детектирования излучения выдает сигнал, предназначенный для определения погрешности измерения блока детектирования излучения.
Данная установка работает как в режиме измерения параметров газожидкостното потока, так и в режиме поверки блока детектирования излучения. При этом поверка блока детектирования излучения осуществляется без его демонтажа с места расположения на трубопроводе, благодаря чему повышается удобство пользования установкой.
Однако возможность осуществления периодической поверки одного только блока детектирования излучения является недостаточной для контроля точности работы входящего в состав рассматриваемой установки радиоизотопного измерительного средства, поскольку на точность его измерения влияет также точность определения его градуировочных характеристик, которые зависят от целого ряда факторов, таких как геометрические параметры трубопровода, стабильность взаимного расположения входящих в измерительное средство узлов и прочее, и могут изменяться с течением времени.
Задачей заявляемого устройства является повышение точности измерения контролируемого параметра за счет возможности осуществления периодической поверки радиоизотопного измерительного средства без изъятия входящих в его состав конструктивных элементов с места их расположения.
Поставленная задача решается тем, что установка для определения расхода газосодержащей жидкости содержит по меньшей мере один транспортный трубопровод, предназначенный для транспортировки по нему газосодержащей жидкости, на котором имеется первый измерительный участок с размещенным на нем первым радиоизотопным измерительным средством, включающим расположенные с диаметрально противоположных сторон транспортного трубопровода первый блок источника излучения БИИ1 и первый блок детектирования излучения БДИ1,
снабженный держателем, предназначенным для размещения в нем образцового источника излучения. При этом согласно полезной модели установка содержит байпасный трубопровод, подключенный параллельно первому измерительному участку каждого из транспортных трубопроводов, первое запорное устройство, установленное на транспортном трубопроводе с возможностью перекрытия первого измерительного участка указанного трубопровода, второе запорное устройство, установленное на участке соединения байпасного трубопровода с транспортным трубопроводом с возможностью перекрытия байпасного трубопровода, причем на байпасном трубопроводе имеется горизонтально ориентированный второй измерительный участок, параллельно которому подключен дополнительный трубопровод, все участки которого расположены выше уровня размещения второго измерительного участка байпасного трубопровода, на указанном участке байпасного трубопровода между зонами подсоединения к нему дополнительного трубопровода установлено третье запорное устройство, на дополнительном трубопроводе имеется контрольный участок, продольная ось которого ориентирована вертикально или наклонно относительно продольной оси второго измерительного участка байпасного трубопровода и который расположен с обеспечением протекания по нему газосодержащей жидкости снизу вверх, при этом установка содержит второе радиоизотопное измерительное средство, содержащее второй блок источника излучения БИИ2 и второй блок детектирования излучения БДИ2, расположенные напротив друг друга один у верхнего, а другой у нижнего конца контрольного участка дополнительного трубопровода, а также третье радиоизотопное измерительное средство, служащее для определения наличия газосодержащей жидкости в поперечном сечении контрольного участка дополнительного трубопровода, включающее третий блок источника излучения БИИ3 и третий блок детектирования излучения БДИ3, расположенные в верхней части контрольного участка дополнительного трубопровода с двух его диаметрально противоположных сторон.
Наличие установленного на каждом из транспортных трубопроводов первого радиоизотопного измерительного средства, включающего первый блок источника излучения БИИ1 и первый блок детектирования излучения БДИ1, расположенные с диаметрально противоположных сторон первого измерительного участка рассматриваемого транспортного трубопровода, позволяет с помощью указанного средства при работе установки в режиме измерения параметров газосодержащей жидкости определить количественные характеристики расхода движущегося по рассматриваемому транспортному трубопроводу газожидкостного потока. В данном
режиме работы установки сигнал, регистрируемый блоком детектирования излучения БДИ1, который характеризует степень ослабления контролируемой средой испускаемого блоком источника излучения БИИ1 ионизирующего излучения и зависит от плотности среды, служит для определения таких параметров, как массовый и/или объемный расход газосодержащей жидкости, покомпонентный расход указанной многокомпонентной среды, а также объемная доля свободного газа в жидкости, значения которых вычисляют с использованием математических зависимостей, связывающих указанные параметры друг с другом и с величиной плотности контролируемой среды.
