Способ определения объема жидкости в трубопроводе

Авторы патента:

Ротов Александр Александрович (RU)

G01F22/00 - Способы и устройства для измерения объема жидкостей, газов или сыпучих материалов, не отнесенные к другим рубрикам

G01F1/76 - приборы для измерения массы потока жидкости, газа или сыпучего твердого материала (взвешивание непрерывного потока материала G01G 11/00)

Владельцы патента RU 2715357:

Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий - Газпром ВНИИГАЗ" (RU)

Изобретение может быть использовано в нефтегазовой промышленности для измерения объема накопленной жидкости в протяженных трубопроводах наземной прокладки на опорах, транспортирующих газожидкостные потоки. Способ предусматривает установку функционально объединенных между собой датчиков, выполненных с возможностью проведения замера и передачи значений массы во всех местах контакта наружной поверхности трубопровода с опорами. На основании результатов замера расчетным путем определяют массу (М) трубопровода с содержащейся в нем газожидкостной смесью, собственную массу трубопровода и объем (V_ж) жидкости в трубопроводе из соотношения где ρ_ж - значение плотности жидкости в трубопроводе, ρ_г - значение плотности газа в трубопроводе, М_г - масса газа в трубопроводе, при этом где d - внешний диаметр трубопровода (м), h - толщина стенки трубопровода (м), L - длина трубопровода (м). Техническим результатом является повышение эффективности контроля объема накапливаемой в трубопроводе жидкости за счет повышения надежности работы и точности показаний датчиков, обеспечение возможности определять места скопления жидкости, а также расширение арсенала технических средств. 1 табл., 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в нефтегазовой промышленности для измерения объема накопленной жидкости в протяженных трубопроводах наземной прокладки, транспортирующих газожидкостные потоки.

Известен способ определения массы жидкости в резервуаре (патент РФ №2494353, G01F 17/00, опубл. 27.09.2013), заключающийся в измерении уровня жидкости, измерении плотности жидкости и определении массы жидкости в резервуаре по объему. При этом определяют среднее значение плотности жидкости в резервуаре путем периодических измерений плотности жидкости в поверхностном слое и на глубине через равные промежутки времени до момента, когда значения плотности на глубине и поверхности выровняются, после чего рассчитывают среднее арифметическое значение плотности, используя последние значения плотности жидкости в поверхностном слое и на глубине. Затем измеряют уровень жидкости посредством метрштока, закрепленного в резервуаре, путем получения телевизионного изображения метрштока, в зоне соприкосновения его с поверхностью жидкости. При этом метршток подсвечивают источником света, расположенным вместе с телевизионной видеокамерой над поверхностью жидкости, а для излома хода лучей подсветки используют зеркало, закрепленное на поплавке под поверхностью жидкости наклонно к оси источника света и оси объектива телевизионной видеокамеры. Причем поплавок установлен на метрштоке с возможностью вертикального перемещения при изменении уровня жидкости. Передают изображение посредством телевизионной видеокамеры на устройство отображения результатов измерения. С учетом градуировочной характеристики конкретного резервуара по измеренному значению уровня определяют объем жидкости в резервуаре, после чего по полученному значению объема и среднему арифметическому значению плотности определяют массу жидкости в резервуаре. Недостатком указанного способа является то, что его реализация предполагает наличие ровной поверхности жидкости, уровень которой определяют оптическими приборами. В общем случае газожидкостной поток в трубопроводах не обладает постоянной формой границы газовой и жидкой фаз, что ограничивает применимость данного способа. Кроме того, данный способ обладает низкой надежностью при применении его на протяженных трубопроводах, поскольку движущийся газожидкостной поток способен повредить элементы оптической системы.

