ПРОТОЧНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ВЛАЖНОСТИ НЕФТЕПРОДУКТОВ Российский патент 1999 года по МПК G01N22/04 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения влажности нефтепродуктов, в частности топочных мазутов, непосредственно в процессе их производства или использования, а также для управления их влажностью.

Известен влагомер диэлектрических материалов, содержащий последовательно соединенные СВЧ-генератор, первый аттенюатор и делитель мощности, к одному из выходов которого подключена передающая антенна, а к другому - последовательно соединенные второй аттенюатор, фазовращатель и сумматор мощности, выход которого через первый детектор подключен к первому входу регистратора, а также последовательно соединенные приемную антенну и ограничитель мощности. Между ограничителем мощности и сумматором включен направленный ответвитель, последовательно соединенный со вторым генератором, усилителем постоянного тока и двойным компаратором, выход которого соединен со вторым входом регистратора (а.с. N 1769098, G 01 N 22/04, 1989). Антенны устройства образуют его первичный преобразователь, а прочие элементы - измерительный блок.

Однако, несмотря на сложность измерительной схемы, известный измеритель влажности обладает ограниченным диапазоном измерения. Кроме того, он практически непригоден для контроля влажности нефтепродуктов в трубопроводах из-за влияния проводящих стенок последних, размытости зоны контроля, возмущений, вносимых присутствующими в контролируемой среде водяными "линзами", и налипания вязких нефтепродуктов на приемную и передающую антенны.

Наиболее близким к предложенному является проточный измеритель влажности нефтепродуктов, содержащий первичный преобразователь, подключенный к измерительному блоку и снабженный проточным пробоотборником с входным патрубком и выходным патрубком, размещенным в трубопроводе низкого давления (см. EP 0496144, G 01 N 22/04, 1992 г.).

Однако и этому измерителю свойственны вышеперечисленные недостатки: низкие точность и достоверность измерительных данных, нестабильность показаний из-за размытости зоны контроля, возмущений, вносимых присутствующими в контролируемой среде водяными "линзами", и налипания вязких нефтепродуктов на чувствительный элемент.

Техническим результатом, ожидаемым от использования изобретения, является повышение достоверности, точности и стабильности выходной информации измерителя за счет уменьшения влияния стенок трубопроводов, водяных "линз" и налипших на элементы первичного преобразователя нефтепродуктов на результат измерения, локализация зоны контроля.

Указанный результат достигается тем, что проточный измеритель влажности нефтепродуктов, содержащий первичный преобразователь, подключенный к измерительному блоку и снабженный проточным пробоотборником с входным патрубком и выходным патрубком, размещенным в трубопроводе низкого давления, снабжен эмульгатором, проточный пробоотборник выполнен в виде стакана с боковым отверстием, в котором размещен коаксиальный емкостный первичный преобразователь, рабочая поверхность которого выступает над боковой поверхностью проточного пробоотборника, который выполнен также с вентильной системой продувки и отбора проб, при этом входной патрубок проточного пробоотборника размещен в трубопроводе высокого давления после эмульгатора.

Кроме того, коаксиальный емкостный первичный преобразователь может быть выполнен в виде кварцевой шайбы и цилиндрического корпуса с фланцем, наружной резьбой и проточкой на рабочей поверхности, в полости которого размещен центральный проводник, при этом кварцевая шайба расположена в проточке корпуса между его внутренней поверхностью и наружной поверхностью рабочего наконечника центрального проводника, а боковое отверстие пробоотборника выполнено резьбовым.

При этом измерительный блок может быть выполнен в виде последовательно соединенных опорного генератора, согласующего трансформатора и балансного частотного детектора с опорным преобразователем и измерительным коаксиальным емкостным первичным преобразователем, включенными в плечи мостовой схемы, и выходными регуляторами нуля и чувствительности характеристики.

На фиг. 1 приведена схема проточного измерителя влажности. На фиг. 2 показан разрез коаксиального емкостного первичного преобразователя, а на фиг. 3 - блок-схема измерительного блока.