Снабжение блока детектирования излучения БДИ1 держателем, предназначенным для размещения в нем образцового источника ионизирующего излучения, обеспечивает возможность при работе установки в режиме поверки блока детектирования излучения определить погрешность измерения указанного блока для каждого первого радиоизотопного измерительного средства, размещенного на любом из транспортных трубопроводов, без изъятия поверяемого блока с места его расположения, что повышает удобство пользования установкой.
Обработка сигналов установленного на любом из транспортных трубопроводов блока детектирования излучения БДИ1 с целью определения количественных характеристик расхода газосодержащей жидкости или вычисления погрешности его измерения может быть осуществлено с использованием вычислительного устройства, в частности, персональной ЭВМ.
Наличие подключенного параллельно первому измерительному участку каждого из транспортных трубопроводов байпасного трубопровода, а также наличие первого и второго запорных устройств, позволяют обеспечить режим работы установки, при котором движущийся по какому-либо транспортному трубопроводу поток газосодержащей жидкости отсекается от первого измерительного участка транспортного трубопровода и поступает в байпасный трубопровод. Расположенный на байпасном трубопроводе горизонтально ориентированный второй измерительный участок предназначен для измерения на нем количественных характеристик расхода потока газосодержащей жидкости с помощью образцового измерительного средства. Тем самым обеспечивается возможность периодической поверки первого радиоизотопного измерительного средства без изъятия входящих в его состав узлов с места их расположения с целью определения его погрешности измерения и осуществления корректировки его градуировочных характеристик.
При этом горизонтально ориентированный второй измерительный участок байпасного трубопровода, подключенный параллельно к указанному участку дополнительный трубопровод, все участки которого расположены выше уровня размещения второго измерительного участка байпасного трубопровода и который имеет контрольный участок, продольная ось которого ориентирована вертикально или наклонно относительно продольной оси второго измерительного участка байпасного трубопровода, расположенный с обеспечением протекания по нему газосодержащей жидкости снизу вверх, второе и третье радиоизотопные измерительные средства, а также третье запорное устройство в совокупности представляют собой образцовое измерительное средство для измерения количественных характеристик расхода контролируемого потока газосодержащей жидкости.
В основу работы описанного выше образцового измерительного средства положено обнаруженное авторами экспериментальным путем следующее явление. Если рассмотреть систему двух трубопроводов, первый из которых горизонтально ориентирован и предназначен для подвода в указанную систему газосодержащей жидкости, а второй трубопровод подключен параллельно некоторому участку первого трубопровода и образован участками, каждый из которых расположен выше уровня размещения первого трубопровода, то движущийся по первому горизонтально ориентированному трубопроводу поток газосодержащей жидкости не будет поступать в параллельно включенный второй трубопровод, а будет двигаться только по первому трубопроводу. Это явление, по-видимому, связано с тем, что при подходе газожидкостного потока к зоне подключения к первому горизонтально ориентированному трубопроводу второго трубопровода часть находящегося в жидкости газа выделяется из жидкости, поднимается вверх и поступает во входной участок второго трубопровода, при этом газ играет роль "пробки", препятствующей протеканию газосодержащей жидкости по второму трубопроводу. Поток газосодержащей жидкости на участке разветвления первого и второго трубопроводов будет протекать по второму трубопроводу только в случае перекрытия первого трубопровода с помощью запорного устройства, расположенного на первом трубопроводе между зонами подсоединения к нему второго трубопровода. При этом если второй трубопровод содержит участок, продольная ось которого ориентирована вертикально или наклонно относительно продольной оси первого трубопровода и который расположен с обеспечением протекания по нему газосодержащей жидкости снизу вверх, то указанный участок может быть использован для измерения массы (объема) столба газосодержащей жидкости в указанном участке трубопровода по
мере его заполнения жидкостью, а по скорости изменения массы (объема) газосодержащей жидкости в рассматриваемом участке трубопровода можно судить о массовом (объемном) расходе газожидкостного потока.