Наиболее близким к предложенному способу (прототипом) является способ измерения плотности и уровня жидкости (патент РФ №2441204, G01F 23/14, опубл. 27.01.2012), включающий установку в резервуар с исследуемой жидкостью двух датчиков давления друг над другом на фиксированном расстоянии, фиксацию значений смещения нуля нижнего и верхнего датчиков, когда уровень жидкости находится ниже их уровней, фиксацию разности значений давлений нижнего и верхнего датчиков, когда уровень жидкости находится немного выше уровня верхнего датчика, вычисления плотности и уровня жидкости по полученной фиксированной разности давлений и значениям смещения нуля датчиков. Если уровень жидкости не опускается ниже уровня нижнего датчика, то в резервуаре размещают между верхним и нижним датчиками на фиксированном расстоянии от нижнего датчика средний датчик давления. Фиксируют значение смещения нуля среднего датчика, когда уровень жидкости находится ниже его уровня, фиксируют разность значений давлений нижнего и среднего датчиков, когда уровень жидкости находится немного выше уровня среднего датчика, определяют смещение нуля нижнего датчика по фиксированной разности давлений между нижним и средним датчиками и значениям смещения нуля среднего и верхнего датчиков. Однако, в известном способе датчики, установленные внутри трубопровода, подвергаются воздействию газожидкостного потока, идущего через трубопровод, что обусловливает снижение надежности работы и точности показаний датчиков. Кроме того, в известном способе для установки датчиков необходимо сверлить либо резать стенки трубопровода, что усложняет монтаж датчиков и ухудшает надежность трубопровода.

Предлагаемый способ основан на использовании зависимости массы газожидкостной смеси в трубопроводе от соотношения в ней жидкой и газовой фаз. При этом значения плотности газовой и жидкой фаз определяют в зависимости от состава транспортируемой среды и рабочих условий (давление, температура), которые предполагают известными.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является разработка способа определения объема жидкости в трубопроводах, транспортирующих изменяющийся газожидкостной поток, обеспечивающего непрерывный контроль объема жидкости, накапливаемой в процессе эксплуатации протяженных трубопроводов.

Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, является повышение эффективности контроля объема накапливаемой в трубопроводе жидкости за счет повышения надежности работы и точности показаний датчиков, обеспечение возможности определять места скопления жидкости, а также расширение арсенала технических средств для осуществления упомянутого контроля в протяженных трубопроводах.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в способе определения объема жидкости в трубопроводе на всем протяжении трубопровода, проложенного на опорах, в местах контакта наружной поверхности трубопровода с опорами устанавливают датчики, выполненные с возможностью определения массы и функционально объединенные с возможностью передачи по каналам связи полученных данных. Затем осуществляют одновременный замер значений приходящейся на каждую из опор массы трубопровода с содержащейся в нем газожидкостной смесью, после чего на основании результатов замера выполняют расчет массы (М) трубопровода с содержащейся в нем газожидкостной смесью из соотношения

где m_i - измеренное значение приходящейся на i-ую опору массы трубопровода с газожидкостной смесью (кг),

n - количество опор трубопровода,

и, с учетом предварительно полученного значения массы (М_ТР) трубопровода из соотношения

где ρ_М - плотность материала трубопровода (кг/м³),

d - внешний диаметр трубопровода (м),

h - толщина стенки трубопровода (м),

L - длина трубопровода (м),

определяют объем жидкости (V_ж) в трубопроводе

где ρ_Ж - значение плотности жидкости в трубопроводе (кг/м³),

ρ_Г - значение плотности газа в трубопроводе (кг/м³),

М_Г - масса газа в трубопроводе (кг), при этом

На чертеже представлена схема установки датчиков на трубопроводе.

Способ осуществляют следующим образом.

В местах контакта нижней образующей трубопровода и его опор устанавливают датчики, выполненные с возможностью определения массы трубопровода с находящейся в нем газожидкостной смесью. Используют серийно выпускаемые датчики, обеспечивающие необходимый диапазон измерений: от массы трубопровода, приходящейся на одну опору, при полном заполнении его газовой фазой, при атмосферном давлении, до массы, приходящейся на одну опору трубопровода, при его полном заполнении жидкой фазой, например, тензометрические датчики веса ST-X-A-22 (производитель Южно-Уральский весовой завод), определяющие и передающие значения массы.

Установленные датчики объединяют в измерительную систему, позволяющую осуществлять одновременный замер значений массы (m_i) во всех местах контакта трубопровода с опорами.

На основании результатов одновременного замера значений приходящейся на каждую из опор массы трубопровода с содержащейся в нем газожидкостной смесью, выполняют расчет общей массы (М) трубопровода с содержащейся в нем газожидкостной смесью

где m_i - измеренное значение приходящейся на i-ую опору массы трубопровода с газожидкостной смесью, (кг),

n - количество опор трубопровода.

Предварительно рассчитывают собственную массу (М_ТР) трубопровода

где ρ_м - плотность материала трубопровода (кг/м³),

d - внешний диаметр трубопровода (м),

h - толщина стенки трубопровода (м),

L - длина трубопровода (м).

