Способ измерения истинного объемного газосодержания в газожидкостных потоках Советский патент 1983 года по МПК G01N9/36 

Изобретение относится к измернтельной технике, в частности к способам измерения истинного объемного газосодержания, и может быть исполь зовано для исследования двухфазных потоков и для контроля работы промышленных установок в энергетике, химической, нефтяной й других отраслях промьпипенности. Известны способы измерении среднего значения объемного газосодержа ния или средней плотности двухфазны сред, основанные на просвечивании всего контролируемого объема широки пучком ионизирующего излучения, по ослаблению которых судят об искомой величине 13Недостатком известных способов является то, что они не дают возмож ности определить распределение газо вых вк,}1ючений в контролируемом объе ме, т.е. структуру газожидкостного потока. Кроме того, изменения струк туры потока и плотности жидкойфазы ,в данном случае вызывают дополнительные погрешности измерения. Эти недостатки ограничивают область Vприменения известных способов. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является спо соб измерения истинного объеишого , газосодержания в газожидкостных потоках, основанный на разделении кон ролируемого объема трубопровода на элементарные объемы, облучении последних -ионизирующим излучением, по ослаблению которого при из естной плотности жидкой фазы судят о величине газосодержания С 2. Скорость счета выходных импульсов, зарегистрированных при просвечивании объема, заполненного газожидкостной смесью, плотность жидкой фазы и истинное объемное газосо держание в -ом элементарном объеме связаны следую1цвй зависимостью .(1-ч,| 1 скорость счета выходных импульсов, зарегистрированных при просвечивании контролируемой среды; скорость счета выходных импульсов, зарегистрированных в отсутствие контролируемой. среды; - ма 5совый коэффициент ослабления излучения средой плотность жидкой фазы контролируемой среды ; эффективная высота I-го объема/ истинное объемное гаэосо держание. Решая (1J относительно V лучают t,,i i Среднее значение относительного истинного объемного газЪсодержания в контролируемом объеме через Ч определяют при этом следующим образомПч,., Недостатком известного способа .является ограниченная область применения, включающая в себя только те Потоки, в которых плотность жидкости постоянна и заранее известна..Его нельзя, например, использовать для измерения остаточного газосодержания в потоках товарной нефти, транспортируемой по магистральнь « трубопроводам. Это обусловлено тем, что известный способ не обеспечивает-требуемой точности измерений из-за неопределенности в значениях плотности товарной нефти, которое в зависимости от сортности и температуры может изменяться в пределах 0,82-0,88 г/см . Такая неопределенность в значениях плотности нефти приводит к появлению текущей относительной погрешности измерения , достигающей 5% и более. Целью изобретения является расширение области применения за счет обеспечения возможности измерения газосодержания в потоках с непостоянной величиной плотности жидкой фазы и повьшение точности измерения газосодержания. Указанная цепь достигается тем, что согласно способу измерения ис- V тинного объемного газосодержания, основанному на разделении контролируемого объе.ма на элементарные объ® 1Ы, облучении последних ионизирующим излучением, по ослаблению которого при известной плотности жидкой фазы судят о величине гаэосодержания, в каждом элементарном -объеме определяют структурную функцию процесса изменения средней плотности контролируемой среды, а истинное объемное газосодержание измеряют в тех элементарных объемах, структурная функция в которых отлична от нуля, при этом действительное значение плотности жидкой фазы определяют как значение средней плотности контролируемой среды в тех элементарных объемах, в которых структурная функция равна нулю. Таким образом, в известный способ введены новые операции: определение структурной функции процесса изменения средней плотности в каждом элементарном объеме, измерение.действительного значения плотности жидкости как значения средней плотности контролируемой среды в элементарных объе мах, структурная функция в которых равна нулю. Известно, что структурная функция это средний квадрат приращений флуктуации Sf на интервале времени t , tMt, где At - фик л1ровано, т.