Датчик контроля уровня границы раздела вода-нефть Советский патент 1988 года по МПК G01F23/24 

1

Изобретение относится к контролю уровня и может быть использовано дл контроля и сигнализации уровня раздела минерализованной воды и нефти.

Известны контактные датчики уровня, принцип действия которых основа на замыкании электрической цепи при погружении датчиков в контролируемую жидкость lj . е

Однако при контролировании уровня раздела воды и нефти электроды могут покрываться изолирующей нефтяной пленкой и солями, что делает их неработоспособными.

Известен датчик уровня для электропроводных жидкостей, содержащий стойку-элек1род, связанный с емкостью, вторые электроды в виде стержней, размещенные внутри цилиндрических патронов, открытых снизу. Электрод изолирован втулкой и герметизирован в верхней части патрона. Изолятор защищен от воздействия воды 2

Недостатком этого датчика является незащищенность электрода-стержня от воздействия нефти, в результате чего чувствительность датчика при работе в среде нефть - вода понижается. Кроме того, при резком снижении давления контролируемой среды, возможном в технологических аппаратах, например в насосах объемного вытеснения, в результате резкого раширения газа происходит выброс нефт и газа из патрона и замещение их водой, что при последующем повышении давления приводит к понижению надежности датчика.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство для контроля границы раздела вода - нефть, содержащее трубу - корпус, внутри которого концентрично размещен электрод - стержень, изолированный от корпуса по торцам фтор- пластовыми втулками, а полость между корпусом и электродом залита маслом, нижняя часть электрода помещена в стакан, электрически связанный со стержнем и покрытый снаружи изолятором. На корпусе расположен зонт,предупреждающий попадание взвещенных частиц в стакан. Корпус ; датчика закреплен и электрически связан с металлической емкостью, которая является вторым электродом. Стакан предварительно заливается электропроводной : жидкостью - водой. При работе

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

в среде минерализованная вода - нефть в стакане электрода всегда находится вода, защищающая чувствительную часть от нефти, и при подъеме уровня раздела фаз зеркало электрода очищает- ся 3.

Недостатком известного устройства является появление постоянной электрической связи, обусловленной образованием токопроводящих кристаллических структур на поверхности изолятора - втулки при ;,пнтельном воздействии минерализовавшей воды.

Цель изобретения - повышение надежности работы в условиях периодически повторяющихся колебаний давления и уровня раздела жидкостей.

Поставленная цель достигается тем, что в датчике контроля уровня границы раздела вода - нефть, содержащем электрод в виде соединенного с измерительным прибором стержня со стаканом, заполненным водой, изоляторы стержня и стакана и защитный патрон, заацитный патрон вьшолнен в виде воронки, размещенной на изолированном стержне с возможностью перемещения и состоящей из двух частей верхняя из которых представляет собой цилиндр, а нижняя - усеченный конус, обращённьй большим основанием в сторону стакана, причем отношение внутреннего объема цилиндрической части к общему внутреннему объему патрона равно отношению минимального давления контролируемой среды к максимальному давлению, отношение диаметра больщего основания конуса к диаметру стакана составляет не менее 1,4, а отношение расстояния между конусом и стаканом к диаметру стакана находится в пределах 1-1,5.

Соотношение объемов выбрано так, что при минимальном давлении газ занимает весь объем патрона, а при максимальном только объем цилиндрической части и внутренняя поверхность цилиндрической части не смачивается водой, чем обеспечивается поверхностная электрическая прочность изолятора электрода.

Зазор между патроном и стаканом определяется условиями беспрепятственного подъема контролируемой границы раздела вода - нефть и предотвращения застревания вязкой эмульсии в зоне контроля.

В совокупности предлагаемые соотношение диаметров не менее 1,4 и зазор 1-1,5 обеспечивают, кроме того, надежную защиту стакана электрода от попадания механических частиц.

На чертеже изображен предлагаемый датчик.

Датчик включает в себя стержень электрода 1 с изолятором 2, стакан 3 электрода с изолятором 4 и защитный патрон 5, верхняя часть которого выполнена в виде цилиндра, а нижняя в виде конуса. Патрон может передвигаться по изолятору и фиксироваться на шпильках 6, при этом объем цилиндрической части может изменяться, а значиТу изменяется и отношение объема цилиндрической части патрона к его объему. Корпус емкости 7 представляет собой второй электрод.Электрод 1 через стакан 3 и корпус емкости 7 присоединен к вторичному прибо- РУ 8.

Датчик уровня работает следующим образом.

При повьшении уровня нефти в емкости 7 нефть попадает в патрон 5, затем при повьпиении давления среды объем газовой шапки в патроне 5 уменьшается до минимального, но занимает всю цилин/дрическую часть патрона, устанавливаемую заранее передвижением патрона относительно изолятора 2 и фиксированием с помощью гаек на шпильке 6. Этот объем гарантирует несмачиваемость части изолятора 2 в случае открытой поверхности воды в патроне при максимальном давлении среды. Эмульгированная в воде нефть, оказавшись в зоне датчика, поднимается в конус патрона 5, вытесняет воду и образует пленку, толщина которой увеличивается по мере уменьшения диаметра конуса. Вода в стакане 3 закрыта нефтью, а электрическая цепь между электродом 1 и корпусом емкости 7 включена на сопротивление.

По мере подъема уровня раздела вода вытесняет нефть с поверхности воды в стакане, электрическая цепь замыкается и вторичный прибор 8 выдает, соответствующий сигнал.. Зазор между стаканом 3 и патроном 5 и соотношение их диаметров обеспечивает беспрепятственное прохождение грани- ВНИИНИ Заказ 6374/38

0

5

0

5

цы раздела вверх и вниз относительно зеркала стакана 3, четко фикснруя моменты прохождения границы раздела. Изоляторы 2 и 4 электрода препятствуют случайному замыканию электрической цепи вне зоны контроля. При резком снижении давления среды (в момент выравнивания давления с другой емкостью в насосе объемного вытеснения) объем газа, заключенный в цилиндрической части патрона 5, резко расширяется, но при прохождении конусной части по мере увеличения сечения скорость газа уменьшается, а давление увеличивается, препятствуя выбросу из патрона 5 нефти и газа. При дальнейшем понижении уровня раздела жидкостей нефть покрьшает зеркало стакана 3, электрическая цепь электрод 1 - корпус емкости 7 размыкается и вторичньй прибор 8 вьща- ет соответствующий оперативный сигнал.

Таким образом, при Jвoбыx характерных изменениях давления и уровня в контролируемой среде датчик надежно фиксирует прохождение граниф раздела фаз относительно зеркала электрода. Наличие цилиндрической части в патроне 5 обеспечивает возможность установки относительно изолятора и гарантирует несмачиваемость изолятора электрода - стержня, а наличие конуса обеспечивает сбор изолирующего агента - нефти и газа из объема среды, защиту стакана электрода от попадания взвешенных частиц и сохранность изолирующей массы газа и нефти при

0 изменяющихся параметрах среды. Предлагаемые соотношения диаметра конуса патрона к диаметру стакана электрода, а также зазоры между краями патрона и стакана обеспечивают бес5 препятственное невозмущающее прохождение контролируемой границы раздела вода - нефть и предотвращают застревание вязкой эмульгированной нефти между стаканом и патроном.

Известные вторичные приборы, предназначенные для работы с известными датчиками, не требуют изменений при использовании предлагаемого датчика. Предлагаемое устройство обладает простотой исполнения, удобством обслуживания и высокой надежностью по сравнению с известным. Тираж 717 Подписное

0

5

0

5