По фактическим значениям термобарических параметров газожидкостного потока на входе и на выходе трубопровода определяют значения плотности жидкой и газовой фаз в трубопроводе, для чего выполняют расчет средних значений давления (Р_ср) и температуры (Т_ср) в трубопроводе (СТО Газпром 2-3.5-051-2006. Нормы технологического проектирования магистральных газопроводов. М.: ИРЦ Газпром, 2006):

где Р_вх - давление газожидкостного потока на входе трубопровода (Па),

Р_вых - давление газожидкостного потока на выходе трубопровода (Па),

где Т₀ - температура окружающей среды (К),

Т_вх - температура газожидкостного потока на входе трубопровода (К),

Т_вых - температура газожидкостного потока на выходе трубопровода (К).

Значения плотности жидкой (ρ_ж) и газовой (ρ_Г) фаз в трубопроводе при среднем значении давления (Р_ср) и температуры (Т_ср) определяют по справочным данным (например, ГСССД 160-93. Газ природный расчетный. Издательство стандартов, 1993) либо рассчитывают с помощью программных комплексов (например, Pipesim компании Shlumberger).

После чего, с учетом полученных значений (М), (М_ТР), (ρ_ж), (ρ_Г), определяют объем жидкости в трубопроводе

где М_Г - масса газа в трубопроводе, полностью заполненном газовой фазой (кг), рассчитываемая из соотношения

При постоянных (неизменных) термобарических условиях эксплуатации трубопровода (постоянных значениях давления Р_ср и температуры Т_ср) объем жидкости в трубопроводе в каждый последующий момент эксплуатации (на момент времени t) определяют по упрощенной формуле

где М⁰ - измеренная общая масса трубопровода с газожидкостной смесью на начальный момент времени (кг),

M^t - измеренная общая масса трубопровода с газожидкостной смесью на текущий момент времени t (кг),

- объем жидкости в трубопроводе на начальный момент времени, значение которого известно или определено по формулам (1)-(6) (м³).

Пример осуществления способа.

Предлагаемым способом был исследован трубопровод протяженностью L=600 м, наружным диаметром d=0,530 м и толщиной стенки h=0,027 м. Трубопровод проложен наземно, на опорах, расположенных с интервалом 30 м, и изготовлен из стали плотностью ρ_м = 7800 кг/м³.

Транспортируемая по трубопроводу среда представляет собой смесь природного газа и воды. Термобарические параметры на входе трубопровода:

Р_вх=2,00⋅10⁶ Па; Т_вх=288,0 К.

Термобарические параметры на выходе трубопровода:

Р_вых = 1,98⋅10⁶ Па; Т_вых = 287,6 К.

Температура окружающего воздуха составляет Т_о=268,0 К.

Результаты замера массы трубопровода в местах установки датчиков приведены в таблице.

Вычислили общую массу (М) трубопровода с содержащейся в нем газожидкостной смесью по формуле (1)

Предварительно рассчитали собственную массу (М_ТР) трубопровода по формуле (2)

По формуле (3) рассчитали среднее значение давления (Р_ср) в трубопроводе

и по формуле (4) - среднее значение температуры (Т_ср) в трубопроводе

Определили значения плотности жидкой и газовой фаз потока в трубопроводе. Согласно справочным данным, при рассчитанных значениях температуры и давления плотность газа составляет 14,3 кг/м³, а плотность воды при тех же условиях - 999,4 кг/м³.

Вычислили массу газа (М_Г) в трубопроводе по формуле (6)

По формуле (5) определили объем жидкости в трубопроводе

Кроме того, по результатам измерений, полученным от датчиков, можно определить, что максимальное скопление жидкости находится в районе расположения 10-ой, 11-ой и 12-ой опор, что позволит принять решения по дальнейшей эксплуатации трубопровода.

Способ определения объема жидкости в трубопроводе, включающий установку датчиков и фиксацию результатов измерения установленными датчиками, отличающийся тем, что на всем протяжении трубопровода, проложенного на опорах, в местах контакта наружной поверхности трубопровода с опорами устанавливают датчики, выполненные с возможностью определения массы и функционально объединенные с возможностью передачи по каналам связи полученных данных, затем осуществляют одновременный замер значений приходящейся на каждую из опор массы трубопровода с содержащейся в нем газожидкостной смесью, после чего на основании результатов замера выполняют расчет массы (М) трубопровода с содержащейся в нем газожидкостной смесью из соотношения

