Устройство для поддержания уровня границы раздела жидкостей Советский патент 1991 года по МПК G01F23/22 

О

ел

00

уровнемеров соединяются с входами соответственно первого и второго ключей 14 и 15 и с входами компаратора 12, выход которого связывается с управляющим входом первого ключа 14 и через инвертор 13 - с управляющим входом второго ключа 15, а выходы ключей 14 и 15 подсоединены к пороговому регулятору 16. При этом рабочие . поверхности термочувствительных элементов 2-5 соединяются с поверхностью резервуара 9 через слой 18, состоящий из смеси алюминиевой пудры и масла. На вход порогового регулятора в каждый момент времени выдается максимально разностный сигнал с термочувствительных элементов 2-5, подключенных к блокам 6 и 7 выделения разностного сигнала соответственно. Это позволяет в силу неодинаковости условий теплообмена противоположных сторон 8 и 10 резервуара 9 с окружающей средой и возникновения в связи с этим инверсий фаз контраста нефть - газ (нефть - вода) на них в различные моменты времени обеспечить выделение отличного от нуля сигнала о смещении уровня относительно заданного положения в любое время. Связь термочувствительных элементов 2 - 5 с внешней поверхностью резервуара 9 через слой 18 алюминиевой пудры и масла обеспечивает устранение срыва регулирования при малых величинах контраста. Возникающий при этом надежный тепловой контакт позволяет повысить достоверность выделения сигнала о положении уровня. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для регулирования уровня нефтепродукта в резервуарах подготовки нефти. Цель изобретения - повышение точности поддержания уровня путем устранения срыва регулирования в условиях инверсии фазы контраста нефть - газ (нефть - вода). Достижение цели обеспечивается установкой термочувствительных элементов 2 и 3 теплового уровнемера на внешней поверхности одной из сторон 8 резервуара 9, а также введением аналогичного дополнительного уровнемера, установленного на противоположной внешней стороне 10 резервуара 9. Кроме того, устройство содержит блок управления в виде компаратора 12, инвертора 13 и двух ключей 14 и 15. Выходы Ј

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и может быть использовано для регулирования уровня нефтепродукта при автоматизации резерву- арных парков подготовки нефти.

Цель изобретения - повышение точности поддержания уровня нефтепродукта.

На фиг.1 показана структурная схема устройства; на фиг.2 - временные диаграммы работы устройства.

Устройство содержит анализатор 1 состава жидкости 1, состоящий из двух пар термочувствительных элементов 2, 3 и 4, 5 и двух схем 6 и 7 выделения разностного сигнала. Пара термочувствительных элементов 2 и 3 установлена на внешней поверхности 8 резервуара 9 подготовки нефти по его высоте. На аналогичных уровнях по высоте, противоположной внешней поверхности 10 резервуара 9, установлена пара термочувствительных элементов 4 и 5. Выходы термочувствительных элементов 2 и 3 связаны с входами первой схемы 6 для выделения разностного сигнала, а выходы термочувствительных элементов 4 и 5 связаны с входами второй схемы 7 для выделения разностного сигнала. Один из термочувствительных элементов каждой пары 2 и 4 установлен на заданном уровне 11 нефтепродукта (на верхнем уровне нефтепродукта по высоте резервуара нефтепродукт - газ, или на нижнем уровне нефтепродукт - вода в зависимости от того, для поддержания какого уровня в заданном положении используется

устройство). Устройство содержит также компаратор 12, инвертор 13, ключи 14 и 15, пороговый регулятор 16, исполнительный механизм 17. Выходы схем 6 и 7 для выделения разностных сигналов анализатора 1 состава жидкости соединены соответственно с входами X ключей 14 и 15 и входами компаратора 12, выход которого связан с управляющим входом V ключа 14 и через

инвертор 13 с управляющим входом V ключа 15, а выходы ключей 14 и 15 подсоединены к пороговому регулятору 16, связанному с исполнительным механизмом 17. Рабочие поверхности термочувствительных элементов 2-5 соединены с внешними поверхностями 8 и 10 стенок резервуара 9 подготовки нефти через слой 18 алюминиевой пудры и масла.

Устройство работает следующим обраэом.

Термочувствительные элементы 2 и 3 анализатора 1 состава жидкости, например полупроводниковые, проволочные термосопротивления или другие элементы для преобразования температуры в электрический сигнал, регистрируют температуру в двух заданных точках по высоте одной из внешних сторон 8 резервуара 9 и соответственно термоэлементы 4 и 5 анализатора 1 регистрируют температуру в двух, расположенных в тех же заданных по высоте точках противоположной внешней стороны 10 резервуара 9.

