установка для непрерывного определения параметров потока газосодержащей жидкости

Формула изобретения

Установка для определения параметров потока газосодержащей жидкости, содержащая измерительный узел, включающий первый трубопровод, вход которого соединен с подводящим трубопроводом, предназначенным для подвода в измерительный узел контролируемого потока газосодержащей жидкости, первое запорное устройство, размещенное на первом трубопроводе, а также второй трубопровод, на котором имеется первый измерительный участок, продольная ось которого ориентирована вертикально относительно горизонта, причем нижний конец первого измерительного участка второго трубопровода соединен с первым трубопроводом с возможностью подачи в рассматриваемый измерительный участок поступающей в первый трубопровод газосодержащей жидкости снизу вверх, при этом установка содержит предназначенное для определения массы газосодержащей жидкости первое радиоизотопное средство, включающее первый блок источника излучения БИИ1 и первый блок детектирования излучения БДИ1, расположенные напротив друг друга один у верхнего, а другой у нижнего конца первого измерительного участка второго трубопровода, и второе радиоизотопное средство, служащее для определения наличия газосодержащей жидкости в поперечном сечении первого измерительного участка второго трубопровода, включающее второй блок источника излучения БИИ2 и второй блок детектирования излучения БДИ2, расположенные в верхней части первого измерительного участка второго трубопровода с двух его диаметрально противоположных сторон, отличающаяся тем, что измерительный узел включает третий трубопровод, вход которого соединен с подводящим трубопроводом, второй трубопровод дополнительно содержит второй измерительный участок, продольная ось которого ориентирована вертикально относительно горизонта, причем нижний конец второго измерительного участка второго трубопровода соединен с третьим трубопроводом с возможностью подачи в рассматриваемый измерительный участок поступающей в третий трубопровод газосодержащей жидкости снизу вверх, верхние концы первого и второго измерительных участков второго трубопровода сообщены друг с другом, измерительный узел содержит четвертый трубопровод, который соединен с нижним концом первого измерительного участка второго трубопровода с возможностью подачи в четвертый трубопровод газосодержащей жидкости, вытекающей из указанного измерительного участка, измерительный узел содержит пятый трубопровод, который соединен с нижним концом второго измерительного участка второго трубопровода с возможностью подачи в пятый трубопровод газосодержащей жидкости, вытекающей из указанного измерительного участка, первое запорное устройство установлено на первом трубопроводе с возможностью подвода протекающей по нему газосодержащей жидкости на вход первого измерительного участка второго трубопровода, измерительный узел содержит второе запорное устройство, которое установлено на третьем трубопроводе с возможностью подвода протекающей по нему газосодержащей жидкости на вход второго измерительного участка второго трубопровода, четвертый и пятый трубопроводы соединены с отводящим трубопроводом, предназначенным для отвода газосодержащей жидкости из измерительного узла, на четвертом и пятом трубопроводах расположены соответственно третье и четвертое запорные устройства, установленные с возможностью отвода газосодержащей жидкости из указанных трубопроводов в отводящий трубопровод, при этом установка содержит предназначенное для определения массы газосодержащей жидкости третье радиоизотопное средство, включающее третий блок источника излучения БИИЗ и третий блок детектирования излучения БДИЗ, расположенные напротив друг друга один у верхнего, а другой у нижнего конца второго измерительного участка второго трубопровода, и четвертое радиоизотопное средство, служащее для определения наличия газосодержащей жидкости в поперечном сечении второго измерительного участка второго трубопровода, включающее четвертый блок источника излучения БИИ4 и четвертый блок детектирования излучения БДИ4, расположенные в верхней части второго измерительного участка второго трубопровода с двух его диаметрально противоположных сторон.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к установкам для измерения параметров потока газосодержащей жидкости, в частности массового расхода, и может быть использовано, например, в системах учета и контроля нефти при ее добыче, транспорте и переработке.

