RU2315960C2

RU2315960C2 - Method and device for measuring parameters of flowing multi-component fluids

Info

Publication number: RU2315960C2
Application number: RU2005139382/28A
Authority: RU
Inventors: Михаил Евгеньевич Бочаров
Original assignee: Михаил Евгеньевич Бочаров
Priority date: 2005-12-15
Filing date: 2005-12-15
Publication date: 2008-01-27
Also published as: RU2005139382A

Abstract

FIELD: measuring technique.

SUBSTANCE: method comprises measuring concentration of components, flow rate of the fluid, and thickness of sediments on the pipeline wall by means of a probing unit mounted inside the pipeline. The probing unit has three capacitive pickups, temperature gage, and contact pickup. The capacitive pickups cycles measurements at various frequencies of alternating voltage, and the additional contact pickup measure permanently. Voltages of different frequencies are applied to the capacitive pickup in series from the appropriate measuring unit that is mounted in the vicinity of the probing unit. The data obtained are processed with a computer. The probing and measuring units are connected with the computer through an additional central processor.

EFFECT: simplified method of measuring.

2 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть применено для измерения параметров многокомпонентных сред в трубопроводах в нефтяной, газовой, химической, пищевой и других отраслях промышленности.The invention relates to measuring equipment and can be used to measure the parameters of multicomponent media in pipelines in the oil, gas, chemical, food and other industries.

Известен способ для измерения параметров проточных многокомпонентных сред, проходящих по одному трубопроводу, таких как соотношение компонентов, расход среды и толщина наросшего слоя на стенке трубопровода, с помощью установленного в разрыв трубопровода зондирующего блока с емкостным датчиком и датчиком температуры и измерительного блока, размещенного в непосредственной близости от зондирующего блока, и включающий обработку результатов измерения в электронно-вычислительной машине с банком данных, при этом все измерения проводят одновременно внутри зондирующего блока (см. описание к патенту РФ №2063615, МПК 6 G01F 1/56, публикация 10.07.1996 г.).A known method for measuring the parameters of flowing multicomponent media passing through one pipeline, such as the ratio of components, medium flow rate and the thickness of the overgrown layer on the wall of the pipe, using a probe block installed in the pipe gap with a capacitive sensor and a temperature sensor and a measuring unit located in the immediate proximity to the probe unit, and including processing the measurement results in an electronic computer with a data bank, while all measurements are carried out TERM inside the probe unit (see. the disclosure of patent RF №2063615, 6 IPC G01F 1/56, publication of 10.07.1996).

Недостатком известного способа, принятого за прототип, является то, что известный способ имеет повышенную сложность при использовании при проведении измерений в условиях нескольких потоков, а также при удалении зондирующего и измерительного блоков от электронно-вычислительной машины.The disadvantage of this method, adopted as a prototype, is that the known method has increased complexity when used when measuring in conditions of multiple flows, as well as when removing the probe and measuring units from an electronic computer.

Известно устройство для измерения параметров проточных многокомпоненнтных сред, проходящих по одному трубопроводу, содержащее последовательно соедененные между собой установленный в разрыв трубопровода зондирующий блок с расположенными внутри него основным емкостным датчиком и датчиком температуры, измерительный блок, размещенный в непосредственной близости от зондирующего блока, а также электронно-вычислительную машину с банком данных, при этом корпус зондирующего блока выполнен из радиопрозрачного материала. Устройство дополнительно содержит соединенный последовательно в замкнутую цепь управляемый генератор, резонансный контур, первичный преобразователь и экстремальный регулятор, а также управляемый СВЧ-генератор, измеритель фазовых сдвигов, циркулятор и расходомер (см. описание к патенту РФ №2063615, МПК 6 G01F 1/56, публикация 10.07.1996 г.).A device is known for measuring the parameters of flowing multicomponent media passing through a single pipeline, comprising a sounding unit sequentially connected to each other installed in a pipeline rupture with a main capacitive sensor and a temperature sensor located inside it, a measuring unit located in the immediate vicinity of the sounding unit, as well as electronically - a computer with a data bank, while the body of the probe unit is made of radiolucent material. The device additionally contains a controllable oscillator connected in series in a closed circuit, a resonant circuit, a primary converter and an extreme regulator, as well as a controllable microwave generator, a phase shift meter, a circulator and a flow meter (see the description of the RF patent No. 2063615, IPC 6 G01F 1/56 publication July 10, 1996).

Недостатком известного устройства, принятого за прототип, является его сложность.A disadvantage of the known device adopted for the prototype is its complexity.

Задачей заявляемого изобретения является расширение сферы применения способа и расширение функциональных возможностей устройства.The task of the invention is to expand the scope of the method and expand the functionality of the device.

Сущность изобретения заключается в следующем.The invention consists in the following.

