Способ определения режима многофазной смеси в трубопроводе с использованием CBR-технологий Российский патент 2018 года по МПК G01N29/24 

Изобретение относится к способу определения режима течения многофазной смеси в трубопроводе, в зависимости от этого прогнозируется скорость коррозии самого трубопровода.

Известен способ контроля несплошностей потока жидкости (А.с. 1631401 СССР, МПК⁵ G01№ 29/00, опубл. 1991. - Способ контроля несплошностей потока жидкости в трубопроводе), который заключается в том, что трубопровод с подлежащей контролю жидкостью (средой) подвергается воздействию ультразвуковых импульсов в двух взаимно перпендикулярных направлениях, прошедшие через жидкость (среду) импульсы регистрируются, фиксируются амплитуды отраженных от раздела фаз импульсов, их время пробега, и по полученным данным делают вывод о концентрации газовой фазы и режиме течения жидкости.

Недостатком способа является его низкая информативность, малая точность и низкая степень автоматизации процесса.

Известен способ контроля многофазного потока в нефтепроводе (Пат. 21983977 G01№ 29/02, опубл. 10.02.2003. - Способ контроля многофазного потока в трубопроводе), который заключается в прозвучивании многофазного потока, проходящего в нефтепроводе, ультразвуковыми колебаниями, регистрации прошедших через поток ультразвуковых сигналов и отраженных от несплошностей многофазного потока импульсов, измерении и последующей регистрации амплитуд и времени прихода отраженных импульсов и дальнейшим определением характера многофазного потока. Признаком данного способа является то, что группу преобразователей располагают по окружности трубопровода в одной плоскости сечения, одновременно принимают и фиксируют амплитуды и время пробега прошедших и отраженных сигналов, преобразуют их цифровую форму и сравнивают с хранящимся в памяти микропроцессорного модуля набором цифровых эталонов, соответствующим различным многофазным потокам, и результаты сравнения определяют характер многофазного потока в нефтепроводе.

Недостатком способа является его низкая точность, т.к. не учитываются параметры, влияющие на определение режима течения многофазного потока в нефтепроводе, такие как скорость потока, плотность потока смеси.

Наиболее близким аналогом является способ определения режима течения многофазного потока в трубопроводе (Пат. 2311633, G01№ 29/024, опубл. 27.11.2007. - Способ определения режима течения многофазного потока в трубопроводе) - прототип. Способ, предложенный в данном решении, заключается в установке группы преобразователей на внешней поверхности трубопровода для прозвучивания перпендикулярно продольной оси трубопровода многофазного потока ультразвуковыми колебаниями при помощи групп преобразователей, фиксировании времени пробега и амплитуд прошедших и отраженных ультразвуковых сигналов, преобразовании их в цифровую форму, сравнение полученных оцифрованных значений с имеющимися (предварительно полученными) эталонными значениями. По результатам сравнения измеренных параметров с эталонными определяют режим течения смеси.

Недостатком способа является его малая точность, т.к. прозвучивание (зондирование) с помощью ультразвуковых колебаний мегагерцового диапазона частот производится с использованием двух источников и нескольких приемников, т.о. распространение ультразвукового сигнала происходит однонаправленно, источники являются фиксированными и не могут прозвучивать многокомпонентную смесь с разных направлений, что снижает количество и качество информации.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является повышение точности определения режима многофазной смеси, протекающей в трубопроводе, за счет повышения информативности, в том числе за счет применения интеллектуальной системы поддержки принятия решений (ИППР) на основе анализа и выбора наиболее близкого по степени важности и точности прецедента из постоянно «развивающейся» библиотеки прецедентов, а также за счет учета дополнительных факторов (измеренных скорости и плотности потока смеси) и за счет применения усовершенствованной системы ультразвукового исследования.

Усовершенствование системы определения режима многофазного потока в трубопроводе состоит в том, что используется группа излучателей-приемников, прозвучивающая многофазный поток ультразвуковыми колебаниями заданной частоты перпендикулярно продольной оси трубопровода с разных направлений. При этом в каждом цикле излучателем является один из преобразователей, остальные элементы-приемники. В каждом последующем цикле в качестве излучателя работает следующий по порядку элемент, а все остальные являются приемниками. В качестве излучателей-приемников ультразвукового сигнала используются пьезоэлектрические преобразователи. Кроме того, применяется интеллектуальная система принятия решений, позволяющая выбрать из библиотеки прецедентов наиболее точно описывающий состояние смеси в трубопроводе режим.