В заявляемой установке горизонтально ориентированный второй измерительный участок байпасного трубопровода и дополнительный трубопровод образуют систему из двух параллельно соединенных описанных выше первого и второго трубопроводов, при этом контрольный участок дополнительного трубопровода предназначен для измерения массы (объема) столба газосодержащей жидкости по мере заполнения ею указанного контрольного участка, что происходит в случае перекрытия с помощью третьего запорного устройства второго измерительного участка байпасного трубопровода.
В рассматриваемом образцовом измерительном средстве второе радиоизотопное измерительное средство, включающее второй блок источника излучения БИИ2 и второй блок детектирования излучения БДИ2, расположенные напротив друг друга один у верхнего, а другой у нижнего конца контрольного участка дополнительного трубопровода, предназначено для измерения массы (объема) газосодержащей жидкости в указанном участке по мере его заполнения контролируемой средой. В процессе измерения контролируют время, в течение которого масса (объем) столба газосодержащей жидкости в рассматриваемом участке возрастет от минимального заданного значения до максимального заданного значения. Цикл измерения включает заполнение контрольного участка дополнительного трубопровода газосодержащей жидкостью и его опорожнение, что определяется положением третьего запорного устройства. При этом, поскольку о массовом (объемном) расходе газосодержащей жидкости по скорости возрастания ее массы (объема) при заполнении рассматриваемого участка можно судить только в том случае, когда массовый (объемный) расход жидкости на выходе из указанного участка равен нулю, заявляемая установка содержит средство, с помощью которого можно определить, является ли выходное сечение контрольного участка дополнительного трубопровода "пустым" при заполнении его снизу вверх газосодержащей жидкостью. Для указанной цели установка содержит третье радиоизотопное измерительное средство, включающее третий блок источника излучения БИИЗ и третий блок детектирования излучения БДИЗ, расположенные в верхней части контрольного участка дополнительного трубопровода с двух его диаметрально противоположных сторон. Указанное средство позволяет идентифицировать наличие газосодержащей жидкости в поперечном сечении верхней части указанного участка. Принимая во внимание показания данного средства,
учитываются такие измеренные с помощью второго радиоизотопного измерительного средства значения массы (объема) газосодержащей жидкости, заполняющей контрольный участок дополнительного трубопровода, которые получены при отсутствии жидкости в верхней части указанного участка.
Преимуществом используемого в заявляемой установке образцового измерительного средства является возможность точного измерения количественных характеристик расхода контролируемого потока газосодержащей жидкости, не прерывая процесса его транспортировки по системе входящих в заявляемую установку трубопроводов.
Таким образом, заявляемая установка обеспечивает повышение точности измерения и удобства пользования ею за счет возможности осуществления периодической поверки радиоизотопного измерительного средства, с помощью которого определяются количественные характеристики расхода газосодержащей жидкости, без изъятия входящих в состав указанного средства конструктивных элементов с места их расположения и без прерывания процесса транспортировки контролируемого потока.
На фигуре представлена схема заявляемой установки.
Установка содержит транспортные трубопроводы 1 и 2, выходы которых объединены и подключены к сборному коллектору (на фиг. не показан). На каждом из трубопроводов 1 и 2 имеется первый измерительный участок 3. На участке 3 каждого из трубопроводов 1 и 2 размещено первое радиоизотопное измерительное средство, включающее расположенные с диаметрально противоположных сторон участка 3 первый блок 4 источника излучения БИИ1 и первый блок 5 детектирования излучения БДИ1.