1. Способ для измерения параметров проточных многокомпонентных сред, проходящих по крайней мере по одному трубопроводу, таких как соотношение компонентов, расход среды и толщина наросшего слоя на стенке трубопровода, с помощью установленного в разрыв трубопровода зондирующего блока с емкостным датчиком и датчиком температуры и измерительного блока, размещенного в непосредственной близости от зондирующего блока, и включающий обработку результатов измерения в электронно-вычислительной машине с банком данных, при этом все измерения проводят одновременно внутри зондирующего блока,1. A method for measuring parameters of flowing multicomponent media passing through at least one pipeline, such as the ratio of components, flow rate and thickness of the overgrown layer on the pipe wall, using a probe block installed in the pipe gap with a capacitive sensor and a temperature sensor and a measuring unit located in the immediate vicinity of the probe unit, and including the processing of measurement results in an electronic computer with a data bank, while all measurements are about odyat simultaneously within the probe unit,

отличающийся тем, чтоcharacterized in that

измерения параметров многокомпонентной среды, проходящей по одному трубопроводу, проводят циклично с помощью трех емкостных датчиков при разных частотах переменного напряжения, а с помощью дополнительного контактного датчика - постоянно, при этом напряжения с различными частотами на емкостной датчик последовательно подают соответствующим измерительным блоком, размещенным в непосредственной близости от зондирующего блока, а связь измерительного и зондирующего блоков с электронно-вычислительной машиной осуществляют через дополнительный центральный процессор.the parameters of a multicomponent medium passing through one pipeline are measured cyclically using three capacitive sensors at different frequencies of alternating voltage, and using an additional contact sensor, continuously, while voltages with different frequencies are fed to the capacitive sensor in series with the corresponding measuring unit located in the immediate proximity to the probe unit, and the connection of the measuring and probe units with the electronic computer is carried out through ln central processor.

2. Устройство для измерения параметров проточных многокомпонентных сред, проходящих по крайней мере по одному трубопроводу, содержащее последовательно соединенные между собой установленный в разрыв трубопровода зондирующий блок с расположенными внутри него первым основным емкостным датчиком и датчиком температуры, измерительный блок, размещенный в непосредственной близости от зондирующего блока, а также электронно-вычислительную машину с банком данных, при этом корпус зондирующего блока выполнен из радиопрозрачного материала,2. A device for measuring the parameters of flowing multicomponent media passing through at least one pipeline, comprising a sounding unit installed in series with each other and installed inside a pipeline rupture with a first main capacitive sensor and a temperature sensor located inside it, a measuring unit located in the immediate vicinity of the sounding unit, as well as an electronic computer with a data bank, while the body of the probe unit is made of radiolucent material,

отличающееся тем, чтоcharacterized in that

в зондирующем блоке дополнительно установлены второй основной емкостной датчик, дополнительный емкостной датчик, линейные размеры которого вдоль потока меньше соответствующих размеров основного емкостного датчика, с обеих сторон по ходу потока среды окруженный покрытием в передней части корпуса зондирующего блока, аналогичным покрытию трубопровода, и контактный датчик, при этом электронно-вычислительная машина подключена к дополнительному центральному процессору, соединенному по крайней мере с одним измерительным блоком.a second main capacitive sensor is additionally installed in the probing unit, an additional capacitive sensor, the linear dimensions of which along the flow are smaller than the corresponding dimensions of the main capacitive sensor, surrounded on both sides by a coating in front of the probing unit body, similar to the pipeline coating, and a contact sensor, while the electronic computer is connected to an additional central processor connected to at least one measuring unit.

Это позволяет получить технический результат: упрощение при проведении измерений в условиях нескольких потоков, а также при удалении зондирующих блоков и измерительных блоков от электронно-вычислительной машины.This allows you to get a technical result: simplification when conducting measurements in the conditions of several streams, as well as when removing the probing blocks and measuring blocks from the electronic computer.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:The invention is illustrated by drawings, where:

- на фиг.1 показано устройство для измерения параметров проточных многокомпонентных сред, общая схема для четырех трубопроводов;- figure 1 shows a device for measuring the parameters of flow multicomponent media, a General diagram for four pipelines;

- на фиг.2 - то же, зондирующий блок, разрез;- figure 2 is the same probing unit, section;

- на фиг.3 - то же, зондирующий блок, сечение А-А;- figure 3 is the same probing unit, section aa;

- на фиг.4 - то же, зондирующий блок, сечение Б-Б;- figure 4 is the same probing unit, section BB;

- на фиг.5 - то же, зондирующий блок, сечение В-В.- figure 5 is the same probing unit, section bb.

