СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАССОВОГО РАСХОДА ГАЗОЖИДКОСТНОЙ СМЕСИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ Российский патент 2006 года по МПК G01F1/86 G01F1/74 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения расхода газожидкостных смесей, в частности нефтегазовых смесей.

Известен способ определения массового расхода газонасыщенной нефти, основанный на разделении смеси на жидкую и газовую фазы, поступлении жидкости в сосуд с калиброванным щелевым отверстием, измерении давления столба жидкости в сосуде и определении расхода жидкой фазы по определенной формуле (см. П.П.Кремлевский. Расходомеры и счетчики количества. - Ленинград, Машиностроение, 1989 г., стр.224).

Известный способ реализуется с помощью устройства, содержащего сепаратор, емкость, сосуд с калиброванным щелевым отверстием, измерители давления столба жидкости в сосуде и высоты столба, трубопроводы.

Недостатком указанного способа является то, что он не обеспечивает возможность измерения расходов газовой фазы смеси.

Наиболее близким из известных технических решений является способ определения расхода газожидкостной смеси, основанный на разделении смеси на жидкую и газовую фазы, заполнении калиброванного по высоте объема V(h) емкости поочередно разными фазами от одного уровня до другого, измерении расстояния h между уровнями, времени Δt заполнения объема между уровнями и изменения давления Δр столба жидкости при различных уровнях жидкости, определении плотности и объемных расходов фаз среды по соответствующим формулам с использованием V(h), h, Δр, Δt.

Устройство для реализации этого способа содержит разделитель газожидкостной смеси на жидкую и газовые фазы, емкость с калиброванным по высоте объемом между определенными уровнями заполнения, датчики перепада давления, датчик уровня, систему синхронизации измерения перепада давления и времени заполнения объема между двумя фиксированными уровнями в емкости, клапаны, трубопроводы (см. «Техническое описание установки ГЗУ «Икар» 40-8-400», изготовитель ОАО «Икар» - Курганский завод трубопроводной арматуры г. Курган).

Недостатком данного способа и устройства является сложность реализации, так как для этого требуются калибровки по высоте объема емкости и расстояния между уровнями заполнения емкости, согласование операций измерения перепада давления и времени с процессом заполнения (опорожнения) жидкостью емкости от одного фиксированного уровня до другого, измерения изменений давления столба жидкости и расстояния между уровнями заполнения в условиях наличия пульсаций при изменении параметров в емкости. Кроме того, способ обеспечивает недостаточно высокую точность определения расходов из-за значительного количества параметров, которые нужно определять в процессе его реализации, и из-за снижения точности их измерения при наличии пульсаций и необходимости согласования измерений по времени и высоте заполнения емкости.

Задачей данного изобретения является упрощения способа и устройства для его реализации, повышение точности измерений.

Технический результат, достигаемый при этом, состоит в том, что не требуется калибровки объема емкости и расстояния между уровнями заполнения емкости, согласования операций измерения перепада давления и времени с процессом заполнения (опорожнения) жидкостью емкости от одного фиксированного уровня до другого, измерения изменений давления столба жидкости и расстояния между уровнями заполнения в условиях наличия пульсаций при изменении параметров в емкости.

Указанный результат достигается тем, что в способе определения расхода газожидкостной смеси, включающем разделение смеси на жидкую и газовую фазы, определение плотности жидкой и газовой фаз, заполнение объема емкости между двумя ограничивающими объем уровнями поочередно жидкой фазой и при опорожнении емкости газовой фазой с одновременным фиксированием времени Δt_ж,г заполнения и опорожнения объема, определение плотности жидкой и газовой фаз и массового расхода фаз, в емкости располагают полое тело калиброванного объема и калиброванной высоты с расположенными горизонтально плоскими торцами, которое нагружает весы, заполнение емкости жидкой фазой и опорожнение от нее осуществляют до тех пор, пока жидкость полностью не закроет тело или ее уровень не опустится ниже границы тела, с помощью весов записывают во времени величину и изменение выталкивающей силы, действующей на полое тело, фиксируют моменты t₁ и t₂ начала и окончания изменения выталкивающей силы при заполнении жидкостью емкости и при опорожнении определяют плотность жидкой и газовой фазы как ρ_ж=N_ж/V₁, ρ_г=N_г/V₁, где N_ж и N_г - максимальное и минимальное показания весов, V₁ - объем полого тела, и вычисляют массовые расходы (G_ж и G_г) жидкой и газовой фаз смеси по формулам

где F - площадь поперечного сечения внутренней полости емкости в зоне расположения полого тела, h - высота тела, Δt_ж,г=t₂-t₁ - время заполнения и опорожнения объема.

Указанный результат достигается также тем, что емкость устройства для определения массового расхода газожидкостной смеси, предназначенного для осуществления способа и включающего разделитель газожидкостной смеси на жидкую и газовую фазы, связанный с емкостью счетчик времени заполнения и опорожнения объема емкости между двумя уровнями и подсоединенные к емкости трубопроводы, снабженные клапанами, снабжена весами для определения и регистрации во времени изменения выталкивающей силы и связанным с весами полым телом с калиброванным объемом и калиброванной высоты с плоскими торцами, расположенными горизонтально, которое размещено в зоне упомянутого объема, при этом емкость имеет калиброванную площадь поперечного сечения внутренней полости в зоне расположения полого тела.

Схема устройства для определения массового расхода газожидкостной смеси по предлагаемому способу приведена на фиг.1.

На фиг.2(a, б) показан вид графиков зависимости выталкивающей силы от времени при работе устройства.