Устройство устанавливается в трубопроводе или магистрали 1 и содержит эмульгатор (смеситель преимущественно гидродинамический кавитационный) 2, установленный после насоса 3 в магистрали 1' высокого давления. Манометр 4 подключен, как показано на фиг. 1, к системе продувки и отбора проб (к ней, в частности, относятся вентили 6-9) для контроля рабочего давления. Указанная система обеспечивает поступление контролируемой среды (мазута) в проточный цилиндрический пробоотборник 10, его продувку паром, байпас пробоотборника 10 и сброс мазута в магистраль 1 низкого давления.

Пробоотборник 10 выполнен с боковым отверстием 11, в котором размещен первичный коаксиальный емкостный первичный преобразователь 12 (далее преобразователь 12), подключенный к измерительному блоку 13. Выход последнего может быть соединен со входом регулятора 14, управляющего работой регулирующего запорного клапана 15. Входной и выходной патрубки пробоотборника 10 обозначены на фиг. 1 позициями 16 и 17 соответственно.

Преобразователь 12 (фиг. 2) образован проводящим корпусом 18 с фланцем 19, в полости которого размещен центральный проводник 20, рабочий наконечник 21 которого отделен от корпуса 18 кварцевой шайбой 22, размещенной в проточке 23 корпуса 18.

Блок 13 (фиг. 3) образован последовательно соединенными опорным генератором 24, согласующим трансформатором 25 и балансным частотным детектором 26 с опорным преобразователем (емкостным датчиком) 27 и измерительным - преобразователем 12. Преобразователи 12 и 27 включены в плечи мостовой схемы или детектора 26, выполненного в виде емкостного моста или мостовой схемы с выходными регуляторами нуля и чувствительности - резисторами 28, 29 (такой детектор представляет собой обычный емкостный мост с выходными регулировочными резисторами). Разумеется, в качестве измерительного блока может быть использован любой известный блок измерения емкости, а в качестве детектора 26 - любой известный дифференциальный частотный детектор, однако использование мостового детектора 26 с выходными регуляторами нуля и чувствительности (резисторами 28, 29) предпочтительно. Преобразователь 12 в процессе измерения погружают в измеряемую среду (мазут). Переменные резисторы 28 и 29 обеспечивают регулировку нуля шкалы и чувствительности измерительного прибора 30, шкала которого проградуирована в процентах содержания влаги в контролируемой среде.

Позициями 31-33 на фиг. 1 также обозначены вентили, относящиеся к системе продувки и отбора проб. Вентили 5-9, 31-33 этой системы могут быть выполнены как с ручным, так и с автоматическим управлением.

В устройстве может использоваться эмульгатор 2 системы приготовления водомазутной топливной эмульсии. Подобные системы устанавливаются обычно в мазутных хозяйствах с целью получения из топлива стабильной эмульсии, что позволяет утилизировать подтоварную воду, исключает попадание "линз" воды на форсунки котлоагрегатов, способствует снижению вредных выбросов в атмосферу. Алгоритм работы регулятора 14 определяется в этом случае заданным содержанием воды V в топливе: выходной сигнал U регулятора 14 равен разности V-Т, где T - выходной сигнал блока 13, равный текущему содержанию влаги в мазуте.

Устройство работает следующим образом. В рабочем режиме мазут из магистрали 1 насосом 3 нагнетается в магистраль 1'. Эмульгированное топливо с выхода эмульгатора 2 через патрубок 16 и открытые вентили 6, 32 поступает в пробоотборник 10, откуда через вентиль 9 сливается в магистраль 1. Вентили 5, 7, 8, 33 и 31 при этом закрыты. При прохождении влажного мазута через полость пробоотборника 10 изменяется емкость преобразователя 12. В результате разбалансируется мостовая схема детектора 26 и по шкале прибора 30 оператор может произвести отсчет. Сигнал с выхода блока 13 может через регулятор 14 подаваться также на управляющий вход клапана 15, регулирующего подачу воды в магистраль 1 таким образом, чтобы ее общее количество равнялось заданному.

