×
26.11.2019
219.017.e697

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ МАССОВОГО РАСХОДА НЕФТЕПРОДУКТОВ В ТРУБОПРОВОДЕ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к измерительной технике, в частности, для измерения массового расхода перекачиваемых по трубопроводам жидких нефтепродуктов в потоке в широком диапазоне величин расхода, а также для определения типа измеряемого нефтепродукта. Техническим результатом предлагаемого способа является обеспечение измерения массового расхода нефтепродуктов без нарушения целостности корпуса трубопровода, повышение точности измерений, увеличение частоты измерений для более точного измерения массового расхода в условиях переходных процессов, определения типа и плотности перекачиваемого нефтепродукта. Технический результат достигается использованием для измерений массового расхода нефтепродуктов акустических сигналов, возбуждаемых пьезоэлементами в направлении потока и обратно, не требующих прямого контакта с измеряемой средой, установленными со смещением в диаметральной плоскости на внешней поверхности корпуса трубопровода и обеспечивающими увеличение частоты измерений для повышения точности измерения массового расхода в переходных процессах, а также определение типа материала и его плотности по эталонной зависимости. Использование данного изобретения повышает эффективность нефтеперерабатывающих и нефтеналивных работ благодаря эффективности работы способа, упрощает установку реализующего его оборудования, увеличивает срок эксплуатации оборудования. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к измерительной технике, в частности, для измерения массового расхода перекачиваемых по трубопроводам жидких нефтепродуктов в потоке в широком диапазоне величин расхода, а также для определения типа измеряемого нефтепродукта.

Известны расходомеры, приборы, использующие эффект Кориолиса для измерения массового расхода жидкостей, газов. Принцип действия основан на изменениях фаз механических колебаний U-образных трубок, по которым движется измеряемая среда. Сдвиг фаз пропорционален величине массового расхода. Достоинством данного метода является измерение массового расхода без необходимости проводить дополнительные измерения плотности и скорости. Недостаток - необходимость использовать специальный участок трубы сложной формы и зависимость от внешних вибраций.

Известны расходомеры, основанные на разнице давлений в жидкости в зависимости от скорости ее протекания, например, патент RU 2222785.

Недостатком такого решения является необходимость установки датчиков давления непосредственно в трубопроводе и априорно знание типа перекачиваемой жидкости.

Известны устройства, взвешивающие часть трубы известного объема, и таким образом измеряющие плотность материала в трубе, например, «Способ измерения весового расхода газожидкостной смеси и устройство для его осуществления» - патент №2279641 (10.07.2006)), а также расходомер, измеряющий скорость движения материала в патенте №2367912 (12.05.2008). «Способ определения объемного расхода контролируемой среды в трубопроводе». Зная массу материала в трубе известного объема однозначно определяют плотность, а зная скорость движения материала и сечение трубы однозначно определяется массовый расход этого материала за единицу времени. Достоинством данного способа является измерение плотности и скорости, по которым вычисляется массовый расход. Недостатки - сложность установки, необходимость дорогостоящего обслуживания элементов трубы: шарнирного соединения, системы подвеса, самой трубы в процессе износа и коррозии, зависимость от вибраций трубы, на которой проводятся измерения.

Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является «Способ измерения массового расхода жидкого материала в трубопроводе» патент Японии JP 58-206926, G01F 1/80, 1983 г., реализация которого осуществляется установкой на прямую трубку пьезоэлемента, деформируемого путем приложения к нему переменного напряжения, выходных пьезоэлементов и блока определения разности фаз выходных сигналов.

Недостатком способа, принятого за прототип, является необходимость замены части трубопровода для перекачки измеряемых нефтепродуктов специальной трубкой известной жесткости, на которой снаружи закреплены три пьезоэлемента, один из которых является возбудителем вибраций всей трубки вместе с ее содержимым, а два других - приемниками выходных сигналов. Реализация способа требует врезки измерительной трубки с датчиками в трубопровод, что нарушает целостность трубопровода и в известной степени ухудшает метрологические характеристики способа так как отдельно определяется точность и стабильность результата измерения скорости, механические параметры трубки, защита от внешних вибраций и т.д.