Связь рабочих поверхностей термо1 ,я- ствительных элементов 2-5 анализатора 1 состава с внешней поверхностью резерву- раа 9 через слой 18 алюминиевой пудры и масла (алюминиевая пудр 80 - 90%, масло

10- 20%), который имеет наряду с высокой теплопроводностью неплохие вязкостные качества, гарантирует надежный тепловой контакт, исключает неравномерности в области соприкосновения,обусловленные неровностями стенки резервуара Эксперименты показали , что именно при таком процентном соотношении веществ наблюдается оптимальное соотношение пластических и теплопроводных свойств слоя.

Тепловое состояние резервуара 9, в котором предварительно подогретая (Т 40°С) водонефтяная смесь расслаивается по плотности и образует слои снизу вверх по высоте резервуара воды, нефтепродукта, газа, определяется процессами теплообмена пристенных слоев сред через металлическую стенку резервуара 9 с окружающей средой В силу разности теплофизичегжих характе: ристик нефтепродукта и воды (газа) и непрерывности обновления поступающей в резервуар смеси, под воздействием с однсй стороны метеофакторов (температуры воздуха, солнечной радиации, ветра и т д), а с другой - теплообмена, обуслозленного свободной и вынужденной конвекцией в средах на границах их раздела, имеет место температурный перепад, величина которонз является функцией условий теплообмена.

При нахождении границы раздела нефтепродукт - вода (газ) на заданном урооне

11сигналы на выходах схем б и 7 для выде ления разностного сигнала, каждая из кото- рыг выполнена, например, на основе дифференциального усилителя, близки к нулю, так как термочувствительные элементы пар 2, 3 и соответственно 4. 5 находятся в примерно одинаковых тепловых условиях (например, в области внешних поверхностей 8 и 10 резервуара 9, граничащих со слоем нижней из сред по высоте резервуара: нефтепродукта в случае использования устройства для поддержания уровня нефтепродукт - газ, воды - в случае поддержания уровня нефтепродукт - вода) Компаратор

12находится в любом из возможных состояний О или 1. (состояние О на фиг 2) В зависимости от этого открыт один из ключей 14 или 15, с выхода которого информация выдается на вход порогового регулятора 16, представляющего из себя, например, триггер Шмидта. В рассматриваемый момент времени, когда сигнал на входе порогового регулятора близок к нулю (меньше порога

граба-: ша ия регугятооа на Фи,2) « плдрЈ. v.Tr-ие на исполни)е 1ьннй механизм оЫ чивает жидкости (неф|И - в с,-/чае поддержания границы нефтепродукт - гэз 5 или воды - в случае поддержания нефтепродукт - вода) из резервуара Исполнительный механизм представляет из себя, например, переменное гидравлическое сопротивление, помещенное ь трубог0 ровод, перемещение которого в соответствии с командным синапом вызывает изменение расхода потока жидкости. В результате снижение уровня раздела относи ельно заданного положения (показано

5 штриховой линией на фиг 1) приводит к тому, что термочувствительные элементы 2 и 4 анализатора 1 состава оказываются в контакте с внешней поверхностью резервное, граничащей с верхним СЛОРМ по высоте ре0 зервуара (газом ити нефтью).

Тепловое состояние теомочувствитель- HI-V элементов 2 и 4 изменяется относительно теплового состояния термочуоствительных элементов 3 и 5, которые по-прежнему кон5 тактируют со стенкой резервуара, rpatM n- щей с нижним слоем по высоте резервуара (соответственно с нефтью или еодоГД Слой воды имеяЬопылуютеплопроРодмость, плотность, теплоемкость и на порядок меньше

С вязкость по сравнению с нефтью, характеризуется большей интенсивностью протекающего в нем конвективного теплообмена. Тепло, отдаваемое оболочкой гезерч/арэ, граничащей со слоем воды, компенсируется

5 подводимым изнутри резервуара 9 тепловым потоком интенсивнее, по сравнению с оболочкой резервуара в области слоя нефти. Еще меньшая теплопроводность газа при- оодит к еще меньшей компенсации тепло0 вых потерь, чем на уровне нефти, т.е. температура оболочки резервуара 9 на уровне газа приближается к температуре окружающей среды. В результате внешняя поверхность резервуара 9 в области распо5 ложения слоя воды охлаждается медленнее соответствующей поверхности в области слоя нефти, а последняя медленнее поверхности в области слоя газа при любой совокупности одинаково воздействующих на

0 них охлаждающих факторов (температуры воздуха, ветра, солнечной радиации и т.д.). Интенсивность теплообмена на противоположно ориентированных поверхностях 8 и 10 резервуара 9, определяющая величину

5 теплового контраста на каждой из них в области раздела сред, в любой момент времени различна, так как возмущающие факторы (оетер-, солнечная радиация), имея вполне определенное направление воздействия, действуют на них одновременно с