Блок 4 источника излучения БИИ1 снабжен коллиматором (на фиг. не показан) с несколькими (в рассматриваемом случае с двумя) коллимационными отверстиями, с помощью которого формируются пучки ионизирующего излучения, используемые для облучения газожидкостных потоков, протекающих по трубопроводам 1 и 2. Коллиматор снабжен заглушкой, предназначенной для размещения ее в одном из коллимационных отверстий. Это позволяет временно перекрыть исходящий из данного коллимационного отверстия пучок ионизирующего излучения и осуществить поверку блока 5 детектирования излучения БДИ1, воспринимающего излучение, выходящее из данного коллимационного отверстия, при этом другой пучок излучения не
перекрывается, что дает возможность производить измерение параметров газожидкостного потока, протекающего по другому трубопроводу.
Каждый из блоков 5 детектирования излучения БДИ1 снабжен держателем 6, предназначенным для размещения в нем образцового источника излучения 7.
Выходной сигнал каждого из блоков 5 детектирования излучения БДИ1 через коммутирующее устройство 8 соединен с вычислительным устройством 9, которое содержит узел 10 определения параметров газосодержащей жидкости и узел 11 определения погрешности измерения блока 5 детектирования излучения БДИ1.
Установка также содержит байпасный трубопровод 12, подключенный параллельно первому измерительному участку 3 каждого из транспортных трубопроводов 1 и 2. При этом на транспортных трубопроводах 1 и 2 установлены первые запорные устройства 13 с возможностью перекрытия первых измерительных участков 3 соответствующих транспортных трубопроводов, а на участках соединения байпасного трубопровода 12 с транспортными трубопроводами 1 и 2 установлены вторые запорные устройства 14 с возможностью перекрытия байпасного трубопровода 12. На байпасном трубопроводе 12 имеется горизонтально ориентированный второй измерительный участок а, параллельно которому подключен дополнительный трубопровод 15. Все участки трубопровода 15 расположены выше уровня размещения второго измерительного участка а байпасного трубопровода 12. На участке а байпасного трубопровода 12 между зонами подсоединения к нему дополнительного трубопровода 15 установлено третье запорное устройство 16. На дополнительном трубопроводе 15 имеется контрольный участок 17, продольная ось которого ориентирована наклонно относительно продольной оси второго измерительного участка а байпасного трубопровода 12 и который расположен с обеспечением протекания по нему газосодержащей жидкости снизу вверх.
Установка также содержит второе радиоизотопное измерительное средство, включающее второй блок 18 источника излучения БИИ2 и второй блок 19 детектирования излучения БДИ2, расположенные напротив друг друга один у верхнего, а другой у нижнего конца контрольного участка 17 дополнительного трубопровода 15, а также третье радиоизотопное измерительное средство, включающее третий блок 20 источника излучения БИИЗ и третий блок 21 детектирования излучения БДИЗ, расположенные в верхней части контрольного участка 17 дополнительного трубопровода 15 с двух его диаметрально противоположных сторон.
Установка работает следующим образом.
В режиме измерения количественных характеристик расхода газожидкостного потока, транспортируемого по любому из трубопроводов 1 и 2, устанавливают запорные устройства 13 и 14 в положение, при котором каждый из указанных потоков протекает по первому измерительному участку 3 соответствующего транспортного трубопровода, а в байпасный трубопровод 12 не поступает. С помощью коммутирующего устройства 8 (например, вручную тумблером) задают управляющий сигнал, по которому выход блока 5 детектирования излучения БДИ1 соединяется с входом входящего в состав вычислительного устройства 9 узлом 10 определения параметров газожидкостного потока. Пучок ионизирующего излучения, исходящий из соответствующего коллимационного отверстия коллиматора блока 4 источника излучения БИИ1, проходит через транспортируемый по трубопроводу 1 или 2 газожидкостной поток. Ослабленное указанным потоком излучение воспринимается блоком 5 детектирования излучения БДИ1. На выходе указанного блока формируется сигнал, на основании которого в узле 10 происходит определение количественных характеристик расхода газожидкостного потока. Выход узла 10 является информационным выходом установки, с которого снимаются данные об измеренных величинах расхода газожидкостного потока.