Техническим результатом предлагаемого способа является обеспечение измерения массового расхода нефтепродуктов без нарушения целостности корпуса трубопровода, повышение точности измерений, увеличение частоты измерений для более точного измерения массового расхода в условиях переходных процессов, определения типа и плотности перекачиваемого нефтепродукта.

Технический результат достигается использованием для измерений массового расхода углеводородов акустических сигналов возбуждаемых пьезоэлементами не требующих прямого контакта с измеряемой средой, которые устанавливают на внешней поверхности корпуса трубопровода, и обеспечивающими количественное увеличение частоты измерений, что необходимо для более точного измерения массового расхода в переходных процессах.

Контроль качества продукции на предприятиях нефтепереработки и нефтепродуктообеспечения должен быть достаточно точным для ведения технологических процессов и в то же время оперативным и экономичным, чтобы не удорожать продукцию.

Плотность принято считать обобщенным универсальным показателем качества нефти и нефтепродуктов; ее измерение входит обязательным элементом в большинство технологических процессов обработки и транспортировки нефтепродуктов [1].

Плотность разных типов нефтепродуктов значительно (0,7…0,97 г/см3) отличается друг от друга [2,5]. Отличается она и у разных типов бензинов внутри одной группы (0,71-0,76 г/см3).

Методы измерения плотности разделяются на прямые и косвенные [2, 3]. К прямым следует отнести методы, основанные на механике жидкости, косвенные -основанные на зависимости между плотностью и различными физическими свойствами жидкости.

Наиболее универсальны по диапазонам измерения, точности и удобству эксплуатации - ультразвуковые методы измерения плотности, а наиболее точные из них при использовании накладных датчиков для измерения плотности через стенку трубы - скоростные методы измерения, то есть методы, основанные на измерении скорости звука в среде.

Скорость распространения ультразвука в нефтепродуктах может быть рассчитана на основании их физико-химического строения [4]:

1. Увеличение плотности вызывает увеличение скорости звука;

2. Увеличение молекулярного веса обуславливает уменьшение скорости звука;

3. Увеличение молекулярного объема ведет к увеличению скорости звука;

4. Из двух нефтепродуктов с близкими молекулярными весами скорость звука больше в более плотном;

5. В очень вязких нефтепродуктах скорость звука больше, чем в менее вязких;

6. При изменении химического строения углеводородной смеси нефтепродукта первичным является изменение сжимаемости. Так как сжимаемость β зависит от молекулярных сил притяжения или отталкивания, являющихся в основном электрическими силами, то β будет тем меньше, чем больше силы сцепления, то есть чем меньше расстояния между отдельными молекулами;

7. Увеличение отношения удельных теплоемкостей - приводит к увеличению скорости звука;

8. Увеличение числа групп ОН в молекулах вызывает уменьшение скорости звука.

Скорость звука в различных органических жидкостях с учетом ряда факторов, характеризующих взаимодействие молекул, может быть определена по выражению [5]:

где М - молекулярная масса, ρ - плотность жидкости, b - постоянная Ван-дер-Ваальса.

Учитывая, что плотность ρ определяется молекулярным весом М и молярным объемом V можно представить формулу для скорости звука в виде:

где b - учетверенное значение объема, занимаемого молекулами в одном моле; - отношение удельных емкостей.

Молекулярная масса нефти и нефтепродуктов как смеси дает понятие об относительной молекулярной массе «средней» молекулы из числа молекул, входящих в состав смеси, так как «молекулы нефтепродукта» не существует. Для определения молекулярной массы нефтепродуктов используют ряд эмпирических формул, например, формулу Воинова [4] для нефтяных фракций парафинового основания:

где tср - средняя температура кипения нефтепродукта.

Формула Воинова для моторных топлив (бензинов, керосинов и т.п.), учитывающая характеристический фактор K:

Формула Крега [4] для нефтяных фракций:

где ρ - плотность нефтепродукта при 15°С.

Таким образом, оказывается возможным измерить плотность нефтепродукта через прямое измерение скорости звука, используя акустические сигналы.

