Патент на изобретение №2311619

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

Известны установки для определения массового расхода потока газосодержащей жидкости, в частности 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. Установка содержит 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.

В качестве ближайшего аналога авторами изобретения выбрана установка для измерения массового расхода газосодержащей жидкости, описанная в патенте RU 2183267. Работа указанной установки основана на циклическом измерении массы порций газосодержащей жидкости косвенным гидростатическим методом.

Данная установка включает измерительный узел, содержащий измерительную камеру, которая представляет собой вертикально ориентированную калиброванную емкость, установленную с возможностью подвода к ней контролируемого потока газосодержащей жидкости через снабженный запорным устройством входной патрубок. Измерительная емкость оборудована измерительным средством, предназначенным для определения массы находящейся в емкости газосодержащей жидкости. В качестве указанного средства используются установленные соответственно в нижней и верхней частях измерительной емкости нижний и верхний гидростатические преобразователи давления. Измерительная емкость одновременно является сепаратором, верхняя ее часть соединена с газовой линией, а нижняя ее часть – с трубопроводом для отвода жидкости.

В каждом цикле измерения порцию газосодержащей жидкости направляют в измерительную емкость, при этом указанную жидкость подвергают сепарации, отводя выделяющийся при сепарации газ в газовую линию. Замеряют гидростатическое давление с использованием нижнего и верхнего гидростатических преобразователей давления, при этом ведут отсчет времени заполнения измерительной емкости от нижнего до верхнего фиксированных уровней. После достижения газосодержащей жидкостью верхнего уровня прекращают ее подачу в емкость. После прекращения подачи в емкость газосодержащей жидкости сепарация газа, то есть выход из жидкости растворенного в ней газа, продолжается. Наличие в измеряемом гидростатическом столбе поднимающихся вверх пузырьков газа приводит к нестабильности показаний гидростатических преобразователей давления в течение времени, пока не закончится процесс сепарации газа. В этой связи за расчетные принимают показания гидростатических преобразователей давления после того, как величины измеренных ими давлений достигнут стабильных (постоянных) значений, что говорит о завершении процесса сепарации газа в емкости. По окончании процесса измерения осуществляют слив газосодержащей жидкости из измерительной емкости.

Массовый расход газосодержащей жидкости определяют по зависимости, связывающей эту величину с разностью давлений, измеренных нижним и верхним гидростатическими преобразователями давления после завершения процесса сепарации газа, и временем заполнения емкости от нижнего до верхнего фиксированных уровней.

Основными недостатками указанной установки являются необходимость осуществления принудительной сепарации газа в емкости, а также невозможность получения точных значений измеряемых параметров до окончания процесса сепарации газа, что усложняет процесс измерения массового расхода газосодержащей жидкости и увеличивает время его проведения. Кроме того, данная установка, как и описанные выше установки циклического действия, в которых происходит отбор порций контролируемой жидкости в специальные измерительные камеры, не приспособлена для измерения контролируемых параметров в потоке газосодержащей жидкости. Между тем, в случае осуществления измерений в потоке транспортируемой по трубопроводу газосодержащей жидкости не требуется применение специального оборудования (такого как измерительные емкости или сепараторы, сборные коллекторы и прочее), в результате чего упрощается конструкция измерительных установок и снижается время проведения измерений, при этом не нарушается процесс транспортировки по трубопроводу потока контролируемой газосодержащей жидкости.

Задачей изобретения является обеспечение возможности измерения массового расхода в потоке газосодержащей жидкости при упрощении процесса измерения и уменьшении времени его проведения.

Сущность изобретения заключается в том, что в установке для определения массового расхода потока газосодержащей жидкости, включающей измерительный узел, содержащий измерительную камеру, установленную с возможностью подвода к ней контролируемого потока газосодержащей жидкости, а также измерительное средство, предназначенное для определения массы газосодержащей жидкости в указанной камере, согласно изобретению измерительный узел включает горизонтально ориентированный первый трубопровод, подключенный с возможностью протекания по нему контролируемого потока газосодержащей жидкости, а также соединенный параллельно с указанным первым трубопроводом второй трубопровод, все участки которого 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 первого трубопровода и который расположен с обеспечением протекания по нему газосодержащей жидкости снизу вверх, в качестве измерительной камеры использован указанный измерительный участок, в качестве измерительного средства, предназначенного для определения массы газосодержащей жидкости, использовано 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, причем установка содержит 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 основу работы заявляемой установки 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 отрезку 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 один из участков второго трубопровода, продольная ось которого ориентирована вертикально или наклонно относительно продольной оси первого трубопровода и который расположен с обеспечением протекания по нему газосодержащей жидкости снизу вверх, может быть использован для измерения массы столба газосодержащей жидкости в указанном участке трубопровода по мере его заполнения жидкостью, а по скорости изменения массы газосодержащей жидкости в рассматриваемом участке трубопровода можно судить о массовом расходе газожидкостного потока.

Таким образом, принципиальным отличием заявляемой установки от известных является то, что ее измерительный узел включает систему из двух параллельно соединенных и ориентированных друг относительно друга описанным выше образом первого и второго трубопроводов, при этом в качестве измерительной камеры, в которой осуществляется измерение массы поступающей в нее порции газосодержащей жидкости, использован соответствующим образом расположенный измерительный участок второго трубопровода, в котором измеряют массу столба газосодержащей жидкости по мере заполнения ею указанного участка.