где m_i - значение приходящейся на i-ую опору массы трубопровода с газожидкостной смесью (кг),

n - количество опор трубопровода, и, с учетом предварительно полученного значения массы (М_ТР) трубопровода из соотношения

где ρ_М - плотность материала трубопровода (кг/м³),

d - внешний диаметр трубопровода (м),

h - толщина стенки трубопровода (м),

L - длина трубопровода (м),

определяют объем жидкости (V_ж) в трубопроводе

где ρ_ж - значение плотности жидкости в трубопроводе (кг/м³),

ρ_г - значение плотности газа в трубопроводе (кг/м³),

М_г - масса газа в трубопроводе (кг), при этом

Изобретение относится к системе охлаждения двигателя. Предложены способы и системы для улучшения оценки уровня хладагента двигателя с целью снижения перегрева двигателя.

Способ и система для оценки содержания эффективного компонента восстановителя // 2681273

Изобретение относится к способу оценки содержания (С) эффективного компонента восстановителя для обработки выхлопных газов двигателя, размещенного в контейнере (205), в котором предусмотрена система (240) обеспечения теплопередачи.

Способ измерения количества каждой компоненты двухкомпонентной жидкости в металлической емкости // 2672038

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения количества (объема, массы) каждой компоненты двухкомпонентной диэлектрической жидкости в металлической емкости произвольной конфигурации.

Способ контроля параметров сыпучих материалов в резервуарах // 2661314

Изобретение может быть использовано для регистрации уровня сыпучих сред в резервуарах в различных отраслях промышленности: химической, фармацевтической, пищевой, строительной и т.д.

Способ контроля параметров сыпучих материалов в резервуарах // 2658079

Изобретение может быть использовано для регистрации уровня сыпучих сред в резервуарах. В способе измерения параметров сыпучих материалов в резервуарах путем получения изображения с помощью телекамеры, закрепленной над поверхностью измеряемого материала и герметически отделенной от него оптически прозрачным элементом, и мерной шкалы, нанесенной на боковую стенку резервуара, дополнительно в центре крышки устанавливают над вторым герметически отделенным от сыпучего материала оптически прозрачным элементом лазер-дальномер таким образом, чтобы оптическая ось лазера дальномера совпадала осью симметрии резервуара, при этом мерную шкалу изготавливают в виде набора светодиодов, которые покрывают пылеотталкивающей прозрачной пленкой, при этом в процессе измерения включают лазер-дальномер, включают светодиоды и цифровую видеокамеру, после чего определяют лазером-дальномером расстояние от крышки до поверхности сыпучего материала, а при помощи мерной шкалы и сигнала с видеокамеры определяют расстояние h2 от крышки резервуара до точки, лежащей на мерной шкале области пересечения поверхности сыпучего материала с поверхностью резервуара, и объем рассчитывают по формуле.

Способ контроля параметров сыпучих материалов в резервуарах // 2657104

Изобретение может быть использовано для регистрации уровня сыпучих сред в резервуарах. В способе измерения параметров сыпучих материалов в резервуарах с помощью оптического устройства, закрепленного над поверхностью измеряемого материала, герметически отделенной от него оптически прозрачным элементом, в качестве измерительного устройства используют два лазера-дальномера, один из которых устанавливают в центре крышки над герметически отделенном от сыпучего материала оптически прозрачным элементом, таким образом, чтобы оптическая ось упомянутого лазера-дальномера совпадала с осью симметрии резервуара, второй лазер-дальномер устанавливают в периферийной части крышки над герметически отделенным от сыпучего материала оптически прозрачным элементом таким образом, чтобы оптическая ось упомянутого лазера-дальномера была параллельна оси симметрии резервуара, при этом в процессе контроля первым лазером-дальномером определяют расстояние от крышки до поверхности сыпучего материала, а вторым определяют расстояние h2 от крышки резервуара до точки, лежащей на в области пересечения поверхности сыпучего материала с поверхностью резервуара, и объем сыпучего материала в резервуаре рассчитывают по формуле.

Способ и система для активного взвешивания груза для горнопроходческого оборудования // 2652593

Изобретение относится к тяжелому оборудованию для погрузочных работ в области открытых карьеров. Техническим результатом является повышение точности определения массы вынутого материала.