Устройство для измерения параметров проточных многокомпонентных сред содержит установленный в разрыве трубопровода 1 зондирующий блок 2, с расположенными внутри его обкладками дополнительного емкостного датчика 3, а также обкладками двух основных емкостных датчиков 4 и 5 и датчика 6 температуры. Также устройство содержит расположенные на внутренней поверхности зондирующего блока 2 обкладки контактного датчика 7. Обкладки всех датчиков присоединены с помощью электрических проводников к измерительному блоку 8 регистрирующего блока 9. Обкладки дополнительного емкостного датчика 3 присоединены с помощью электрических проводников 10, обкладки основных емкостных датчиков 4 и 5 с помощью электрических проводников 11 и 12, обкладки контактного датчика 7 с помощью электрических проводников 13, а датчик 6 температуры присоединен с помощью электрических проводников 14. Регистрирующий блок 9 состоит из электронно-вычислительной машины 15, центрального процессора 16 и четырех измерительных блоков 8. Все устройства, входящие в регистрирующий блок 9, соединены электрическими проводниками. Причем в зависимости от условий эксплуатации устройства, месторасположения измеряемых трубопроводов, их общего количества и объема необходимой информации, получаемой от проточной среды, нахождение центрального процессора и электронно-вычислительной машины может быть удалено от зондирующего блока 2 и измерительного блока 8. Измерительный блок 8 является составной частью регистрирующего блока 9, но всегда располагается в непосредственной близости от зондирующего блока 2. При значительном удалении зондирующего блока 2 и соответственно измерительного блока 8 от центрального процессора 16 соединение между измерительным блоком 8 и центральным процессором 16 вместо электрических проводников 17 может осуществляться радиосвязью 18. Крепление зондирующего блока 2 осуществляется в разрыве трубопровода 1 с помощью фланцевых соединений 19, которые расположены с обеих сторон корпуса зондирующего блока 2. Обкладки всех емкостных датчиков параллельны плоскости, в которой находится ось зондирующего блока 2, и находятся внутри корпуса зондирующего блока 2 таким образом, чтобы полностью охватывать отверстие 20, по которому проходит поток многокомпонентной среды. Контактный датчик 7 выполнен в виде двух одинаковой толщины обкладок, расположенных на образующей отверстия 20 для прохода потока многокомпонентной среды внутри зондирующего блока 2 таким образом, что их наличие не влияет на режим движения проточной среды внутри зондирующего блока 2. На одной из обкладок изнутри зондирующего блока 2 установлен датчик 6 температуры. Покрытие 21 в передней части внутренней поверхности зондирующего блока 2, аналогичное по прилипаемости компонентов проточной среды материалу трубопровода, расположено на внутренней образующей зондирующего блока 2 с обеих сторон от рабочего окна 22 обкладок дополнительного емкостного датчика 3. Обычно в качестве такого покрытия, аналогичного по степени прилипаемости материалу трубопровода 1, может быть сталь, то есть тот материал, из которого сделан сам трубопровод 1. Материал, из которого изготовлен зондирующий блок 2, механически прочный и, в зависимости от типа проточной многокомпонентной среды, для измерения параметров которой предназначен зондирующий блок 2, обеспечивает неприлипаемость компонентов среды к поверхности зондирующего блока 2. Вместе с тем материал зондирующего блока 2 обеспечивает проведение емкостных измерений, то есть является радиопрозрачным. Выход электрических проводников к измерительному блоку 8 из зондирующего блока 2 закрыт герметической крышкой 23. Исполнение зондирующего блока 2 соответствует классу взрывозащиты, необходимого для оборудования, применяемого при работе с измеряемой многокомпонентной средой. Расположение датчиков зондирующего блока 2 показано на фиг.2, фиг.3, фиг.4, фиг.5.A device for measuring the parameters of flowing multicomponent media contains a probe unit 2 installed in the gap of the pipeline 1, with the plates of the additional capacitive sensor 3 located inside it, as well as the plates of the two main capacitive sensors 4 and 5 and the temperature sensor 6. The device also contains located on the inner surface of the probing unit 2, the plates of the contact sensor 7. The plates of all sensors are connected using electrical conductors to the measuring unit 8 of the recording unit 9. The plates of the additional capacitive sensor 3 are connected using electric conductors 10, the plates of the main capacitive sensors 4 and 5 using electrical conductors 11 and 12, the lining of the contact sensor 7 using electrical conductors 13, and the temperature sensor 6 is connected by electronic electrical conductors 14. The recording unit 9 consists of an electronic computer 15, a central processor 16 and four measuring units 8. All devices included in the recording unit 9 are connected by electrical conductors. Moreover, depending on the operating conditions of the device, the location of the measured pipelines, their total number and the amount of necessary information received from the flowing medium, the location of the central processor and the electronic computer can be removed from the probe unit 2 and the measuring unit 8. The measuring unit 8 is a composite part of the recording unit 9, but is always located in close proximity to the probing unit 2. With a significant removal of the probing unit 2 and, accordingly, the measuring unit 8 from the central processor 16, the connection between the measuring unit 8 and the central processor 16 instead of the electrical conductors 17 can be carried out by a radio link 18. The sounding unit 2 is mounted in the gap of the pipeline 1 by means of flange connections 19, which are located on both sides of the body of the sounding unit 2. The plates of all capacitive sensors are parallel to the plane in which the axis of the probe unit 2 is located, and are located inside the case of the probe unit 2 so that vatyvat opening 20 through which passes a stream of multicomponent medium. The contact sensor 7 is made in the form of two identical thicknesses of the plates located on the generatrix of the hole 20 for the passage of the flow of the multicomponent medium inside the probe block 2 so that their presence does not affect the flow of the fluid inside the probe block 2. On one of the plates from the inside of the probe block 2 a temperature sensor 6 is installed. Coating 21 in front of the inner surface of the probe unit 2, similar in adhesiveness of the components of the flow medium to the pipe material, is located on the inner generatrix of the probe unit 2 on both sides of the working window 22 of the plates of the additional capacitive sensor 3. Usually as such a coating, similar in degree of adhesion the material of the pipeline 1 may be steel, that is, the material from which the pipeline itself is made 1. The material from which the sounding unit 2 is made is mechanically strong , Depending on the type of multi-component medium flow, for measuring parameters of a probe which is block 2, provides stickiness components of the medium to the probe surface of the block 2. However, the material of the probing unit 2 provides the holding capacitance measurements, i.e. is radio waves. The output of the electrical conductors to the measuring unit 8 from the probing unit 2 is closed by a hermetic cover 23. The design of the probing unit 2 corresponds to the explosion protection class required for equipment used when working with a measured multicomponent medium. The location of the sensors of the probe unit 2 is shown in figure 2, figure 3, figure 4, figure 5.

