способ измерения уровня и/или границы раздела жидких сред, преимущественно водонефтяных эмульсий, в резервуарах

Формула изобретения

Способ измерения уровня жидкости и/или границы раздела жидких сред, преимущественно водонефтяных эмульсий, в резервуарах, заключающийся в дискретном измерении уровня границы раздела фаз с помощью датчиков уровня первого типа, расположенных последовательно по высоте резервуара на некотором расстоянии друг от друга, и электронного вычислительного блока, отличающийся тем, что в промежутках между датчиками уровня первого типа устанавливают датчики уровня второго типа, измеряют отношение сигналов с двух датчиков уровня второго типа, размещенных соответственно между датчиками уровня первого типа, расположенными в свою очередь выше и ниже границы раздела фаз, по полученным данным определяют значение уровня границы раздела фаз.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для измерения уровня и/или границы раздела жидких сред, преимущественно водонефтяных эмульсий, в резервуарах, и может быть использовано в системах автоматизации процессов добычи и переработки нефти, а также при учетных операциях.

Известны уровнемеры, чувствительным элементом которых служит поплавок (В. В. Панарин, Л. А. Зайцев. Автоматизированные системы управления в трубопроводном транспорте нефти. М., Недра, М., Недра, 1986 г., стр. 87 - 90). Для измерения уровня обычно используется связь между уровнем контролируемой жидкости и изменением действующей на поплавок выталкивающей силы, вызывающей перемещение поплавка. Передача информации о перемещении поплавка производится при помощи электрической системы, представляющей собой, например, последовательно соединенные по высоте резервуара герконы, взаимодействующие с магнитом, встроенным в поплавок.

Недостатком описанного уровнемера является загрязнение поверхности поплавка и влияние изменений плотности исследуемой жидкости на результаты измерения.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является уровнемер (патент США 4287756А, 08.09.1981 г., G 01 F 23/00), в котором на удлиненном элементе размещают датчики для определения свойств жидких сред. Удлиненный элемент погружают в контролируемую среду и в процессе его погружения определяют в какой среде он находится и по свойствам среды определяют момент перехода удлинительного элемента из одной среды в другую, т. е. определяют уровень контролируемой среды и/или местоположение границы раздела сред.

Недостатком уровнемера является влияние изменений физико-химических свойств контролируемой среды, загрязнения рабочих поверхностей датчиков на точность измерения.

Техническим результатом предполагаемого изобретения является повышение точности измерения.

Технический результат достигается тем, что в известном способе измерения уровня и/или границы раздела жидких сред, преимущественно водонефтяных эмульсий, в резервуарах, заключающийся в дискретном измерении уровня границы раздела фаз, с помощью датчиков уровня первого типа, расположенных последовательно по высоте резервуара на некотором расстоянии друг от друга и электронного вычислительного блока, в отличие от прототипа, в промежутках между датчиками уровня первого типа устанавливают датчики уровня второго типа, измеряют отношение сигналов с двух датчиков для измерения уровня второго типа, размещенных соответственно между датчиками уровня первого типа, расположенных в свою очередь выше и ниже границы раздела фаз, определяют по полученным данным значение уровня границы раздела фаз.

Повышение точности измерения достигается вследствие того, что на небольшом участке между двумя датчиками уровня первого типа можно производить измерения уровня датчиками уровня второго типа с большей точностью, нежели на участке, равном высоте резервуара, с помощью одного датчика, а также за счет компенсации влияния изменений состава и химического строения жидкостей путем измерения отношения сигналов с двух датчиков для измерения уровня второго типа, размещенных соответственно между датчиками уровня первого типа, расположенных в свою очередь выше и ниже границы раздела фаз и определения по полученным данным значения уровня границы раздела фаз.

В качестве датчиков уровня первого типа можно применять датчики, определяющие наличие той или иной фазы (воды, нефти, газа) на уровне размещения датчика. В качестве датчиков уровня второго типа можно применять датчики уровнемеров, позволяющие измерять уровень границы раздела фаз в заданном диапазоне измерения и удовлетворяющие потребителя по точностным характеристикам.

Для реализации предлагаемого способа измерения пригодны датчики уровня первого и второго типа, основанные на различных принципах действия.

Пример. На чертеже приведена схема для реализации предлагаемого способа измерения. На чертеже показаны размещенные последовательно по высоте резервуара на некотором расстоянии друг от друга датчики уровня первого типа 1-13 (на чертеже показаны в виде черных квадратов), каждый из которых выполнен, например, в виде оппозитно расположенных ультразвуковых датчиков, состоящих из помещенных в оправку пьезоэлементов, снабженных демпферами колебаний. Датчики уровня первого типа соединены при помощи линии связи 14 с электронным вычислительным блоком 15, связанным также электрически с блоком индикации 16 и при помощи кабеля 17 с датчиками уровня второго типа 18-29 (на чертеже показаны в виде заштрихованных прямоугольников). Датчики уровня второго типа 18 - 29 размещены между датчиками уровня первого типа 1 - 13. В качестве датчиков уровня второго типа при испытаниях способа использовали электродные датчики, электроды которых выполнялись в виде протяженных пластин, расположенных на некотором расстоянии друг от друга. Датчики выполнялись с одинаковыми размерами и подключались к измерителю удельной электрической проводимости (УЭП), когда необходимо было измерять местоположение границы раздела фаз "нефть - вода" по различию УЭП нефти и воды или к измерителю диэлектрической проницаемости (ДП), когда необходимо было измерять уровень нефти в резервуаре по различию ДП нефти и газа. Измерители УЭП и ДП размещены в электронном вычислительном блоке 15.

Проверку работоспособности способа и оценку его фактических метрологических характеристик производили в следующей последовательности.

Прозрачный сосуд (стеклянную трубу) заполняли исследуемой жидкостью (водонефтяной эмульсией с разным процентным содержанием воды и нефти), поочередно определяли при помощи датчиков уровня первого типа местоположение границ раздела фаз "нефть - газ" и "нефть - вода". Затем с помощью датчиков уровня второго типа, размещенных соответственно между датчиками уровня первого типа, расположенных в свою очередь выше и ниже границы раздела фаз, определяли отношение выходных сигналов датчиков уровня второго типа и по полученным данным определяли значение уровня границы раздела фаз.

Для оценки погрешности измерений производили по 11 измерений в точках 300, 1000, 1200 мм. воды и слое нефти над водой, равном соответственно 1200, 500, 300 мм при температуре жидкостей 20^oC. Предел основной абсолютной погрешности измерения не превышал 1.5 мм, что существенно меньше предела основной абсолютной погрешности выбранного в качестве базового поплавкового уровнемера "Корвол ", равного 3 мм.

Реализация способа позволит повысить точность измерения уровня нефти и границы раздела фаз "нефть - вода" в резервуарах, что в свою очередь позволит с большей точностью производить учетные операции в резервуарных парках.

Предлагаемый способ может найти применение в разных отраслях промышленности.