Скорость потока в трубе можно измерять теми же акустическими датчиками, что и плотность, если расположить их так, чтобы распространение сигнала происходило по направлению движения потока и против него. Угол ввода сигнала в среду определяется параметрами материала трубы и измеряемой жидкости, и чем меньше угол между направлением движения жидкости и направлением распространения сигнала тем лучше. Но при распространении сигнала от электроакустического излучателя через стенку трубы в измеряемую жидкость могут возникать зоны полного внутреннего отражения, при которых распространение сигнала между средами становится невозможным. Поэтому для стальной трубы и нефтепродуктов направление излучаемого акустического сигнала выбрано под углом равным 22…25 градусов от нормали к стенке трубы, так как при больших углах амплитуда излучаемого в жидкость сигнала сильно падает.

Сигнал с датчика в направлении движения потока распространяется быстрее, чем с датчика посылающего сигнал в обратном направлении, так как скорости распространения сигнала и движения среды в одном случае суммируются, а в другом - вычитаются. При движении потока под углом к направлению распространения сигнала суммируется скорость распространения сигнала и проекция скорости движения потока на направление распространения сигнала. В результате, получив два измерения двумя датчиками в двух направлениях, становится возможным измерить отдельно скорость звука в неподвижной среде и скорость движения среды (два независимых линейных уравнения и два неизвестных).

Предлагаемый способ реализован, с учетом изложенного, с использованием структуры масс-расходомера, представленной на фиг. 1.

Масс-расходомер состоит из генератора зондирующих импульсов (1), двух электроакустических преобразователей (2) и (3), установленных на внешней стенке трубы (4) с нефтепродуктами (5), усилителя-ограничителя (6), аналогово-цифрового преобразователя (7), фазового детектора, датчика температуры и блока цифровой обработки сигналов (8).

Блок цифровой обработки сигнала 8 обеспечивает полосовую фильтрацию, преобразование Гильберта, обнаружение сигнала, вычисление времени распространения сигнала от излучающего преобразователя к приемному, вычисление скорости звука при известном расстоянии между преобразователями 2 и 3.

Реализация способа с использованием масс-расходомера осуществляется следующим образом.

Генератор сигнала 1 формирует сигнал (пакет из нескольких импульсов, короткая тональная посылка или сложный сигнал), который подают на входы электроакустических преобразователей - пьезокерамических датчиков 2 и 3, установленных на наружной стенке трубопровода 4. Каждый датчик преобразует электрические импульсы в акустические и излучает их через стенку трубы в поток нефтепродуктов 5 направленно друг к другу и принимает сигнал с другой стороны трубы. Датчики располагают на наружной стенке в продольной плоскости трубопровода так, чтобы скорость потока нефтепродуктов существенно влияла на время распространения сигнала между датчиками, то есть со смещением относительно диаметральной плоскости по направлению потока. Принятые сигналы каждый датчик 2 и 3 преобразует акустический сигнал в электрический, который поступает затем последовательно на блоки усиления 6, фильтрации, аналогово-цифрового преобразователя 7 и цифровой обработки сигнала 8. На выходе блока цифровой обработки осуществляется одновременное формирование по эталонной зависимости [5] значения величины плотности, типа материала, скорости потока и массового расхода продукта. Первичное измерение - время распространения сигнала между датчиками. Наиболее точный результат позволяет получить фазовый метод измерения [6].

Как уже было сказано, по времени распространения сигнала между электроакустическими преобразователями вычисляется скорость звука в направлении движения потока

где r - расстояние между датчиками, Δt1 - время распространения сигнала, с - скорость звука в нефтепродукте, V - скорость потока, а - угол проекции скорости потока на направление движения сигнала. Против движения потока

и средняя скорость звука (для относительно небольших скоростей до 20…30 м/с)

По средней скорости звука определяют тип материала и его плотность, по разнице скоростей звука в направлении потока и против потока определяют скорость движения самого потока. Интегрированием по времени произведения скорости, плотности и площади поперечного сечения трубы однозначно определяют массу перекачанного материала

Где ρ(t) - текущая плотность в момент времени t, V(t) - текущая скорость в момент времени t, S - площадь поперечного сечения.