Способ измерения параметров проточных многокомпонентных сред осуществляют следующим образом. Внутри зондирующего блока 2 производят одновременно электрические измерения проточной среды всеми датчиками, входящими в состав зондирующего блока 2. Информация от датчиков поступает в регистрирующий блок 9, где проводят ее анализ и обработку. Особенностью измерений емкостными датчиками зондирующего блока является их цикличность при многократности измерений одного и того же локального объема проточной среды при каждом цикле измерений, при заранее определенных фиксированных частотах переменного напряжения, подаваемого одновременно на обкладки всех емкостных датчиков. То есть производят цикл измерений с повторением внутри каждого цикла многократных измерений емкостными датчиками при заранее определенных фиксированных частотах. Частота напряжения каждого из измерений цикла зависит от типа проточной среды и возможных компонентов, входящих в ее состав. Различные, заранее определенные фиксированные частоты необходимы для приближения к резонансной частоте колебательного контура для того из случаев, когда между обкладками емкостного датчика находится один из предполагаемых компонентов многокомпонентной среды в чистом виде или несколько компонентов в любом сочетании в данной проточной среде. Количество фиксированных частот определяют в зависимости от количества возможных компонентов среды, что обычно известно заранее, например, в нефти, кроме различного типа нефти могут быть газ, различной солености вода, парафин, механические примеси и т.д. В газе, кроме газа, может быть газовый конденсат, вода, механические примеси, а, например, в молоке - частицы сгруппировавшихся жиров, воздух, механические примеси, и так для любого типа измеряемой многокомпонентной среды. Колебательных контуров три, в каждый входит один из емкостных датчиков и один из трех комплектов приборов измерительного блока 8. Например, на все емкостные датчики одновременно приборы измерительного блока 8 подают переменные напряжения одной фиксированной частоты, и при этой частоте производят электрические измерения одновременно на всех емкостных датчиках. Затем процесс измерения повторяют, но только с переменными напряжениями другой фиксированной частоты. Так продолжается пока не завершится определенный типом многокомпонентной среды цикл измерения. После завершения цикл повторяется. Скорость выполнения цикла достаточна для того, чтобы проточная многокомпонентная среда за весь цикл измерения внутри зондирующего блока была неизменна. Время, затраченное на прохождение проточной средой с одинаковыми параметрами от первого до второго основного емкостного датчика, и расстояние между этими датчиками являются показателями, позволяющими определить скорость и расход среды. Для определении толщины слоя налипания компонентов проточной многокомпонентной среды на стенки трубопровода используют сравнение данных от разных емкостных датчиков зондирующего блока, дополнительного и основного, между собой и с данными лабораторных исследований. Дополнительный датчик находится в условиях, при которых между его обкладками внутри зондирующего блока образуется слой налипших компонентов многокомпонентной среды, аналогичный слою, налипшему в трубопроводе, а условия по налипаемости в остальной части зондирующего блока исключают образование такого слоя. Подбор материала корпуса зондирующего блока по условиям механической прочности и по условиям неприлипаемости компонентов среды, также как и подбор материала контактных датчиков с дополнительными требованиями по электропроводности и по теплопроводности, выполняют исходя из типа измеряемой многокомпонентной среды и размеров трубопровода. Линейные размеры дополнительного емкостного датчика, вдоль направления потока, меньше соответствующих размеров основного емкостного датчика, это необходимо для сокращения размеров рабочего окна дополнительного емкостного датчика, большой размер которого может повлиять на целостность образующегося слоя налипших компонентов. Разницу в размерах учитывают при сравнении результатов измерений. Обработку и выдачу результатов измерений проводят одновременно от нескольких трубопроводов с различными по составу многокомпонентными средами. Определяемые электрические параметры, такие как температура среды от датчика температуры, электропроводность и сопротивление постоянному току от контактного датчика, электрическая емкость от емкостных датчиков, необходимы для анализа параметров проточной среды. При анализе и обработке результатов измерений производят сравнение электрических параметров проточной среды, полученных реально от датчиков зондирующего блока с результатами, полученными в ходе предварительных лабораторных исследований той же среды с различным содержанием компонентов и предшествующих результатов проточной среды, которые хранятся в памяти электронно-вычислительной машины. При анализе полученных результатов измерений определяют такие параметры среды как, объемное содержание компонентов среды, скорость потока, общий расход и расход каждой компоненты, толщину слоя налипания компонентов среды на стенки трубопровода, температуру и электропроводность среды, режим движения проточной среды, присутствие в среде газовоздушных, водных, механических включений, а также наличие неоднородностей, входящих в среду компонентов. Неоднородности компонентов, входящих в проточную среду, могут быть в виде наличия стабильных или нестабильных факторов проточной среды, например для нефти - наличие компонентов среды в виде сгруппированных глобул. Режим движения проточной среды анализируют на основе большого количества данных измеренных в реальных и лабораторных условиях, что позволяет классифицировать режим движения как «расслоенный», «кольцевой» или «снарядный» с прерывистым включением газовоздушных компонентов. Подобные режимы характерны, например, для нефти с содержанием газа и воды.The method of measuring the parameters of flow multicomponent media is as follows. Inside the probe unit 2, electrical measurements of the flowing medium are simultaneously performed by all the sensors