Технический результат - повышение точности режима течения многофазного потока в трубопроводе достигается за счет установки на внешней поверхности трубопровода группы излучателей, одновременно являющихся приемниками, для прозвучивания ультразвуковыми колебаниями заданной частоты многофазного потока, движущегося в трубопроводе, перпендикулярно продольной его оси, под управлением микропроцессорной системы, регистрирующей значения параметров ультразвуковых сигналов, прошедших через многофазную среду, отраженных от границ раздела фаз (сред), а при обработке информации применяется CBR-технология, характеризующаяся использованием прецедентов, на основании которых принимается решение о характеристике многофазной смеси.

На Фиг. 1 изображена система определения режима течения многофазного потока в трубопроводе, в состав которой входят: устройство для измерения температуры 1 потока, устройство для определения давления 2 внутри трубопровода, устройство для определения скорости течения многофазной смеси 3, устройство для определения плотности многофазной смеси 4, группа излучателей-приемников 5, многофазный поток (смесь) 6, трубопровод 7, коммутатор аналоговых сигналов 9, блок аналоговой памяти 10, таймер-счетчик 11, генератор ультразвукового сигнала 12, аналоговый мультиплексор 13, память программ и данных 14, аналого-цифровой преобразователь 15, блок принятия решений 16. Управление работой всех элементов осуществляется микропроцессором 8.

Способ определения режима многофазной смеси в трубопроводе с использованием CBR-технологий осуществляется следующим образом: микропроцессор 8 формирует сигнал начала работы системы и подает запускающий сигнал на вход генератора ультразвукового сигнала 12 и на коммутатор аналоговых сигналов 9. По этому сигналу производится опрос устройств для измерения температуры 1, давления 2, скорости течения многофазной смеси 3, определения плотности многофазной смеси 4, полученная информация поступает на вход блока аналоговой памяти 10 в виде так называемой первичной группы сценариев. Коммутатор аналоговых сигналов 9 определяет очередность работы преобразователей (излучателей-приемников) - какой из элементов будет работать в качестве излучателя, а какие в качестве приемников и, кроме этого, передает сигнал с генератора ультразвукового сигнала 12 на выбранный излучатель 5. В это же время микропроцессор 8 формирует сигнал, поступающий на таймер-счетчик 11, фиксирующий время испускания ультразвукового сигнала излучателем для последующего измерения времени распространения ультразвуковых сигналов через среду (многофазную смесь в трубопроводе).

После прохождения ультразвукового сигнала от излучателя через многофазную смесь к приемникам, сигналы с выходов приемников также поступают на входы блока аналоговой памяти 10 и на входы таймера-счетчика 11, где фиксируются необходимые параметры.

Прецедент (для нашего случая под понятием прецедент понимается структурированное представление накопленных данных) можно представить в следующем виде:

CASE=(∑A_ci, ∑T_ci, Р_т, T_i, V_п, ρ_п, R),

(Башлыков А.А., «Автоматизация, телемеханизация и связь», №1, 2016),

где ∑A_ci - амплитуды принятых сигналов как прошедших через среду, так и отраженных от границы раздела фаз, ∑T_ci - время распространения сигналов в среде, Р_т - давление в трубопроводе, T_i - температура смеси, V_п - скорость потока, ρ_п - плотность потока смеси, R - резюмирующая часть прецедента, характеризирующая режим потока.

Значения ∑A_ci снимаются аналоговыми датчиками и передаются через аналоговый мультиплексор 13 на аналого-цифровой преобразователь 15 с целью преобразования их в пропорциональный цифровой код, который поступает затем в блок памяти программ и данных 14. Там же накапливаются другие параметры для текущего прецедента. Фиксируются амплитуды принятых ультразвуковых сигналов как прошедших через контролируемую среду, так и отраженных от границы (границ) раздела фаз - А_с, и значения измеренного времени распространения этих сигналов - ∑T для текущего цикла опроса под управлением синхронизирующих сигналов микропроцессора 8. При этом, в следующем цикле опроса, в качестве излучателя используется следующий по порядку элемент, предыдущий же излучатель выступает уже в качестве приемника, так же, как и остальные элементы. Управляет этой циклической сменой ролей микропроцессор 8, посылая сигнал на коммутатор аналоговых сигналов 9, который программно осуществляет эту смену ролей.