Таким образом, предлагаемое устройство реализует проведение измерения через стенку трубы плотности нефтепродукта, идентификацию его типа (из списка заданных), скорость движения смеси и массовый расход, обеспечивая высокую чувствительность, а, следовательно, и точность измерения, а также широкий диапазон измеряемых плотностей и скоростей.

Использование данного изобретения повышает эффективность нефтедобывающих, нефтеперерабатывающих и эксплуатирующих организаций благодаря использованию надежного, точного и при этом недорогого способа измерения массового расхода нефтепродуктов без нарушения корпуса транспортирующего трубопровода, и как следствие обеспечивает снижение стоимости оборудования для проведения данных измерений.

Литература:

1. Когогин А.А. Учет нефти и нефтепродуктов. Метрологическое обеспечение / А.А. Когогин, И.И. Фишман, А.Г. Сладовский // Контроль качества продукции. - 2010. - №1. - С 28-31

2. Рыбак Б.М. Анализ нефти и нефтепродуктов / Б.М. Рыбак. - 5-е изд., доп. И пераб. - М.:Гостоптехиздат, 1962. - 888 с.

3. Беляков В.Л. Автоматический контроль параметров нефтяных эмульсий: справочное пособие. - М.: Недра, 1992. - 202 с.

4. Шаевич А.Б. Стандартные образцы для аналитических целей / А.Б. Шаевич. - М.: Химия, 1987. - 183 с.

5. Р 50.2.076-2010. Государственная система обеспечения единства измерений. Плотность нефти и нефтепродуктов. Метода расчета. Программа и таблицы приведения.

6. Баженов В.Г. Применение методов фазометрии для прецезионного измерения расстояний / В.Г. Баженов, Е.К. Батуревич, С.М. Маевский, Ю.В. Куц // К.: Вища школа, изд-во при Киев ун-те, 1983. - 84 с.


СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ МАССОВОГО РАСХОДА НЕФТЕПРОДУКТОВ В ТРУБОПРОВОДЕ
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ МАССОВОГО РАСХОДА НЕФТЕПРОДУКТОВ В ТРУБОПРОВОДЕ
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ МАССОВОГО РАСХОДА НЕФТЕПРОДУКТОВ В ТРУБОПРОВОДЕ
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 23 items.
25.08.2017
№217.015.ab55

Гидроакустический измеритель местоположения необитаемого подводного аппарата

Изобретение относится к области средств позиционирования необитаемого подводного аппарата (НПА) по его гидроакустическому полю, в частности на мобильных полигонах для отработки НПА при отсутствии гидроакустического маяка на его борту. Для повышения точности измерения скорости шумящего НПА и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002612329
Дата охранного документа: 07.03.2017
25.08.2017
№217.015.c1fb

Корпус судна туннельного типа с демпфирующими пластинами

Изобретение относится к области судостроения, в частности к конструированию корпуса судна туннельного типа. Предложен корпус судна туннельного типа, имеющий надводный корпус и подводный корпус с днищем, выполненным по крайней мере с одним продольным аркообразным в поперечном сечении каналом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002617876
Дата охранного документа: 28.04.2017
19.01.2018
№218.016.061a

Система пассивного отвода тепла реакторной установки

Система пассивного отвода тепла относится к области атомной энергетики, предназначена для отвода остаточных тепловыделений от реакторной установки и может быть использована в системах пассивного расхолаживания реакторных установок без потребления внешних источников энергии. Система пассивного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002631057
Дата охранного документа: 18.09.2017
19.01.2018
№218.016.0679

Способ оперативного контроля остойчивости судна в чрезвычайных ситуациях

Изобретение относится к способу оперативного контроля остойчивости судна в чрезвычайных ситуациях. Для осуществления способа генерируют варианты функциональной и организационной структуры системы управления (СУ) бортовой интеллектуальной системой (БИС), моделируют режимы функционирования СУ БИС...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002631127
Дата охранного документа: 19.09.2017
10.05.2018
№218.016.4b85

Секция корпуса подводного аппарата

Изобретение относится к области судостроения, а именно к конструкциям корпусов подводных аппаратов. Предложена секция корпуса подводного аппарата, содержащая наружный корпус и внутренний корпус. Наружный корпус выполнен в виде цилиндрической оболочки из эластичного материала, которая закреплена...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002651941
Дата охранного документа: 24.04.2018
29.05.2018
№218.016.57be