е. 4 f f t ui. В общем случае структур ные функции позволяют судить о стационарности процесса и. выявлять его скрытые периодичности. В данном случае этой функцией удобно пользоваться для обеспечения высокой точности измерения, так как с ее помощью учитываются быстрые пульсации измеряемого параметра. Определяя приращения средней плот ности за малые прсмежутки времени a Д например, порядка ,можно определить пульсации средней плотности, вызываемые мелкими пузырями газа, находящимися ниже порога чувствительности известных средств измерения газосодержания. Поэтому в предлагаемом способе можно с большей достоверностью определить элементарные объенш, не содержащие газа. Когда в элементарном объеме структурная функция равна нулю, то это значит, что в а&л нет приращения средней плотности, следовательно нет и газа, обуславливгиоЕцего эти приращения. Тог да, в объекте с гарантированной жидкой фазой (назов&4 его 1(-ым ) можно определить плотность жидкости f изBecTHbM методом по .соотношению, полу ченнеичу иэ выражения {2 ) I .-,. - . При этом, убедившись по структурной функции в отсутствии газа .в элементарном контролируемом объеме, из. плотности жидкости в нем мо« .но осуществить с высокой точностью (до сотых процента ,выбирая , необходимое время измерения без всяких ограничений. Далее подставляя (4) в C2J, получают выражение для определения величины газосодержания a-i t oi-/4) (s}V О «З КепУ- ц/г i Среднее J(no сечению трубсотровода значение газосодержания определяют, как и в известном способе, .по соотно шению {3}. Указанные признаки расширяют область применения известного способа на случаи, когда существует неопределенность в значениях плотности жидкой фазы Благодаря использОва-ч нию структурной функции в предлагаеMOM способе, с большой дсютоверностью выделяются элементарные контролируемые , не содержанию газа, что с одной стороны дает возможность более точно определить у , ас пругой стороны сократить число элементарных объемов, в которых необходимо измерять Vi .Таким образом, повышается точность измерения Ч за счет более точного измерения как . , так и Ч . Последнее обусловлено тем, что в выпаленных объемах измерение не производят, т.е. погрешности измерения f , свойственные известнш4 средствам, исключаются из обпсего числа составляюсцнх, повышая тем самьм суммарную точность определения значения газосодержания Ч , среднего по сечению трубопровода. На чертеже приведена функциональная схема устройства, реализую1цего предлагаеннй способ. Устройство содержит источник ионизирующего излучения 1, помещенныйв защитно-коллимирую1г(ее устройство 2 и детектор иоиизируюноего излучения 3, причем детектор и источник излучения помещены с противоположных сторон измерительного участка трубопровода и с возможностью перемеофения вдоль сечения трубопровода (например, закреплены на скобе или ргме),формирователь импульсов 4, интенсиметр 5, блок измерения структурной функции 6, включаюощй в себя формирователь интервала At 7, схему задержки 8, управляемой генератор тактовой частоты 9, схему И 10, схему устранения 11 и устройство индакации 12., Поток ггиФ«а-квантов от источйика ионизируюсцего излучения 1, сформированный защитно-коллимирующим устройством 2, после взаимодействия с ве{цвством контролируемой среды поступает на детектор ионизирующего излучения 3, где преобразуется в последовательность электрических импульсов,, поступающих на вход формирователя импульсов 4. ФоЕ шрователь импульсов 4 представляет собой пороговое устройство, осуществляющее амплитудную дискриминацию входных импульсов в соответствии с энергией первичных гамма-квантов и формирование импульсов по амплитуде и дпитель.ности. С выхода формирователя последовательность электрических импульсов, по скорости счета которых судят о величине средней плотности (гаэосодержания. газожидкостной сме- си, поЪтупает на входы интенсиметра . 