included in the probe unit 2. Information from the sensors enters the recording unit 9, where it is analyzed and processed. A feature of measurements by the capacitive sensors of the probe unit is their cyclical nature when the measurements of the same local volume of the flowing medium are repeated for each measurement cycle, at predetermined fixed frequencies of the alternating voltage applied simultaneously to the plates of all capacitive sensors. That is, a measurement cycle is performed with repeated measurements within each cycle of multiple measurements by capacitive sensors at predetermined fixed frequencies. The voltage frequency of each of the measurements of the cycle depends on the type of flow medium and the possible components that make up its composition. Various predetermined fixed frequencies are necessary to approach the resonant frequency of the oscillatory circuit for the case when between the plates of the capacitive sensor there is one of the proposed components of a multicomponent medium in pure form or several components in any combination in a given flow medium. The number of fixed frequencies is determined depending on the number of possible components of the medium, which is usually known in advance, for example, in oil, in addition to various types of oil, there can be gas, water, paraffin, mechanical impurities of various salinity, etc. In gas, in addition to gas, there can be gas condensate, water, mechanical impurities, and, for example, in milk - particles of grouped fats, air, mechanical impurities, and so on for any type of measured multicomponent medium. There are three oscillatory circuits, each of which includes one of the capacitive sensors and one of three sets of devices of the measuring unit 8. For example, all capacitive sensors simultaneously have the devices of the measuring unit 8 supply alternating voltages of one fixed frequency, and at this frequency, electrical measurements are performed simultaneously on all capacitive sensors. Then the measurement process is repeated, but only with alternating voltages of another fixed frequency. This continues until a measurement cycle defined by the type of multicomponent medium is completed. After completion, the cycle repeats. The speed of the cycle is sufficient so that the flow multicomponent medium for the entire measurement cycle inside the probe block is unchanged. The time taken for a flowing medium to pass with the same parameters from the first to the second main capacitive sensor, and the distance between these sensors are indicators that allow you to determine the speed and flow rate of the medium. To determine the thickness of the sticking layer of the components of a flowing multicomponent medium on the walls of the pipeline, a comparison of data from different capacitive sensors of the probe unit, additional and main, is used between each other and with laboratory research data. The additional sensor is in conditions under which a layer of adherent components of a multicomponent medium is formed between its plates inside the probing unit, similar to the layer adhered to the pipeline, and the conditions for adherence in the rest of the probing unit exclude the formation of such a layer. The selection of the material of the body of the probe unit according to the conditions of mechanical strength and the conditions of non-stickiness of the components of the medium, as well as the selection of the material of the contact sensors with additional requirements for electrical conductivity and thermal conductivity, are performed based on the type of measured multicomponent medium and the dimensions of the pipeline. The linear dimensions of the additional capacitive sensor, along the flow direction, are smaller than the corresponding dimensions of the main capacitive sensor, this is necessary to reduce the size of the working window of the additional capacitive sensor, the large size of which can affect the integrity of the formed layer of adhering components. The difference in size is taken into account when comparing the measurement results. Processing and issuing of measurement results is carried out simultaneously from several pipelines with different composition of multicomponent media. Determined electrical parameters, such as the temperature of the medium from the temperature sensor, electrical conductivity and DC resistance from the contact sensor, the electric capacitance from capacitive sensors, are necessary for the analysis of the parameters of the flowing medium. When analyzing and processing the measurement results, a comparison is made of the electrical parameters of the flowing medium obtained actually from the sensors of the probing unit with the results obtained during preliminary laboratory studies of the same medium with different contents of components and previous results of the flowing medium, which are stored in the memory of an electronic computer. When analyzing the obtained measurement results, such environmental parameters as volumetric content of medium components, flow rate, total flow rate and consumption of each component, thickness of the sticking layer of medium components on the pipe walls, temperature and electrical conductivity of the medium, flow mode of the flow medium, presence of gas-air in the medium, water, mechanical inclusions, as well as the presence of heterogeneities included in the environment of the components. Inhomogeneities of the components included in the flowing medium can be in the form of the presence of stable or unstable factors of the flowing medium, for example, for oil, the presence of the components of the medium in the form of grouped globules. The motion regime of the flow medium is analyzed on the basis of a large amount of data measured in real and laboratory conditions, which allows us to classify the motion regime as “layered”, “annular” or “slug” with intermittent inclusion of gas-air components. Such regimes are characteristic, for example, for oil with a gas and water content.