Способ и система для измерения входного воздушного потока с использованием инертного газа // 2611104

Предложены способы и система для измерения расхода входного воздушного потока газовой турбины с использованием инертного газа. Способ измерения массового расхода воздушного потока включает: ввод инертного газа в воздушный поток, при этом ввод инертного газа осуществляют перед фильтром на входе турбины; смешивание газа с воздухом; измерение концентрации упомянутого газа, смешанного с воздухом, в местоположении перед компрессором газовой турбины; запись количества упомянутого газа, введенного в упомянутый воздушный поток, и вычисление массового расхода воздушного потока на основе упомянутой измеренной концентрации газа и записанного количества введенного газа.

Способ замера объема нефтепродукта в резервуаре // 2569065

Изобретение относится к системам нефтепродуктообеспечения. Изобретение касается способа замера объема нефтепродукта в резервуаре, в котором мерной линейкой замеряют высоту нефтепродукта в резервуаре, имеющем форму цилиндра круглого горизонтально расположенного, и при известных величинах радиуса и длины резервуара объем нефтепродукта определяют по безразмерной диаграмме, единой для всех горизонтально расположенных резервуаров и которая представляет функцию V/(R2*L)=f(h/R), где V - объем нефтепродукта в резервуаре, R - радиус резервуара, L - длина резервуара, h - высота нефтепродукта в резервуаре.

Способ определения потерь нефти и нефтепродуктов от испарения при малых дыханиях резервуаров // 2561660

Изобретение относится к области хранения и транспортировки нефти и нефтепродуктов. Способ оценки количественных потерь нефти и нефтепродуктов от испарения при малых дыханиях резервуара, оборудованного дыхательным клапаном, заключается в контроле над изменением избыточного давления в резервуаре и предусматривает регистрацию значения избыточного давления, атмосферного давления, средних значений температуры газового пространства в резервуаре, определение изменений массовой концентрации углеводородов в газовом пространстве резервуара, определение массовых потерь от испарения при вытеснении обогащенной парами углеводородов по определенным формулам.

Многоканальная расходомерная трубка // 2709431

Представлен вибрационный измеритель (5), содержащий многоканальную расходомерную трубку (130). Вибрационный измеритель (5) содержит измерительный электронный прибор (20) и измерительный узел (10), соединенный с возможностью передачи данных с измерительным электронным прибором (20).

Способ периодического измерения непрерывного расхода сыпучих материалов и устройство для его осуществления // 2704634

Изобретение относится к области измерения расхода сыпучих материалов и может быть использовано в технологических процессах химической, металлургической, пищевой и фармацевтической промышленности, а также в промышленности строительных материалов и сельхозиндустрии.

Поточный влагомер // 2669156

Изобретение относится к области нефтедобычи. Поточный влагомер содержит основной корпус, широкополосный источник инфракрасного излучения, инфракрасные фильтры, инфракрасные детекторы, инфракрасную камеру, размещенную в основном корпусе с образованием между камерой и корпусом кольцевого канала, и установленные в инфракрасной камере коллиматорную линзу и отражатель.

Устройство измерения массового расхода, молекулярной массы и влажности газа // 2665758

Использование: для измерения массового расхода газа, абсолютной влажности газа и контроля состава газа по определению средней молярной массы газовой смеси или молярной массы однокомпонентного газа.

Способ определения количества газа высокого давления, отпускаемого в приёмник потребителя // 2625255

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способам и устройствам измерения расхода и(или) количества газа, в частности, для учета количества компримированного природного газа, заправляемого в баллоны транспортных средств и других потребителей, например тепловозов, котельных и т.п.

Способ работы прямоточного однотрубного массового расходомера и устройство для его осуществления // 2532580

Изобретение относится к области измерения массового расхода жидкости с помощью расходомеров кориолисового типа, а именно прямоточных однотрубных массовых расходомеров.

Способ измерения массы жидкости в резервуаре // 2497085

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для оперативного определения массы жидкости в баках резервуарного парка нефтебаз, автозаправок, спиртзаводов, предприятий нефтехимического производства.

Способ определения количества и состава трехкомпонентной продукции нефтяных скважин и устройство для его осуществления // 2436950

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и предназначено для измерения количества и состава трехкомпонентной продукции нефтяных скважин. .

Способ прогнозирования опасности газодинамических явлений в массиве горных пород и устройство для его осуществления // 2382202

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для прогнозирования опасности газодинамических явлений при ведении горных работ на выбросоопасных и высокогазоносных пластах.

Измеритель массы жидкости, транспортируемой по нефтепроводу // 2352905

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерений массового расхода жидкостей, транспортируемых по нефтепроводу. .