неодинаковой силой Сигналы с выходов схем 6 и 7 для выделения разностною сигнала анализатора 1, несущие информацию о величинах тепловых контрастов на противоположных поверхностях резервуара в области раздела сред, выдаются на входы X ключей 15, 14 и одновременно на входы компаратора 12, который осуществляет сравнение абсолютных значених указанных сигналов. Если сигнал на выходе схемы 6 анализатора 1 состава жидкости больше по абсолютной величине сигнала на выходе схемы 7, то на выходе компаратора 12 и соответственно на входе инвертора 13 устанавливается уровень логической 1. При этом ключ 15, на управляющий вход которого с выхода инвертора 13 подается логический О, закрыт, а ключ 14 открыт и выход схемы б подключен к входу регулятора 16. Если, наоборот, cm нал на выходе схемы 7 анализатора 1 больше сигнала на выходе схемы 6, то логический О, возникающий нэ выходе компаратора 12, обеспечивает подключение через открытый ключ 15 на вход регулятора 1G сигнала со схемы 7 анализа тора 1. Ключ 14 при этом закрыт Таким образом, компаратор, воздействуя из управляющие входы V ключей 14 и 1L i ы ос- радственно, и соответственно, через инвертор 13, открывает в каждый момент времени тот из них, на информационном входе X которого сигнал, выдаваемый со схем 6 или 7, максиюлен Таким образом, осуществляется выда и на оход nopoic u.o регулятора 1G сигнала, соответствующего максимальному тепловому контрасту нефтепродукт - пода (газ)из наблюдающихся на противоположных сторонах резервуара о любой момент времени. При смещении уровня раздела относительно заданного по ложения сигнал превышает порог срабатывания порогового регулятора 16, который, воздействуя на исполнительный орган 17, уменьшает отток жидкости из резервуара За счет притока водонефтяной смеси в резервуар подготовки нефти (не показан), со скважин эксплуатируемых месторождений обеспечивается возвращение уровня раздела в заданном положении 11. При этом сигнал на выходах схем 6 и 7 для выделения разностного сигнала вновь станоьигся близким к нулю (меньше порога срабатывания регулятора) Воздействие на исполнительный механизм 17 вызывает увеличение оттока жидкости, процесс поддержания уровня продолжается. Когда охлаждение одной из сторон резервуара 9 сменяется ее нагревом различия теплофизических характеристик сред (теплопроводности, плотности, теплоемкости, вязкости) причо кг к

тому, что поверхность, граничащая с нефтью и охлажденная сильнее, чем соответствующая поверхность на уровне воды, начинает нагреваться быстрее ее Поверхность на уровне газа, охлажденная еще сильнее, чем поверхность на уровне нефти, - быстрее последней. В результате температуры поверхности на уровне нефти и воды (газа) выравниваются, контраст исчезает

0 (температура на уровне газа догоняет температуру на уровне нефти, а последняя - температуру на уровне воды). Таким образом, когда ох/мжденич поверхности резервуара сменяется нагревом (или наоборот)

5 сигнал при смещении уровня относительно заданного попожения на выходе одной из схем 6 или 7 равен 0 Регулирование при этом ведется по сигналу, регистрируемому на противоположной стороне резервуара и

0 вырабатываемому схемой соответственно 7 или 6 Здесь сигнал отличен от нуля в силу разли той интенсивности воздействующих па тепловое состояние противоположных поверхностей резервуара факторов (ветра,

6 солне той рачийции) гз каждый момент вре-

Формула изобретения 1 Усфопсгво для г дцержания уровня границы раздела жидкостей, содержащее два

С преобразователя уровня, пороговый регулятор, выход которого связан с исполнительным механизмом клапана сброса жидкости, и блок управления, отличающееся тем, что, с целью повышения тошости поддержания

5 уровня, о нем каждый преобразователь уровня выполнен в виде двух смещенных по высо- ic термочувствительных элементов и блокз выделения разностного сигнала, входы которого подключены к термочувствительным

0 элементам, расположенным попарно симметрично термочувствительным элементам другого преобразователя, а блок управления выполнен в виде компаратора, двух ключей и инвертора, при этом выходы блоков выделе5 ния разностного сигнала подключены соответственно к сигнальным входам ключей и входам компаратора, выход которого подключен к управляющему входу одного ключа и через ы чертор - к управляющему входу

0 другого ключа, а выходы ключей объединены и подключены к входу порогового элемента.

5 термочувствительных элементов покрыты защитным слоем, состоящим из смеси алюминиевой пудры и масла при следующем соотношении ингредиентов, мае %: Ллюмш иеооя пудра 0,8 0,9 Масл: 0,1 -0,2

Фиг, 2