Известны установки для измерения параметров потока газосодержащей жидкости, в частности массового расхода потока нефти и нефтепродуктов [А.Ш.Фатхутдинов и др. Автоматизированный учет нефти и нефтепродуктов при добыче, транспорте и переработке. - М.: ООО «Недра-Бизнес-Центр», 2002, с.54-57], работа которых основана на циклическом измерении массы порций контролируемой газосодержащей жидкости. Рассматриваемые установки содержат измерительный узел, включающий измерительную камеру, в которую подаются отбираемые из трубопровода порции контролируемой жидкости, а также измерительное средство, предназначенное для определения массы находящейся в измерительной камере жидкости. Измерительная камера выполнена в виде калиброванной емкости или сепаратора. Каждый цикл измерения состоит из наполнения газосодержащей жидкостью измерительной камеры и слива. В измерительной камере масса отобранной порции газосодержащей жидкости измеряется либо путем ее прямого взвешивания с помощью измерительного средства, в качестве которого используют весы или датчики силы (веса), либо косвенным гидростатическим методом путем измерения разности давлений столба газосодержащей жидкости при достижении ею нижнего и верхнего фиксированных уровней.

Основными недостатками рассматриваемых установок является значительная длительность процесса измерения контролируемого параметра газосодержащей жидкости. Кроме того, рассматриваемые установки, в которых происходит отбор порций контролируемой жидкости в специальные измерительные камеры, не приспособлены для измерения контролируемых параметров в потоке газосодержащей жидкости, что ограничивает возможность их применения.

В качестве ближайшего аналога авторами заявляемого изобретения выбрана установка для определения параметров газосодержащей жидкости, в частности массового расхода, описанная в патенте RU 58698, которая позволяет осуществлять измерение контролируемого параметра в потоке газосодержащей жидкости.

Установка включает измерительный узел, содержащий первый трубопровод, имеющий горизонтально ориентированный участок, вход которого соединен с подводящим трубопроводом, предназначенным для подвода в измерительный узел контролируемого потока газосодержащей жидкости, а также соединенный параллельно с указанным первым трубопроводом второй трубопровод. Все участки второго трубопровода расположены выше уровня размещения первого трубопровода. На первом трубопроводе между зонами подсоединения к нему второго трубопровода установлено запорное устройство. На втором трубопроводе имеется измерительный участок, продольная ось которого ориентирована вертикально или наклонно относительно продольной оси горизонтально ориентированного участка первого трубопровода (то есть относительно горизонта), при этом нижний конец измерительного участка второго трубопровода соединен с горизонтально ориентированным участком первого трубопровода с возможностью подачи в рассматриваемый измерительный участок снизу вверх поступающей в измерительный узел газосодержащей жидкости.

Установка содержит предназначенное для определения массы газосодержащей жидкости первое радиоизотопное средство, включающее первый блок источника излучения БИИ1 и первый блок детектирования излучения БДИ1, расположенные напротив друг друга: один у верхнего, а другой у нижнего конца измерительного участка второго трубопровода, а также второе радиоизотопное средство, служащее для определения наличия газосодержащей жидкости в поперечном сечении измерительного участка второго трубопровода, включающее второй блок источника излучения БИИ2 и второй блок детектирования излучения БДИ2, расположенные в верхней части измерительного участка второго трубопровода с двух его диаметрально противоположных сторон.

В заявляемой установке в процессе измерения контролируют время, в течение которого масса столба газосодержащей жидкости в измерительном участке второго трубопровода возрастет от минимального заданного значения до максимального заданного значения. Цикл измерения включает заполнение измерительного участка второго трубопровода газосодержащей жидкостью и его опорожнение в зависимости от наличия или отсутствия газосодержащей жидкости во втором трубопроводе, что определяется положением запорного устройства на первом трубопроводе. При этом, поскольку о массовом расходе газожидкостного потока по скорости изменения массы жидкости в измерительном участке можно судить только в том случае, когда массовый расход газожидкостной смеси на выходе из измерительного участка равен нулю, заявляемая установка содержит средство, с помощью которого можно определить, является ли выходное сечение измерительного участка "пустым" в течение времени заполнения измерительного участка газосодержащей жидкостью, что соответствует нулевому массовому расходу через него. Для указанной цели установка содержит второе радиоизотопное средство, включающее второй блок источника излучения БИИ2 и второй блок детектирования излучения БДИ2, расположенные в верхней части измерительного участка второго трубопровода с двух его диаметрально противоположных сторон. Указанное средство позволяет идентифицировать наличие газосодержащей жидкости в поперечном сечении верхней части измерительного участка второго трубопровода. Принимая во внимание показания данного средства, учитываются такие изменения массы газосодержащей жидкости, заполняющей измерительный участок второго трубопровода, которые получены при отсутствии жидкости в верхней части указанного участка.