Устройство для осуществления способа измерения параметров проточных многокомпонентных сред работает следующим образом. При движении многокомпонентной среды по трубопроводу 1 и установленному в разрыве трубопровода 1 зондирующему блоку 2 внутри сквозного отверстия 20 зондирующего блока 2 и соответственно между парами обкладок каждого емкостного и контактного датчиков образуется определенная среда, по результатам многократных электрических измерений которой определяют ее параметры. Между обкладками контактного датчика измеряют электропроводность проточной среды и сопротивление постоянному току. Для этих целей материал обкладок контактного датчика 7 обеспечивает неприлипаемость компонентов проточной среды к поверхности обкладок. Обкладки контактного датчика теплопроводны, что обеспечивает измерение датчиком 6 температуры проточной среды. При разных фиксированных частотах переменных напряжений, последовательно подаваемых на емкостные датчики приборами, входящими в измерительный блок 8, определяют электрическую емкость каждого емкостного датчика. Порядок подачи переменных напряжений на обкладки емкостных датчиков и подбор фиксированных частот определяют электронно-вычислительной машиной 15, исходя из типа многокомпонентной среды и уровня необходимой информации о параметрах среды. Принятый порядок циклических измерений одинаков для всех емкостных датчиков. Переменные напряжения определенной фиксированной частоты подают на все емкостные датчики одновременно. Для этого в составе измерительного блока предусмотрено три независимых канала, содержащих одинаковые приборы для емкостных измерений. Скорость проведения всего цикла измерений электрических параметров многокомпонентной среды внутри зондирующего блока такова, что процесс движения многокомпонентной среды внутри трубопровода не оказывает влияния на состав многокомпонентный среды, находящейся между обкладками датчиков. Дополнительный емкостной датчик необходим для измерения между его обкладками электрической емкости при тех же частотах переменных напряжений, что и основные емкостные датчики, но в условиях налипания компонентов проточной среды между обкладками дополнительного датчика внутри зондирующего блока, аналогично условиям налипания компонентов среды внутри трубопровода. Сравнение измеренных электрических параметров дополнительного датчика с аналогичными параметрами основного датчика, с учетом различия в линейных размерах и данных лабораторных исследований, позволяет определить наличие и толщину налипшего слоя внутри трубопровода. Анализ, сравнение и выдачу результатов о параметрах проточной среды производит электронно-вычислительная машина, куда поступает вся информация от датчиков зондирующего блока, пройдя предварительно через измерительный блок и центральный процессор. При необходимости электронно-вычислительная машина осуществляет учет различных поправок при измерениях, в том числе и на температуру среды или на изменившийся режим движения среды, и вводит дополнительные корректировки в результат. Поправки учитываются автоматически или по указанию оператора электронно-вычислительной машины. Так, при движении по трубопроводу аналогичной среды, но с небольшими изменениями, например, нефти другого месторождения с другими физическими и химическими свойствами, оператору электронно-вычислительной машины необходимо выбрать необходимый тип нефти из имеющихся в базе данных электронно-вычислительной машины, и электронно-вычислительная машина внесет корректировку, исходя из предварительно измеренных в лабораторных условиях электрических параметров предполагаемого типа нефти. Подобная корректировка повышает точность измерения фактических параметров. Управляющая программа электронно-вычислительной машины позволяет изменять алгоритм цикла, т.е. в зависимости от необходимого уровня получаемой информации о параметрах проточной среды или от скорости проточной среды уменьшать или увеличивать количество измерений в цикле. Также управляющая программа обрабатывает, анализирует, хранит и представляет в удобном виде полученную информацию, а в случае необходимости выдает команды исполнительным механизмам контролируемого технологического процесса для его автоматического регулирования. Измерительный блок, осуществляя соединения электрических проводников от обкладок емкостных и контактного датчиков, а также от датчика температуры с приборами, входящими в его состав, производит необходимые измерения по заданному алгоритму цикла или по командам управляющей программы электронно-вычислительной машины. Центральный процессор позволяет объединить несколько измерительных и зондирующих блоков для измерения параметров проточных многокомпонентных сред, расположенных в нескольких трубопроводах, в единую установку. Функциями центрального процессора явлюется сбор информации от измерительных блоков, преобразование ее в вид, приемлемый для электронно-вычислительной машины, а также передача команд управляющей программы электронно-вычислительной машины на изменения заданного алгоритма цикла производства измерений измерительными блоками или исполнительным механизмам, регулирующим технологический процесс.A device for implementing the method of measuring the parameters of flowing multicomponent media works as follows. When a multicomponent medium moves through pipeline 1 and a sounding block 2 is installed in the gap of the pipeline 1, a certain medium is formed inside the through hole 20 of the sounding block 2 and, respectively, between the pairs of plates of each capacitive and contact sensors, and its parameters are determined by the results of repeated electrical measurements. Between the plates of the contact sensor, the conductivity of the flowing medium and the resistance to direct current are measured. For these purposes, the material of the plates of the contact sensor 7 provides non-stick components of the flow medium to the surface of the plates. The contact sensor plates are thermally conductive, which allows the sensor 6 to measure the temperature of the flowing medium. At different fixed frequencies of alternating voltages, sequentially supplied to the capacitive sensors by devices included in the measuring unit 8, determine the electrical capacitance of each capacitive sensor. The procedure for applying variable voltages to the capacitive sensor plates and the selection of fixed frequencies is determined by an electronic computer 15, based on the type of multicomponent medium and the level of necessary information on the environmental parameters. The accepted order of cyclic measurements is the same for all capacitive sensors. Alternating voltages of a certain fixed frequency are applied to all capacitive sensors simultaneously. To this end, the measuring unit includes three independent channels containing the same instruments for capacitive measurements. The speed of the entire measurement cycle of the electrical parameters of a multicomponent medium inside the probe unit is such that the process of moving the multicomponent medium inside the pipeline does not affect the composition of the multicomponent medium located between the sensor plates. An additional capacitive sensor is necessary for measuring between its plates of electric capacitance at the same frequencies of alternating voltages as the main capacitive sensors, but under conditions of sticking of the components of the flow medium between the plates of the additional sensor inside the probing unit, it is similar to the conditions of sticking of the medium components inside the pipeline. Comparison of the measured electrical parameters of the additional sensor with similar parameters of the main sensor, taking into account the differences in linear dimensions and laboratory research data, allows us to determine the presence and thickness of the adherent layer inside the pipeline. Analysis, comparison and the issuance of results on the parameters of the flow medium is carried out by an electronic computer, which receives all the information from the sensors of the probing unit, having previously passed through the measuring unit and the central processor. If necessary, the electronic computer takes into account various corrections during measurements, including the temperature of the medium or the changed mode of motion of the medium, and introduces additional adjustments to the result. Corrections are taken into account automatically or as directed by the operator of the electronic computer. So, when moving through a pipeline of a similar medium, but with slight changes, for example, of oil from another field with different physical and chemical properties, the computer operator must select the necessary type of oil from the computer used in the database, and the computer the machine will make an adjustment based on the electrical parameters of the alleged type of oil that were previously measured in the laboratory. Such adjustment improves the accuracy of the measurement of actual parameters. The control program of the electronic computer allows you to change the algorithm of the cycle, i.e. depending on the required level of information received on the parameters of the flowing medium or on the speed of the flowing medium, reduce or increase the number of measurements in the cycle. The control program also processes, analyzes, stores and presents the received information in a convenient form, and, if necessary, issues commands to the executive mechanisms of the controlled technological process for its automatic regulation. The measuring unit, by connecting electrical conductors from the plates of capacitive and contact sensors, as well as from a temperature sensor with devices included in it, makes the necessary measurements according to a given algorithm of the cycle or according to the commands of the control program of the electronic computer. The central processor allows you to combine several measuring and probing units to measure the parameters of flowing multicomponent media located in several pipelines into a single installation. The functions of the central processor are the collection of information from the measuring units, its conversion into a form acceptable for an electronic computer, as well as the transfer of the commands of the control program of the electronic computer to change the specified algorithm of the measurement cycle by measuring units or actuators that regulate the technological process.