Устройство содержит сепаратор 1 (см. фиг.1) газожидкостной смеси, емкость 2 с объемом для заполнения его фазами смеси, счетчик времени заполнения и опорожнения объема емкости между двумя уровнями, приборы 3 контроля параметров среды в емкости. Емкость между уровнями А имеет калиброванную площадь поперечного сечения внутренней полости. Внутри емкости в зоне между уровнями А на весах 4 расположено полое тело 5 калиброванного объема калиброванной высоты с плоскими торцами, расположенными горизонтально, и система 6 уравновешивания на весах массы тела. Сепаратор через клапан 8 и трубопровод 7 соединен с источником смеси и трубопроводами 9, 10 - с емкостью. Емкость трубопроводами 11, 12 через клапаны 13, 14 соединена со сборным коллектором. Трубопровод 15 через клапан 16 соединяет источник смеси со сборным коллектором.

Определение расходов предлагаемым способом выполняется следующим образом. Закрывают клапаны 16, 14 и отсоединяют источник смеси и нижнюю часть емкости от сборного коллектора. Открывают клапаны 8 и 13. Газожидкостная смесь от источника поступает в сепаратор, разделяется на жидкую и газовую фазы, которые соответственно по трубопроводам 10 и 9 поступают в емкость. При этом газовая фаза из емкости поступает в сборный коллектор, а жидкая фаза накапливается в емкости. Когда жидкость полностью закроет тело 5, закрывают клапан 13 и открывают клапан 14. Жидкость начинает вытесняться из емкости в сливной коллектор поступающим из сепаратора газом. Когда уровень жидкости опустится ниже границы тела 5, закрывают клапаны 14 и 8. В ходе работы с помощью весов (тензовесов) записывают величину и изменение во времени выталкивающей силы N, действующей на тело 5. Графики зависимости N от времени t имеют вид, приведенный на фиг.2. Точки 1-4 излома зависимостей соответствуют моментам, когда граница жидкости в емкости при ее заполнении или опорожнении совпадает с торцами тела 5, значения выталкивающей силы N_ж и N_г имеют место соответственно тогда, когда тело 5 полностью находится в жидкости или газе.

Плотности жидкостей и газовых фаз определяют по формулам

Объемный расход жидкости V_ж и газа V_г определяют с помощью соотношений

где F - калиброванная площадь поперечного сечения внутренней полости емкости в зоне расположения тела 5, h - калиброванная высота тела 5, Δt=t₂-t₁ - время заполнения и опорожнения объема (см. фиг.2). Массовый расход жидкости G_ж и газа G_г определяют по формулам

Полученные значения плотностей и расходов относят к условиям, которые зафиксированы в емкости во время работы с помощью приборов 3 контроля параметров.

Реализация предложенного способа не требует калибровки по высоте объема емкости и расстояния между уровнями заполнения емкости, согласования операций измерения перепада давления и времени с процессом заполнения (опорожнения) жидкостью емкости от одного фиксированного уровня до другого, измерения изменений давления столба жидкости и расстояния между уровнями заполнения в условиях наличия пульсаций при изменении параметров в емкости. Это приводит к упрощению устройства и процедуры определения расходов. Кроме того, параметры, с помощью которых определяются расходы, можно определять с высокой точностью, что повышает точность способа.

Нефтегазовую смесь с помощью разделителя, связанного с емкостью, разделяют на жидкую и газовую фазы. Заполняют объем емкости между двумя ограничивающими его уровнями поочередно жидкой фазой и при опорожнении емкости газовой фазой, с одновременным фиксированием времени заполнения и опорожнения объема. Емкость снабжена весами для регистрации во времени изменения выталкивающей силы, действующей на связанное с весами полое тело с калиброванным объемом и калиброванной высоты с плоскими горизонтальными торцами, которое размещено в емкости в зоне упомянутого объема. Емкость в зоне расположения полого тела имеет калиброванную площадь поперечного сечения внутренней полости. Заполнение и опорожнение емкости осуществляют до тех пор, пока жидкость полностью не закроет тело или ее уровень не опустится ниже границы тела. Максимальное и минимальное показания весов, полученные за время заполнения и опорожнения объема, используют для определения плотностей жидкой и газовой фаз и их массовых расходов по приведенным расчетным формулам. Изобретения обеспечивают определение расхода без калибровки по высоте объема емкости и расстояния между уровнями заполнения, что позволяет упростить измерение и повысить его точность. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ определения массового расхода фаз газожидкостной смеси, включающий разделение смеси на жидкую и газовую фазы, заполнение объема емкости между двумя ограничивающими его уровнями поочередно жидкой фазой и при опорожнении емкости газовой фазой с одновременным фиксированием времени Δt_ж,г заполнения и опорожнения объема, определение плотности жидкой и газовой фаз и массового расхода фаз, отличающийся тем, что в емкости располагают полое тело калиброванного объема и калиброванной высоты с расположенными горизонтально плоскими торцами, которое нагружает весы, заполнение емкости жидкой фазой и опорожнение от нее осуществляют до тех пор, пока жидкость полностью не закроет тело или ее уровень не опустится ниже границы тела, с помощью весов записывают во времени величину и изменение выталкивающей силы, действующей на полое тело, фиксируют моменты t₁ и t₂ начала и окончания изменения выталкивающей силы при заполнении жидкостью емкости и при опорожнении, определяют плотность жидкой и газовой фазы как

ρ_ж=N_ж/V₁, ρ_г=N_г/V₁,

где N_ж и N_г - максимальное и минимальное показание весов; V₁ - объем полого тела,

и вычисляют массовые расходы G_ж и G_г жидкой и газовой фаз смеси по формулам

где F - калиброванная площадь поперечного сечения внутренней полости емкости в зоне расположения полого тела; h - высота тела; Δt_ж,г=t₂-t₁ - время заполнения и опорожнения объема.