Рассматриваемая установка позволяет измерять параметры, в частности массовый расход, газосодержащей жидкости в процессе ее транспортировки по трубопроводу. Однако каждый цикл работы заявляемой установки включает заполнение измерительного участка второго трубопровода контролируемой средой, измерение на заполненном измерительном участке контролируемого параметра, а затем опорожнение измерительного участка перед проведением следующего измерения. То есть процесс измерения параметров потока газосодержащей жидкости прерывается на время опорожнения измерительного участка.

Задачей заявляемого изобретения является обеспечение непрерывности процесса измерения параметров потока газосодержащей жидкости.

Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что установка для определения параметров потока газосодержащей жидкости содержит измерительный узел, включающий первый трубопровод, вход которого соединен с подводящим трубопроводом, предназначенным для подвода в измерительный узел контролируемого потока газосодержащей жидкости, первое запорное устройство, размещенное на первом трубопроводе, а также второй трубопровод, на котором имеется первый измерительный участок, продольная ось которого ориентирована вертикально относительно горизонта, причем нижний конец первого измерительного участка второго трубопровода соединен с первым трубопроводом с возможностью подачи в рассматриваемый измерительный участок поступающей в первый трубопровод газосодержащей жидкости снизу вверх. Кроме того, установка содержит предназначенное для определения массы газосодержащей жидкости первое радиоизотопное средство, включающее первый блок источника излучения БИИ1 и первый блок детектирования излучения БДИ1, расположенные напротив друг друга: один у верхнего, а другой у нижнего конца первого измерительного участка второго трубопровода, и второе радиоизотопное средство, служащее для определения наличия газосодержащей жидкости в поперечном сечении первого измерительного участка второго трубопровода, включающее второй блок источника излучения БИИ2 и второй блок детектирования излучения БДИ2, расположенные в верхней части первого измерительного участка второго трубопровода с двух его диаметрально противоположных сторон. При этом согласно изобретению измерительный узел включает третий трубопровод, вход которого соединен с подводящим трубопроводом, второй трубопровод дополнительно содержит второй измерительный участок, продольная ось которого ориентирована вертикально относительно горизонта, причем нижний конец второго измерительного участка второго трубопровода соединен с третьим трубопроводом с возможностью подачи в рассматриваемый измерительный участок поступающей в третий трубопровод газосодержащей жидкости снизу вверх, верхние концы первого и второго измерительных участков второго трубопровода сообщены друг с другом, измерительный узел содержит четвертый трубопровод, который соединен с нижним концом первого измерительного участка второго трубопровода с возможностью подачи в четвертый трубопровод газосодержащей жидкости, вытекающей из указанного измерительного участка, измерительный узел содержит пятый трубопровод, который соединен с нижним концом второго измерительного участка второго трубопровода с возможностью подачи в пятый трубопровод газосодержащей жидкости, вытекающей из указанного измерительного участка, первое запорное устройство установлено на первом трубопроводе с возможностью подвода протекающей по нему газосодержащей жидкости на вход первого измерительного участка второго трубопровода, измерительный узел содержит второе запорное устройство, которое установлено на третьем трубопроводе с возможностью подвода протекающей по нему газосодержащей жидкости на вход второго измерительного участка второго трубопровода, четвертый и пятый трубопроводы соединены с отводящим трубопроводом, предназначенным для отвода газосодержащей жидкости из измерительного узла, на четвертом и пятом трубопроводах расположены соответственно третье и четвертое запорные устройства, установленные с возможностью отвода газосодержащей жидкости из указанных трубопроводов в отводящий трубопровод, при этом устройство содержит предназначенное для определения массы газосодержащей жидкости третье радиоизотопное средство, включающее третий блок источника излучения БИИ3 и третий блок детектирования излучения БДИ3, расположенные напротив друг друга один у верхнего, а другой у нижнего конца второго измерительного участка второго трубопровода, и четвертое радиоизотопное средство, служащее для определения наличия газосодержащей жидкости в поперечном сечении второго измерительного участка второго трубопровода, включающее четвертый блок источника излучения БИИ4 и четвертый блок детектирования излучения БДИ4, расположенные в верхней части второго измерительного участка второго трубопровода с двух его диаметрально противоположных сторон.