Также под управлением микропроцессора 8 происходит последовательный опрос блока аналоговой памяти 10 и таймера-счетчика 11, а с помощью аналогового мультиплексора 13 производится преобразование выходных сигналов блока налоговой памяти 10 и таймера-счетчика 11, посредством аналого-цифрового преобразователя 15 в пропорциональный цифровой код. Этот код несет информацию о максимальных амплитудах и времени распространения ультразвуковых сигналов через многофазную среду трубопровода, а также учитывает первичную группу сценариев.

Далее цифровые коды передаются и сохраняются в памяти программ и данных 14. Идентификация многофазной смеси в трубопроводе производится по определенной программе, хранимой также в памяти программ.

При идентификации руководствуются значениями принятых амплитуд ультразвуковых сигналов, прошедших через многофазную среду, а также отраженных от границ раздела фаз (сред), и измеренными значениями времени распространения этих сигналов через среду. Также учитывается первичная группа сценариев, которая несет в себе информацию о скорости движения смеси в трубопроводе, давлении в трубопроводе, температуре смеси, плотности смеси. Далее под управлением микропроцессора происходит определение группы прецедентов различных режимов, которые наиболее близки режиму течения многофазного потока для данной скорости движения, давления в трубопроводе, температуры смеси и плотности смеси.

Идентификацию режима течения многофазного потока предлагается осуществлять в интеллектуальных системах поддержки принятия решений (ИППР) на основе анализа и перебора прецедентов.

Использование: для определения режима многофазной смеси в трубопроводе. Сущность изобретения заключается в том, что на внешней поверхности трубопровода устанавливается группа излучателей, одновременно являющихся приемниками, которая прозвучивает (зондирует) ультразвуковыми колебаниями заданной частоты многофазный поток, движущийся в трубопроводе, перпендикулярно продольной его оси. Затем регистрирует значения принятых амплитуд ультразвуковых сигналов, прошедших через многофазную среду, отраженных от границ раздела фаз (сред), значения измеренного времени распространения этих сигналов через среду, также учитывается группа значений скорости движения смеси в трубопроводе, давления в трубопроводе, температуры и плотности смеси. Далее происходит преобразование полученных результатов в цифровую форму, удобную для обработки, и последующее формирование группы прецедентов, которые потом сравниваются с ранее сформированными эталонными прецедентами, которые хранятся в памяти программ (в составе микропроцессорной системы) в виде библиотеки прецедентов, эталонные прецеденты соответствуют множеству различных режимов течения многофазной смеси. Выбор наиболее близкого по степени важности эталонного прецедента происходит с использованием CBR-технологии. При этом перед началом прозвучивания потока производят сбор данных о скорости течения потока, давления в трубопроводе, температуре и плотности смеси, для этого на наружной части трубопровода устанавливают дополнительную группу преобразователей, регистрирующих данную информацию, которую называют первичной. Таким образом, происходит запись в память микропроцессорной системы информации для формирования постоянно «развивающейся», растущей библиотеки прецедентов и по результатам сравнения текущего случая с постоянно растущим количеством прецедентов из библиотеки прецедентов режим течения многофазной смеси в трубопроводе определяется наиболее точно. Технический результат: повышение точности определения режима течения многофазного потока в трубопроводе. 1 ил.

Способ определения режима многофазной смеси в трубопроводе, включающий установку на внешней поверхности трубопровода группы излучателей, одновременно являющихся приемниками, для прозвучивания ультразвуковыми колебаниями заданной частоты многофазного потока, движущегося в трубопроводе, перпендикулярно продольной его оси, под управлением микропроцессорной системы, регистрирующей значения параметров ультразвуковых сигналов, прошедших через многофазную среду, отраженных от границ раздела фаз (сред), отличающийся тем, что излучатели являются одновременно приемниками, а при обработке информации применяется CBR-технология, характеризующаяся использованием прецедентов, на основании которых принимается решение о характеристике многофазной смеси.