5 и блока измерения структурной функции 6. в интенсиметре 5 частота следования импульсов преобразуется . в двоичный код и в постоянное напряжение, соответствующее значениям контролируемого параметра. Выходной сигнал интенсиметра используют для записи процесса изменения средней плотности в контролируемом объеме с помощью известных самопишущих приборов, например светолучевых осциллографов. БЛОК измерения структурной функции работает следующим образом. Формирователь интервала 7 запуска ется тактовым импульсом от управляемого генератора тактовой частоты 9 и формирует временной интервал . t , длительность которого обратно пропорциональна частоте входных импульсов. Этот интервал задерживается в схеме задержки 8 на такт работы устройства и затем поступает на вход схемы И 10, где заполняется входными импульсами, поступающими на второй вход этрй схемы. Таким образом, сигнал на выходе схемы И 10 пропорционален отношению числа импульсов, соответствующих значению контролируемого параметра в текущем такте работы устройства, к числу импульсов, зарегистрированных в предшествующем , такте. В схеме усреднения 10, включающей в себя накопительный счетчик и регистр памяти, происходит сумкшрование импульсов, прошедших через схему И 10, и вычитание постоянной составляющей. Сигнал на выходе схемы усреднения 11 соответствует среднему квадрату приращения контролируемо го параметра за промежуток времени, длительность которого определяется величиной тактовой частоты. Изменяя частоту следования импуль сов управляемого генератора такто вой частоты 9 и, тем самьал, длительность промежутка времени л-t , за который определяется средний квадрат приращений контролируемого параметра, и регистрируя при этом показания :устройства индикации 12, можно определить структурную функцию КОНТрОЛИруемого параметра. Работу блока изме рения структурной функции б можно по яснить с помощью следующих соотношений. Известно, что зависимость частоту следования импульсов на выходе фор мирователя от средней плотности контролируемой среды в случае просвечивания последней узким пучком -j-излучения имеет экспоненциальный харак тер . г ГрСХр (-Ар), где TQ - частота следования импуяь сов в отсутствие контролируемой среды; --.. Л - козффициент ослабления излучения, р средняя плотность контролируемой среды. Рассмотрим отношение двух зна чений частоты следования импульсов, разделенных промежутком времени At rpexp -Ap( r expt-Aplt) exp-Aip(tMt}-p(t). Разложим экспоненту, в степенной ряд и произведем временное усреднение. Пренебрегая членами ряда, начи-, ная с пятого, и учитывая, что среднее значение нечетных степеней этого ряда равно нулю, получим fp((t)F 2 -1 + kAp(dt) -коэффициент пропорци1:де -k ональности ; up(ut) -структурная функция процесса изменения средней плотности. Длительность промежутка времени At задается периодом следования тактовых импульсов или тактовой частотой на выходе управляемого генератора, тактовой частоты 9. Изменяя тактовую частоту генератора 9, можно определить структурную функцию процесса изменения средней плотности контролируемой среды. Величина элементарного контролируемого объема в каждом конкретном случае определяется площадью чувствительной поверхности детектора и длиной соответствующей хорды поперечноГО сечения трубопровода, по которой происходит просвечивание. В процессе поиска элементарнь1х контролируемых объемов, не содержащих газа, источник и детектор ионизирующего излучения могут не только последовательно смещаться вдоль поперечного сечения, но и поворачиваться вокруг продольной оси трубопровода, просвечивая его поперечное сечение по различным хордам до тех пор, пока по структурной функции не будет обнаружен элементарный объем, не содержащий газ. После определения точного действительного значения плотности жидкой среды в трубопроводе, перемещай источник и детектор вдоль сечения, определяют структурную функцию в каждом контролируемом объеме и значение Ц в тех объемах, структурная функция в которых не равна нулю.

СПОСОБ ИЗМЕРЕН Ш ИСТИННОГО ОБЪЕМНОГО ГАЗОСОДЕРЖАНИЯ В ТАЗОЖИДКОСТЙЫХ ПОТОКАХ,основанный на разделенииконтролируемого объема на элементарные объемы, облучении последних ирнизирукмцим излучением, по ослаблению которого при известной плотности жидкой фазы судят о величине газосодержания, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения за счет обеспечения возможности измерения газосодержания в потоках с непостоянной величиной плотности 5шдкой фазы,, а также повышения точности измерения, в каждом элементарном объеме определяют структурную функцию процесса изменения средней плотности контролируемой среды, а истинное объемное газосодержание измервпот в тех элементарных объемах, в которых структурная функция отлична от нуля, при этом действительное значение ; плотности жидкой фазы определяют как значение средней плотности контролируемой среды в элементарных объемах, в которых структурная функция равна нулю.. . ю ю