О НЕИНТРУЗИВНОМ ИЗМЕРЕНИИ ПАРАМЕТРОВ ПОТОКОВ ЖИДКОСТИ В ТРУБОПРОВОДАХ

 

По сложившейся традиции, для измерения параметров течения жидкостей  в  трубопроводах  наиболее  часто  применяются  врезные  измерительные устройства , поскольку их принято считать более точными по сравнению с устройствами,  которые  устанавливаются  на  внешней  поверхности  трубопровода. Однако, в последние годы были созданы достаточно надежные и точные устройства с накладными преобразователями и сейчас они находят все более широкое применение.

  Неинтрузивные  технологии  измерения  и  контроля  –  это  совокупность методов с соответствующим набором технических средств, которые позволяют  осуществлять технологические операции без необходимости проникновения на объект измерений.

  Неинтрузивные  технологии  и  устройства  актуальны  в  первую  очередь экономическими  преимуществами  их  использования.  Это  особенно  хорошо видно в области расходометрии, где расходомеры с накладными датчиками не требуют  врезки  в  трубопровод  с  остановкой  технологических  процессов,  что особо ценно при экспресс-измерениях.

 Решение  технических  вопросов  в  процессе  разработки  таких  средств измерения  и,  в  частности,  вопросов  измерения  расхода  и  температуры многофазных  или  многокомпонентных  жидкостей  невозможно  без исследований  в  области  фундаментальной  физики,  электромагнетизма, гидромеханики,  математики  и  теории  алгоритмов,  что  определяет значительную наукоемкость данного направления [2–6]. 

1.  Вопросы измерения параметров потоков в трубопроводах.

1.1 Производственные расходомеры и счетчики количества. 

Для  измерения  расходов  однофазной  и  многофазной  текучей  среды обычно используют одни и те же устройства . На объектах нефтегазовой промышленности  расход  газа  и  его  количество  традиционно  измеряют  в основном методом переменного перепада давления на сужающем устройстве, при помощи тахометрических расходомеров и счетчиков.

 Главным  толчком  к  поиску  новых  методов  измерения  расхода  стали многочисленные недостатки классических методов, что и привело в последние годы  к  достаточно  активному  внедрению  ультразвуковых  методов измерения расхода. Расходомерыс ультразвуковыми преобразователями основаны на явлении смещения звукового  колебания  движущейся  средой    и  наиболее  часто  реализуются посредством  время-импульсного,  на  эффекте  Доплера  и  корреляционного метода. 

  Наибольшее применение находит время-импульсный метод, основанный на  измерении  разности  скоростей  распространения  ультразвуковых колебаний  по направлению течения потока и против его. Данный метод получил наибольшее распространение  в  современных  датчиках  за  счет  высокой  точности  и  малой инерционности” измерений в любых средах с малым содержанием примесей, газов  и  прочих  включений.  На  отечественном  рынке  можно  выделить следующие  модели:  Micronics  Portaflow  MKII-R,  Krohne  LT860,  Panametrics PT868, Сингур АКРОН-01.

Сравнительно  недавно  начали  использовать ультразвуковые корреляционные  расходомеры,  в  основе  работы  которых  заложена  кросс-корреляция  детектированных  изменений  сигналов  в  жидких  и  газовых включениях  потока.  Передача  несущего  сигнала  в  поток  и  измерение соответствующего «отклика» позволяет получить информацию об изменениях в потоке в виде изменения амплитуды, фазы или частоты вследствие наличия в потоке  возмущающих  включений.  Необходимо  отметить,  что  ультразвуковые методы  характеризуются  и  значительными  негативными факторами: зависимость  собственной  скорости  ультразвуковых  колебаний  от  свойств измеряемой среды; скорость потока при измерении усредняется не по сечению трубы, а вдоль направления излучения, что вынуждает снабжать конструкцию дополнительными датчиками. 

1.2 Задача измерения параметров многофазных жидкостей.

В  нефтяной  промышленности  с  конца  1970-х  годов  возникла  проблема измерения  параметров  смесей  нефть-вода-газ,  что  и  определило  новое направление  исследований.  Обычно,  для  оптимизации  разработки  и  срока службы  месторождения,  требуется  отслеживать  дебит  скважины  с  помощью замерных  сепараторов  ,  которые,  однако,  дорого  стоят  и  требуют длительного  времени  для  осуществления  контроля  скважины.  Погрешность измерений сепараторами составляет ±5-10% расхода каждой фазы и их нельзя  применять для мониторинга скважины. 

Поэтому  необходимо,  чтобы  многофазные  расходомеры  обладали сравнительно высокой точностью (допустимая погрешность для каждой фазы не более ±5% расхода) и надежностью, не зависели от режима течения потока и были пригодными в широком диапазоне содержания компонентов.   

Конкретные  работы  в  области  неинтрузивных  измерений  расхода направлены,  в  основном,  на  дальнейшее  развитие  технологий  ультразвуковых измерений применительно  к  многофазным  потокам,  технологий  пассивной  акустической расходометрии и ряда других .