ИЗМЕРИТЕЛЬ РАСХОДА ЖИДКОСТИ ПЕРЕМЕННОГО ПЕРЕПАДА ДАВЛЕНИЯ
FLUID FLOW METRE OF VARIABLE PRESSURE DROP

Изобретение относится к устройствам для контроля и измерения количества рабочей среды, подаваемой к потребителю, например для измерения количества подаваемого ингибитора гидратообразования (метанола) в технологические линии газовых промыслов и скважины.
При добыче газа требуется проводить измерения объемного расхода ингибитора гидратообразования, подаваемого в скважины или технологические линии газовых промыслов. Эти измерения необходимы для расчета и регулирования количества подаваемого ингибитора, необходимого для предотвращения образования гидратов в шлейфах скважин и технологических линиях газовых промыслов.
Известны расходомеры, применяемые в промышленности для измерения расхода жидкостей, паров и газов, движущихся в трубопроводах:
- Тахометрические расходомеры (расходомеры-счетчики). Основным элементом этих расходомеров является крыльчатка или другое тело, совершающее под действием потока непрерывное движение (чаще всего вращательное), скорость которого пропорциональна измеряемому расходу. Недостатками данной группы расходомеров являются: сложный механизм передачи вращательного движения крыльчатки, находящейся в полости высокого давления, на счетно-показывающий механизм расходомера, неспособность воспринимать малые расходы жидкости, менее 50 л/час (Автоматические приборы, регуляторы и управляющие машины. Справочное пособие. Изд. 2-е, перераб. и доп. Кошарский Б.Д. и др. М.: Машиностроение, 1968. 87 стр. Ил. III.1.).
- Расходомеры постоянного перепада давления (ротаметры). Чувствительным элементом этих расходомеров является какое-либо тело (поплавок, шарик, диск), воспринимающее динамическое давление потока, который обтекает его и перемещает в зависимости от величины расхода. Недостатком данной группы расходомеров является невозможность применения при больших абсолютных значениях давления, так как ротаметры для местного измерения имеют трубки из стекла или органического стекла (Автоматические приборы, регуляторы и управляющие машины. Справочное пособие. Изд. 2-е, перераб. и доп. Кошарский Б.Д. и др. М.: Машиностроение, 1968. 99 стр. Ил. III.7.).
- Электромагнитные (индукционные) расходомеры. Принцип действия этих расходомеров основан на измерении электродвижущей силы, образующейся в поперечном сечении потока при протекании его в магнитном поле. Недостатком данной группы расходомеров является необходимость подачи электроэнергии на расходомер (Автоматические приборы, регуляторы и управляющие машины. Справочное пособие. Изд. 2-е, перераб. и доп. Кошарский Б.Д. и др. М.: Машиностроение, 1968. 111 стр. Ил. III.9.).
- Ультразвуковые расходомеры. Принцип их действия основан на смещении ультразвуковых колебаний движущейся средой. Недостатком данной группы расходомеров является необходимость подачи электроэнергии на расходомер (Автоматические приборы, регуляторы и управляющие машины. Справочное пособие. Изд. 2-е, перераб. и доп. Кошарский Б.Д. и др. М.: Машиностроение, 1968. 115 стр.).
- Расходомеры переменного перепада давления. Эти расходомеры являются измерительными комплектами и состоят из приемного преобразователя, образующего перепад давления в зависимости от величины расхода, соединительных трубок со вспомогательными устройствами и дифференциального манометра. Недостатком данной группы расходомеров являются большие габариты и масса (до 50 кг) дифференциальных манометров, кроме того, многие из них содержат ртуть (Автоматические приборы, регуляторы и управляющие машины. Справочное пособие. Изд. 2-е, перераб. и доп. Кошарский Б.Д. и др. М.: Машиностроение, 1968. 117 стр. Ил. III.12.).
Известны измерители расхода жидкости переменного перепада давления, содержащие сужающее устройство, чувствительный элемент, преобразующий механизм и показывающий прибор (Автоматические приборы, регуляторы и управляющие машины. Справочное пособие. Изд. 2-е, перераб. и доп. Кошарский Б.Д. М.: Машиностроение, 1968. 117 стр. Ил. III.12.).