Способ подводного пуска необитаемого подводного аппарата с плавучего объекта и пусковой комплекс для его реализации

Изобретение относится к области судостроения, в частности к устройствам пуска с надводных и подводных носителей самоходных необитаемых подводных аппаратов (НПА), и может быть установлено на судах различного назначения. Предложен способ подводного пуска НПА с плавучего объекта, согласно которому...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002654888
Дата охранного документа: 23.05.2018
09.06.2018
№218.016.5c06

Способ обнаружения объектов в активной локации

Изобретение относится к активной локации, а именно к способам обработки эхосигналов с использованием инструментов сверхразрешения для применения в информационно-измерительных системах, основанных на обработке отраженного от объекта локации сигналов, то есть акустической локации и гидролокации,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002655664
Дата охранного документа: 29.05.2018
20.06.2018
№218.016.648e

Способ сверхразрешения сигналов по времени в активной локации

Изобретение относится к области активной локации, а именно к способам обработки эхосигналов в информационно-измерительных системах, системах РЛС и гидролокаторах, работающих в режимах активного распознавания слабоконтрастных целей с использованием инструментов сверхразрешения на фоне...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002658075
Дата охранного документа: 19.06.2018
29.03.2019
№219.016.edcb

Судовая электроэнергетическая установка

Изобретение относится к судостроению, а именно к электроэнергетическим установкам судов с преобразователями частоты и гребными электродвигателями. Судовая электроэнергетическая установка содержит главные дизели или турбины и главные синхронные генераторы, обмотки статоров которых через...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002683042
Дата охранного документа: 26.03.2019
22.06.2019
№219.017.8e3a

Поплавковая волновая электростанция

Изобретение относится к производству электроэнергии путем преобразования энергии волн. Поплавковая волновая электростанция содержит обтекаемые герметичные пары поплавков 1 и 2. Пара поплавков 1 является основанием носовой части. Пара поплавков 2 является основанием кормовой части...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002692187
Дата охранного документа: 21.06.2019
Showing 1-5 of 5 items.
09.06.2018
№218.016.5c06

Способ обнаружения объектов в активной локации

Изобретение относится к активной локации, а именно к способам обработки эхосигналов с использованием инструментов сверхразрешения для применения в информационно-измерительных системах, основанных на обработке отраженного от объекта локации сигналов, то есть акустической локации и гидролокации,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002655664
Дата охранного документа: 29.05.2018
20.06.2018
№218.016.648e

Способ сверхразрешения сигналов по времени в активной локации

Изобретение относится к области активной локации, а именно к способам обработки эхосигналов в информационно-измерительных системах, системах РЛС и гидролокаторах, работающих в режимах активного распознавания слабоконтрастных целей с использованием инструментов сверхразрешения на фоне...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002658075
Дата охранного документа: 19.06.2018
29.03.2019
№219.016.f166

Стартстопная система связи

Изобретение относится к электросвязи и радиосвязи и может использоваться в проводных, радиорелейных и космических системах связи. Достигаемый технический результат - повышение помехоустойчивости приема сигнала, обнаружение ошибки при наличии помех и обеспечение приема сигналов с достаточно...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002396722
Дата охранного документа: 10.08.2010
29.03.2019
№219.016.f5f1

Система радиосвязи с множественным доступом

Изобретение относится к области радиосвязи и может быть использовано в системах радиосвязи, использующих шумоподобные сигналы, в том числе в системах с множественным доступом. Достигаемый технический результат - увеличение количества абонентов, работающих в общей полосе частот, при неизменной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002450452
Дата охранного документа: 10.05.2012
17.07.2019
№219.017.b507

Способ измерения плотности пульпы

Изобретение относится к измерительной технике и может применяться для определения плотности пульпы в потоке с широко измеряющимся диапазоном ее расхода, в частности для контроля плотности пульпы в процессе дноуглубительных или добычных работ на земснарядах. Способ измерения плотности пульпы...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002694448
Дата охранного документа: 15.07.2019
+ добавить свой РИД