В заявляемой установке в качестве измерительного средства, предназначенного для определения массы газосодержащей жидкости в измерительном участке второго трубопровода, использовано 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 указанного измерительного участка. Выбор радиоизотопного измерителя массы обусловлен тем, что указанное измерительное средство обладает высокой точностью измерения, причем его погрешность практически не зависит от наличия в жидкости свободного газа. 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.

Таким образом, заявляемая установка обеспечивает возможность измерения массового расхода в потоке газосодержащей жидкости, поскольку измерение осуществляется на одном из участков трубопровода, через который протекает контролируемый поток, при этом не прерывается процесс транспортировки по трубопроводу. За счет проведения измерений в потоке газосодержащей жидкости упрощается конструкция установки и сокращается время измерения. Кроме того, заявляемая установка позволяет осуществлять измерение массового расхода газосодержащей жидкости без ее сепарации, что также упрощает процесс измерения и сокращает его время.

На фиг.1 и фиг.2 представлены возможные конструктивные выполнения заявляемой установки.

Установка содержит измерительный узел, включающий горизонтально ориентированный первый трубопровод 1, подключенный с возможностью протекания по нему контролируемого потока газосодержащей жидкости. В качестве указанного трубопровода 1 может быть использован отрезок магистрального трубопровода 2, по которому осуществляется транспортировка газосодержащей жидкости (фиг.1), или специальный трубопровод (фиг.2), входящий в систему трубопроводов, обеспечивающих протекание по нему потока контролируемой жидкости, подаваемой из магистрального трубопровода 2. Измерительный узел также содержит второй трубопровод 3, соединенный параллельно с первым трубопроводом 1. Все участки трубопровода 3 расположены выше уровня размещения первого трубопровода 1. На первом трубопроводе 1 между зонами подсоединения к нему второго трубопровода 3 установлено запорное устройство 4. На втором трубопроводе 3 имеется измерительный участок 5, продольная ось которого ориентирована наклонно (фиг.1) или вертикально (фиг.2) относительно продольной оси первого трубопровода 1, при этом участок 5 расположен с обеспечением протекания по нему газосодержащей жидкости снизу вверх. Кроме того, установка также содержит первое радиоизотопное средство, включающее первый блок 6 источника излучения БИИ1 и первый блок 7 детектирования излучения БДИ1, расположенные напротив друг друга, один у верхнего, а другой у нижнего конца измерительного участка 5. Установка также содержит второе радиоизотопное средство, включающее второй блок 8 источника излучения БИИ2 и второй блок 9 детектирования излучения БДИ2, расположенные в верхней части измерительного участка 5 с двух его диаметрально противоположных сторон.

Установка, представленная на фиг.2, содержит дополнительные трубопроводы 10 и 11, с помощью которых горизонтально ориентированный трубопровод 1 подсоединен к магистральному трубопроводу 2. Установка также содержит запорные устройства 12 и 13, установленные соответственно на трубопроводах 10 и 11, и также запорное устройство 14, расположенное на магистральном трубопроводе 2.

Установка работает следующим образом (см. фиг.2).

Перед началом работы установки закрывают запорные устройства 14 и 4 и открывают запорные устройства 12 и 13. Поток контролируемой газосодержащей жидкости поступает по трубопроводу 10 в горизонтально ориентированный трубопровод 1, а затем начинает поступать в трубопровод 3, заполняя измерительный участок 5 в направлении снизу вверх. Измеряют массу жидкости в измерительном участке 5 по мере того, как она возрастает от минимального заданного значения до максимального заданного значения с помощью первого радиоизотопного средства, включающего блок 6 источника излучения БИИ1 и блок 7 детектора излучения БДИ1. При этом контролируют время, в течение которого происходит указанное возрастание массы жидкости. Одновременно с помощью второго радиоизотопного средства, включающего блок 8 источника излучения БИИ2 и блок 9 детектора излучения БДИ2, судят об отсутствии жидкости в верхней части участка 5. Измеренные значения массы жидкости, полученные при заполнении предварительно опорожненного участка 5, учитывают для определения массового расхода жидкости. Далее контролируемый поток жидкости полностью заполняет участок 5, протекает по остальным участкам трубопровода 3, вновь поступает в трубопровод 1 и по трубопроводу 11 возвращается в магистральный трубопровод 2. В дальнейшем движение потока жидкости по указанным трубопроводам осуществляется аналогичным образом, при этом измерение массы жидкости на участке 5 не производится, так как участок 5 полностью заполнен жидкостью, о чем судят с помощью второго радиоизотопного средства, включающего блок 8 источника излучения БИИ2 и блок 9 детектора излучения БДИ2. Открывают запорное устройство 4, после чего жидкость, протекающая по трубопроводу 1, в трубопровод 3 не поступает, и все его участки, в том числе участок 5, опорожняются.

Формула изобретения

Установка для определения массового расхода потока газосодержащей жидкости, включающая измерительный узел, содержащий измерительную камеру, установленную с возможностью подвода к ней контролируемого потока газосодержащей жидкости, а также измерительное средство, предназначенное для определения массы газосодержащей жидкости в указанной камере, отличающаяся тем, что измерительный узел включает горизонтально ориентированный первый трубопровод, подключенный с возможностью протекания по нему контролируемого потока газосодержащей жидкости, а также соединенный параллельно с указанным первым трубопроводом второй трубопровод, все участки которого 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 первого трубопровода и который расположен с обеспечением протекания по нему газосодержащей жидкости снизу вверх, в качестве измерительной камеры использован указанный измерительный участок, в качестве измерительного средства, предназначенного для определения массы газосодержащей жидкости, использовано 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, причем установка содержит 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.

РИСУНКИ