Одновременно оператор фиксирует показания манометра 4: наличие давления на входе пробоотборника 10 означает, что показания измерителя влажности истинны, так как в магистрали 1 и, следовательно, пробоотборнике 10 мазут есть и он движется.

Открыв вентиль 7, оператор имеет возможность отобрать контрольную пробу мазута на входе пробоотборника 10. Вентиль 8 позволяет направить мазут мимо пробоотборника 10, а открывая вентили 5, 8 и 31 и закрывая вентили 6, 9, 32, 33, оператор имеет возможность продуть паром соответствующие участки трубопровода.

Конструкция измерителя обеспечивает контроль влажности нефтепродуктов в широком диапазоне, а также исключает недостоверные показания вследствие попадания на датчик крупных включений воды, налипания "пробок" нефтепродуктов, отсутствия расхода контролируемой среды. При этом высокая точность показаний обеспечивается расположением коаксиального датчика в потоке контролируемой среды и на удалении от проводящих стенок. В то же время предлагаемый измеритель прост и надежен в эксплуатации.

Проточный измеритель влажности нефтепродуктов содержит первичный преобразователь, подключенный к измерительному блоку и снабженный проточным пробоотборником с входным и выходным патрубками, размещенными соответственно в трубопроводе высокого давления после эмульгатора и в трубопроводе низкого давления; проточный пробоотборник выполнен в виде стакана с боковым отверстием, в котором размещен коаксиальный емкостный первичный преобразователь, рабочая поверхность которого выступает над боковой поверхностью проточного пробоотборника, который выполнен также с вентильной системой продувки и отбора проб. Коаксиальный емкостный первичный преобразователь выполнен в виде кварцевой шайбы и цилиндрического корпуса с фланцем, наружной резьбой и проточкой на рабочей поверхности, в полости которого размещен центральный проводник, при этом кварцевая шайба расположена в проточке корпуса между его внутренней поверхностью и наружной поверхностью рабочего наконечника центрального проводника, а боковое отверстие проботборника выполнено резьбовым. Технический результат заключается в повышении достоверности, точности и стабильности выходной информации измерителя за счет уменьшения влияния стенок трубопроводов, водяных "линз" и налипших на элементы первичного преобразователя нефтепродуктов на результат измерения, локализации зоны контроля. 2 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Проточный измеритель влажности нефтепродуктов, содержащий первичный преобразователь, подключенный к измерительному блоку и снабженный проточным пробоотборником с входным патрубком и выходным патрубком, размещенным в трубопроводе низкого давления, отличающийся тем, что он снабжен эмульгатором, проточный пробоотборник выполнен в виде стакана с боковым отверстием, в котором размещен коаксиальный емкостный первичный преобразователь, рабочая поверхность которого выступает над боковой поверхностью проточного пробоотборника, который выполнен также с вентильной системой продувки и отбора проб, при этом входной патрубок проточного пробоотборника размещен в трубопроводе высокого давления после эмульгатора. 2. Измеритель по п.1, отличающийся тем, что коаксиальный емкостный первичный преобразователь выполнен в виде кварцевой шайбы и цилиндрического корпуса с фланцем, наружной резьбой и проточкой на рабочей поверхности, в полости которого размещен центральный проводник, при этом кварцевая шайба расположена в проточке корпуса между его внутренней поверхностью и наружной поверхностью рабочего наконечника центрального проводника, а боковое отверстие проботборника выполнено резьбовым. 3. Измеритель по п.1, отличающийся тем, что измерительный блок выполнен в виде последовательно соединенных опорного генератора, согласующего трансформатора и балансного частотного детектора с опорным преобразователем и измерительным коаксиальным емкостным первичным преобразователем, включенными в плечи мостовой схемы, и выходными регуляторами нуля и чувствительности характеристики.