Датчик контроля уровня границы раздела вода-нефть

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (191 (и) (51)4 G 01 F 23/24

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

6ЮИ3э! У:,"::

Я7 ;.il и л- ..л

1 >„r 1, . :.(ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИИ И ОТКРЫТИЙ (21) 3552782/18-10 (22) 12.11.82 (4б) 07.12.88. Бюл. У 45 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт по сбору, подготовке и транспорту нефти и нефтепродуктов (72) В.П.Маслов, А.И.Дьячук, Э.Б.Низамова, И.К.Карпова, Л.В.Давыдова и Н.П.Репин (53) б81. 128.6 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф 317915, кл. G 01 F 23/24, 1969.

2. Авторское свидетельство СССР

252059ü кл. С 01 F 23/24, 1969.

3. Комплекс "Сигнализация и управление уровнем раздела фаз вода— нефть". Техническое описание и инструкция по эксплуатации АИС 2 834

002 ТО. — Рязань: Рязанское СКБ

НПО "Не@тьхимавтоматика 1979. (54)(57) ДАТЧИК КОНТРОЛЯ УРОВНЯ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ВОДА — НЕФТЬ, содержащий электрод в виде соединенного с измерительным прибором стержня со стаканом, наполненным водой, изоляторы стержня и стакана и защитный патрон, размещенный на изоляторе стержня, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы в условиях периодически повторяющихся колебаний давления и уровня границы раздела, защитный патрон выполнен в виде воронки, размещенной на изолированном стержне с возможностью перемещения и состоящей из двух частей, верхняя из которых представляет собой цилиндр, а нижняя — усеченнъй конус, обращенный большим основанием в сторону стакана, отношение диаметра большего 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.

1442837

5 !

О

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

Известны контактные датчики уровня, принцип действия которых основан на замыкании электрической цепи при погружении датчиков в контролируемую жидкость (1), 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-электрод, 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 )2J.

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 расширения газа происходит выброс нефти 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 фторпластовыми 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 взвешенных частиц в стакан. Корпус: датчика закреплен и электрически связан с металлической емкостью, которая является вторым электродом. Стакан предварительно заливается электропроводной:жидкостью — водой. При работе в среде минерализованная вода - нефть в стакане электрода всегда находится вода, защищающая чувствительную часть от нефти, и при подъеме уровня раздела фаз зеркало электрода очищается (3) .

Недостатком известного устройства является появление постоянной электрической связи, обусловленной образованием токопроводящих кристаллических структур на поверхности изолятора — втулки прц g,-".: òåëüHîì воздействии минерализова. ной 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, защитный патрон выполнен 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, обращенный 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 большего 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.

42837

14

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

На чертеже изображен предлагаемый датчик.

Датчик включает s 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

t а значит, 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 прибору 8.

Датчик уровня работает следующим образом.

При повышении уровня нефти в емкости 7 нефть попадает в патрон 5, затем при повышении давления среды объем газовой шапки в патроне 5 уменьшается до минимального, но занимает всю цилиндрическую часть патрона, устанавливаемую заранее передвижением патрона относительно изолятора 2 и фиксированием с помощью гаек на шпильке б. 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 H вторичный прибор 8 выдает., соответствующий сигнал. Зазор между стаканом 3 и патроном 5 и соотношение их диаметров обеспечивает беспрепятственное прохождение граниВНИИПИ Заказ 6374/38

55 цы раздела вверх и вниз относительно зеркала стакана 3, четко фиксируя моменты прохождения границы раздела.

Изоляторы 2 и 4 электрода препятствуют случайному замыканию электрической цени 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 покрывает зеркало стакана 3, электрическая цепь электрод 1 — корпус емкости 7 размыкается и вторичный прибор 8 выдает соответствующий оперативный сигнал.

Таким образом, при любых характерных изменениях давления и уровня в контролируемой среде датчик надежно фиксирует прохождение границы 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 изменяющихся параметрах среды. Предлагаемые соотношения диаметра конуса патрона к диаметру стакана электрода, а также зазоры между краями патрона и стакана обеспечивают беспрепятственное 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

Произв.-полигр. пр-тие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4