Центральный процессор и электронно-вычислительная машина могут одновременно обслуживать несколько трубопроводов, в том числе с различными многокомпонентными средами, или при возможном изменении типа многокомпонентной среды, что может быть при использовании трубопровода попеременно для транспортировки различных сред. Зондирующий блок и измерительный блок не нуждаются в особых условиях работы, что позволяет размещать измерительный блок в непосредственной близости от зондирующего блока, а связь с центральным процессором осуществлять при помощи электрических проводников или радиосвязи. Это позволяет создавать на основе устройства единый узел учета и регулировки любым технологическим процессом. В зависимости от уровня необходимой информации о параметрах проточной среды, типа среды и задач по управлению технологическим процессом устройство может содержать меньшее количество датчиков зондирующего блока и снижать загруженность электронно-вычислительной машины. Так, например, не во всех средах присутствует налипаемость компонентов, или необходимо знать только такие параметры проточной среды, как температура и расход, или в заранее известной проточной среде необходимо контролировать только содержание одного из компонентов. В этих случаях стоимость устройства снижается.The central processor and the electronic computer can simultaneously serve several pipelines, including those with different multicomponent media, or with a possible change in the type of multicomponent medium, which can be when using the pipeline alternately for transporting various media. The probe unit and the measuring unit do not need special operating conditions, which allows you to place the measuring unit in the immediate vicinity of the probe unit, and communicate with the central processor using electrical conductors or radio communications. This allows you to create on the basis of the device a single metering and adjustment unit by any technological process. Depending on the level of necessary information on the parameters of the flowing medium, the type of medium and the tasks for controlling the technological process, the device may contain fewer sensors of the probing unit and reduce the load on the electronic computer. So, for example, not in all environments sticking of components is present, or it is only necessary to know such parameters of a flowing medium as temperature and flow rate, or in a previously known flowing medium it is necessary to control only the content of one of the components. In these cases, the cost of the device is reduced.