За счет выбранных схемы соединения применяемых в заявляемой установке трубопроводов и мест размещения управляющих работой установки запорных устройств, а также наличия во втором трубопроводе двух измерительных участков, оказывается возможным организовать такое продвижение контролируемого потока в измерительном узле, при котором поочередно осуществляются цикл заполнения газосодержащей жидкостью снизу вверх первого измерительного участка и опорожнения второго измерительного участка, а затем цикл заполнения газосодержащей жидкостью снизу вверх второго измерительного участка и опорожнения первого измерительного участка.

Указанное циклическое протекание жидкости в измерительном узле позволяет осуществлять поочередное измерение контролируемого параметра то на первом, то на втором измерительном участке с помощью соответственно первого и второго и третьего и четвертого радиоизотопных средств.

Таким образом, техническим эффектом, достигаемым при использовании заявляемого изобретения, является непрерывность процесса измерения контролируемого параметра потока газосодержащей жидкости.

На чертеже представлен общий вид заявляемой установки.

Установка содержит измерительный узел, включающий первый трубопровод 1, второй трубопровод 2, а также третий трубопровод 3.

На втором трубопроводе 2 имеются первый измерительный участок 4 и второй измерительный участок 5. Измерительные участки 4 и 5 трубопровода 2 ориентированы вертикально относительно горизонта. Верхние концевые участки участков 4 и 5 сообщены друг с другом.

Входные концы трубопроводов 1 и 3 соединены с подводящим трубопроводом 6. В качестве измерительных участков 4 и 5, в частности, использованы измерительные емкости, в нижней части которых расположены соответственно входные 7, 9 и выходные 8, 10 патрубки. С помощью патрубков 7 и 9 нижние концевые участки емкостей 4 и 5 соответственно соединены с трубопроводами 1 и 3.

С помощью выходных патрубков 8 и 10 нижние концевые участки емкостей 4 и 5 соответственно подсоединены к трубопроводам 11 и 12, которые соединены со сливным трубопроводом 13.

На трубопроводах 1 и 3 расположены соответственно первое и второе запорные устройства 14 и 15, установленные с возможностью подачи снизу вверх протекающей по указанным трубопроводам газосодержащей жидкости на входы соответственно емкостей 4 и 5. На трубопроводах 11 и 12 соответственно расположены третье и четвертое запорные устройства 16 и 17, установленные с возможностью отвода газосодержащей жидкости из указанных трубопроводов в сливной трубопровод 13.

Установка также содержит первое радиоизотопное средство, включающее первый блок 18 источника излучения БИИ1 и первый блок 19 детектирования излучения БДИ1, расположенные напротив друг друга: один у верхнего, а другой у нижнего конца измерительной емкости 4, а также второе радиоизотопное средство, включающее второй блок 20 источника излучения БИИ2 и второй блок 21 детектирования излучения БДИ2, расположенные в верхней части емкости 4 с двух ее диаметрально противоположных сторон. Аналогичным образом установка содержит третье радиоизотопное средство, включающее третий блок 22 источника излучения БИИ3 и третий блок 23 детектирования излучения БДИ3, расположенные напротив друг друга: один у верхнего, а другой у нижнего конца измерительной емкости 5, и четвертое радиоизотопное средство, включающее четвертый блок 24 источника излучения БИИ4 и четвертый блок 25 детектирования излучения БДИ4, расположенные в верхней части емкости 5 с двух ее диаметрально противоположных сторон.

Установка работает следующим образом.

Перед началом работы установки емкости 4 и 5 не заполнены жидкостью, все запорные устройства закрыты.