В режиме поверки блока 5 детектирования излучения БДИ1, входящего в состав первого радиоизотопного измерительного средства, установленного на любом из транспортных трубопроводов 1 и 2, положение запорных устройств 13 и 14 остается таким же, а с помощью коммутирующего устройства 8 задают управляющий сигнал, по которому выход соответствующего блока 5 детектирования излучения БДИ1 соединяется с входом входящего в состав вычислительного устройства узла 11 определения погрешности измерения блока детектирования. Прекращают подачу излучения от блока 4 источника излучения БИИ1, для чего устанавливают заглушку в соответствующем коллимационном отверстии коллиматора указанного блока. В полости держателя 6 соответствующего блока 5 детектирования излучения БИИ1 размещают образцовый источник 7 ионизирующего излучения. На выходе блока 5 детектирования излучения БДИ1 формируется сигнал, пропорциональный величине излучения, испускаемого образцовым источником 7 ионизирующего излучения, на основании которого в узле 11 происходит определение погрешности измерения блока 5 детектирования излучения БДИ1. Выход узла 11 является другим информационным выходом установки, с которого снимается информация, характеризующая погрешность блока 5 детектирования излучения БДИ1. В ходе поверки блока 5 детектирования
определяют погрешность его измерения на ряде образцовых источников 7 ионизирующего излучения, последовательно устанавливая их в держателе 6.
В режиме поверки первого радиоизотопного измерительного средства, размещенного на каком-либо транспортном трубопроводе 1 или 2, устанавливают соответствующие запорные устройства 13 и 14 в такое положение, при котором газожидкостной поток отсекается от первого измерительного участка 3 данного транспортного трубопровода и направляется в байпасный трубопровод 12.
Устанавливают запорное устройство 16 в закрытое положение, при этом поток газосодержащей жидкости, протекающий по трубопроводу 12, отсекается от участка а и начинает поступать в трубопровод 15, заполняя контрольный участок 17 в направлении снизу вверх. Измеряют массу (объем) жидкости в контрольном участке 17 по мере возрастания указанной величины от минимального до максимального заданных значений с помощью второго радиоизотопного измерительного средства, включающего блок 18 источника излучения БИИ2 и блок 19 детектора излучения БДИ2. При этом контролируют время, в течение которого происходит указанное возрастание массы (объема) жидкости. Одновременно с помощью третьего радиоизотопного измерительного средства, включающего блок 20 источника излучения БИИЗ и блок 21 детектора излучения БДИЗ, судят об отсутствии жидкости в верхней части участка 17. Измеренные значения массы (объема) жидкости, полученные при заполнении ею опорожненного участка 17, используются для определения количественных характеристик расхода контролируемого потока газосодержащей жидкости. При дальнейшем движении газосодержащая жидкость полностью заполняет участок 17, протекает по остальным участкам трубопровода 15, вновь поступает в трубопровод 12, а далее направляется в сборный коллектор. В дальнейшем движение потока жидкости по указанным трубопроводам осуществляется аналогичным образом, при этом измерение массы (объема) жидкости на участке 17 не производится, так как участок 17 полностью заполнен жидкостью, о чем судят с помощью третьего радиоизотопного средства, включающего блок 20 источника излучения БИИ3 и блок 21 детектора излучения БДИ3. Открывают запорное устройство 16, после чего жидкость, протекающая по трубопроводу 12, в трубопровод 15 не поступает, и все его участки, в том числе участок 17, опорожняются. Вновь закрывают запорное устройство 16, при этом движущаяся по трубопроводу 12 жидкость вновь начинает заполнять контрольный участок 17 трубопровода 15, и цикл измерения массы (объема) контролируемого газожидкостного потока повторяется. Измеренные в ряде циклов значения контролируемых параметров усредняются и принимаются за значения,
измеренные с помощью образцового измерительного средства. Далее указанные значения количественных характеристик расхода газосодержащей жидкости сравниваются со значениями, полученными с использованием поверяемого первого радиоизотопного измерительного средства. По результатам сравнения определяется погрешность измерения первого радиоизотопного измерительного средства и осуществляется корректировка его градуировочных характеристик.