Известен измеритель расхода жидкости переменного перепада давления, содержащий чувствительный элемент в виде эластичной мембраны, преобразующий механизм, который воспринимает перемещение мембраны, и показывающий прибор (SAMSON AG MESS UND REGELTECHNIK серия Т 9520 EN).
Недостатками указанного выше измерителя являются его низкая надежность, обусловленная возможностью износа и разрушения эластичной мембраны при длительной эксплуатации измерителя, а также большие габариты корпуса измерителя, что затрудняет его монтаж в условиях скважины.
Наиболее близким по числу совпадающих признаков, выбранным в качестве прототипа, является измеритель расхода жидкости переменного давления (WO 02/12835 А2, G01F 1/00, 14.02.2002, с.2-6, фиг.1, 2).
Задача, достигаемая изобретением, состоит в том, чтобы создать такое техническое решение, которое позволяло бы производить измерения малых величин расходов (менее 50 л/час) при больших абсолютных значениях давления в условиях отсутствия электроэнергии, а также повысить надежность работы при максимально малых геометрических размерах измерителя расхода для удобства монтажа в ограниченном пространстве, например для размещения на скважине.
Для достижения названного технического результата измеритель расхода жидкости переменного перепада давления содержит сужающее устройство и микроманометр, размещенные в находящемся под рабочим давлением едином герметичном корпусе, и измерительный узел микроманометра.
Заявляемый измеритель отличается от прототипа тем, что корпус закрыт с одной стороны прозрачным защитным стеклом в виде охваченной гайкой линзы, необходимым для контроля показаний, при этом измерительный узел микроманометра размещен под линзой и отделен от рабочей среды эластичным разделителем с образованием полости, заполненной незамерзающей силиконовой жидкостью. На цилиндрической части гайки, охватывающей линзу, выполнены радиальные отверстия.
Чувствительный элемент представляет собой измерительный узел манометра избыточного давления, размещенный в прочном корпусе, имеющий прочное стекло для визуального контроля показаний манометра.
Предлагаемое изобретение изображено на чертежах, где на фиг.1 показан продольный разрез измерителя, а на фиг.2 - график зависимости расхода ингибитора от показаний перепада давления на измерителе расхода.
Измеритель расхода переменного перепада давления содержит измерительный узел микроманометра 1, который размещен в корпусе 2 под линзой 4, через которую следят за показаниями микроманометра. В проходном канале корпуса, в плюсовой камере Б, расположена сменная диафрагма 3, которая поджимается пробкой 5. Измерительный узел микроманометра находится в разделительной полости А, и изолирован от контакта с рабочей средой эластичным разделителем 6, и поджимается вместе с линзой гайкой 7, в которой имеются радиальные отверстия 8 для увеличения количества падающего света на шкалу микроманометра. Полость измерительного узла В заполнена незамерзающей жидкостью, например силиконовой жидкостью или маслом всесезонным гидравлическим.
Устройство работает следующим образом. Рабочая среда, проходя через диафрагму 3, создает перепад давления, который фиксируется измерительным узлом 1.
Подводящий канал измерителя расхода (плюсовая камера Б) сообщается с измерительным узлом манометра, а отводящий - с разделительной полостью А корпуса 2. Отклонение стрелки манометра соответствует величине перепада давления на сужающем устройстве, что позволяет судить о величине расхода. Зависимость между показаниями перепада давления на манометре и величины расхода можно определить по формуле:
где: µ - коэффициент расхода диафрагмы, который определяется экспериментальным путем;
ω - площадь сечения отверстия диафрагмы;
ΔР - значение перепада давления на сужающем устройстве;
ρ - плотность среды, проходящей через индикатор.
Например: график зависимости расхода ингибитора от показаний перепада давления на измерителе расхода, для дросселя d=1,5 мм, представлен на фиг.2.
В качестве ингибитора гидратообразования взят метанол.
3
Плотность метанола ρ=0,792 г/см.
Благодаря использованию данной конструкции измерителя расхода появляется возможность производить измерение малых величин расхода при больших абсолютных значениях давления рабочей среды, а также повышать надежность работы самого измерителя. Исходя из вышеизложенных преимуществ появляется возможность использовать измеритель расхода на неэлектрифицированных скважинах.