Заявленное изобретение позволяет расширить сферу применения способа и расширить функциональные возможности устройства и получить технический результат: упрощение при проведении измерений в условиях нескольких потоков, а также при удалении зондирующих блоков и измерительных блоков от электронно-вычислительной машины.The claimed invention allows to expand the scope of application of the method and expand the functionality of the device and to obtain a technical result: simplification when conducting measurements in several streams, as well as when removing probe blocks and measuring blocks from an electronic computer.

Claims

1. A method for measuring the parameters of flowing multicomponent media passing through at least one pipeline, such as: the ratio of components, the flow rate of the medium and the thickness of the overgrown layer on the wall of the pipe, using a probe block installed in the pipe gap with a capacitive sensor and a temperature sensor and a measuring unit located in the immediate vicinity of the probing unit, including processing the measurement results in an electronic computer with a data bank, while all measurements at the same time inside the probe unit, characterized in that the measurements of the parameters of a multicomponent medium passing through one pipeline are carried out cyclically using three capacitive sensors at different frequencies of alternating voltage, and using an additional contact sensor, continuously, while voltages with different frequencies to capacitive the sensor is sequentially fed by the corresponding measuring unit located in the immediate vicinity of the probing unit, and the connection of the measuring and probing blocks with the electronic computer is carried out through an additional central processor.

2. A device for measuring the parameters of flowing multicomponent media passing through at least one pipeline, comprising a sounding unit installed in series with each other and installed inside a pipeline rupture with a first main capacitive sensor and a temperature sensor located inside it, a measuring unit located in the immediate vicinity of the sounding unit, as well as an electronic computer with a data bank, while the body of the probing unit is made of radiolucent material, characterized in that the second main capacitive sensor is additionally installed in the probing unit, an additional capacitive sensor, the linear dimensions of which along the flow are smaller than the corresponding dimensions of the main capacitive sensor, on both sides surrounded by a coating in front of the probing unit body, similar to the pipeline coating, and a contact sensor, while the electronic computer is connected to an additional central processor connected to at least one measurement unit.