Открывают запорные устройства 14 и 17, запорные устройства 15 и 16 находятся в закрытом положении. Поток контролируемой газосодержащей жидкости поступает по трубопроводу 1 в емкость 4 в направлении снизу вверх. При этом газ из емкости 5 вытесняется газом, поступающим из емкости 4.

С помощью второго радиоизотопного средства, включающего блок 20 источника излучения БИИ2 и блок 21 детектора излучения БДИ2, судят об отсутствии жидкости в верхнем контролируемом сечении емкости 4. В момент появления жидкости в указанном верхнем контролируемом сечении емкости 4 блок 21 вырабатывает сигнал на закрытие запорного устройства 14 и сигнал, по которому разрешается проведение измерения массы жидкости в емкости 4, количество которой в указанной емкости в рассматриваемый момент времени фиксировано.

Измеряют с помощью первого радиоизотопного средства, включающего блок 18 источника излучения БИИ1 и блок 19 детектора излучения БДИ1 массу жидкости в измерительной емкости 4. При этом контролируют время, в течение которого происходит возрастание массы жидкости при заполнении ею емкости 4 до верхнего контролируемого уровня. Измеренные значения массы жидкости, полученные при заполнении пустой емкости 4 контролируемой жидкостью, и времени заполнения жидкостью указанной емкости используют для определения искомых параметров, в частности, массового расхода потока газосодержащей жидкости.

После завершения измерения массы в емкости 4 блок 21 вырабатывает сигнал на закрытие запорного устройства 17 и открытие запорных устройств 15 и 16.

Поток контролируемой газосодержащей жидкости поступает по трубопроводу 3 в емкость 5 в направлении снизу вверх. При этом находившийся в емкости 5 газ начинает вытеснять жидкость из емкости 4 в трубопровод 11 и далее в сливной трубопровод 13.

С помощью четвертого радиоизотопного средства, включающего блок 24 источника излучения БИИ4 и блок 25 детектора излучения БДИ4, судят об отсутствии жидкости в верхнем контролируемом сечении емкости 5. В момент появления жидкости в указанном верхнем контролируемом сечении емкости 5 блок 25 вырабатывает сигнал на закрытие запорного устройства 15 и сигнал, по которому разрешается проведение измерения массы жидкости в емкости 5, количество которой в указанной емкости в рассматриваемый момент времени фиксировано. При этом при заполнении жидкостью емкости 5 происходит опорожнение емкости 4. Момент времени, когда емкость 4 оказывается опорожненной (когда уровень жидкости в емкости достигнет нижнего контролируемого уровня), фиксируется.

Измеряют с помощью третьего радиоизотопного средства, включающего блок 22 источника излучения БИИЗ и блок 23 детектора излучения БДИЗ, массу жидкости в измерительной емкости 5. При этом контролируют время, в течение которого происходит возрастание массы жидкости при заполнении ею емкости 5 до заданного верхнего уровня. Измеренные значения массы жидкости, полученные при заполнении ею пустой емкости 5, и времени заполнения жидкостью указанной емкости 5 используют для определения искомых параметров, в частности массового расхода потока газосодержащей жидкости.

После завершения измерения массы в емкости 5 блок 25 вырабатывает сигнал на закрытие запорного устройства 16 и открытие запорных устройств 14 и 17.

Поток контролируемой газосодержащей жидкости вновь поступает по трубопроводу 1 в емкость 4 в направлении снизу вверх. При этом газ из опорожненной емкости 4 начинает поступать в емкость 5 и вытеснять из нее жидкость в трубопровод 12 и далее в сливной трубопровод 13. Момент времени, когда емкость 5 оказывается опорожненной (когда уровень жидкости в емкости достигнет нижнего контролируемого уровня), фиксируется.

Описанные выше циклы заполнения одной из сообщающихся емкостей 4 и 5 жидкостью при одновременном опорожнении другой емкости под действием газа, вытесняемого из заполняемой жидкостью емкости, повторяются. При этом в каждом цикле при поочередном заполнении и опорожнении емкостей 4 и 5 осуществляется измерение искомых параметров.