Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
ДАТЧИКИ СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ БУРЕНИЯ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ СКВАЖИН
Васильев С. И., Лапушова Л. А.,
Уровнемеры для измерения уровня жидкостей и уровня поверхности раздела сред
В настоящее время для обеспечения контроля уровня жидкости и уровней раздела фаз в сепарационных установках технологических линий УПН ЦПС используются уровнемеры 5300 американской компании Rosemount (рис. 81). Это интеллектуальные, двухпроводные измерительные преобразователи для непрерывного измерения уровня, использующие принцип временной рефлектометрии.
Микроволновые наносекундные импульсы малой мощности направляются вниз по зонду, погруженному в технологическую среду. Когда импульс достигает среды с другим значением диэлектрической постоянной, часть энергии импульса отражается в обратном направлении. Для измерения уровня границы раздела жидкости уровнемер использует остаточную энергию импульсов, прошедших через верхний продукт. Импульс, потерявший часть энергии при отражении от поверхности верхней среды, продолжает двигаться до тех пор, пока не отразится от поверхности нижней среды. Скорость распространения импульсов в среде зависит от диэлектрической постоянной. Разница во времени между моментом передачи импульса и моментом приема эхосигнала пропорциональна расстоянию, согласно которому рассчитывается уровень жидкости или уровень границы раздела двух сред. Интенсивность отраженного сигнала главным образом зависит от диэлектрической постоянной верхней среды. Чем выше значение диэлектрической постоянной, тем мощнее отраженный сигнал.
Рис. 81. Общий вид уровнемера 5300
Радарные уровнемеры 5300 предназначены для измерения уровня большинства жидкостей, жидко-вязких и сыпучих продуктов, а также границы раздела между двумя жидкостями. Принцип измерения волноводного радара обеспечивает высокую надежность и точность результатов измерения, практически не подвержен влиянию температуры, давления, парогазовых смесей, плотности, турбулентности, барботирования/кипения, низкого уровня, различных значений диэлектрической постоянной, pH и вязкости продуктов. Технология направленного микроволнового излучения в комбинации с цифровой обработкой сигнала делает уровнемеры 5300 подходящими для широкого ряда применений
(рис. 82, 83). Примеры конструктивных исполнений уровнемера 5300 приведены на рис. 84.
|
|
Уровнемеры 5300 работают в условиях кипения жидкости, при повышенной концентрации паров и волнении поверхности. Если вблизи уровнемера имеются препятствия, наилучшим выбором будет уровнемер с коаксиальным зондом |
|
|
Уровнемеры 5300 прекрасно подходят для измерения уровня в выносных камерах, часто встречающихся в дистилляционных колоннах |
Рис. 82. Примеры применений уровнемера 5300
Корпуса блоков электроники уровнемеров 5300 выполнены из алюминия или из нержавеющей стали. В корпусе находится электроника уровнемера и программное обеспечение для обработки сигнала. Корпуса из нержавеющей стали предпочтительны в жестких условиях, где в атмосфере могут присутствовать коррозионно-активные вещества. Электронная часть генерирует электромагнитные импульсы, которые распространяются по зонду. Зонд комплектуется фланцевым, резьбовым технологическим присоединением, либо гигиеническим соединением Tri-Clamp. Для различных применений имеются различные типы зондов: жесткие двойные, гибкие двойные, жесткие одинарные, гибкие одинарные и коаксиальные.
|
Отстойник-сепаратор. Уровнемер 5302 измеряет общий уровень и уровень раздела продуктов |
|
|
Уровнемеры 5300 – хороший выбор для подземных емкостей, поскольку они устанавливаются сверху емкости и его излучение сконцентрировано вокруг зонда. Они могут оснащаться зондами, нечувствительными к высоким и узким патрубкам, а также к близкорасположенным объектам |
|
|
Волноводные радарные уровнемеры обеспечивают надежные измерения уровня сжиженного аммиака, сжиженного пропана и сжиженного природного газа |
|
Рис. 83. Примеры исполнения зондов уровнемера 5300
Несмотря на все преимущества в ходе эксплуатации уровнемеров 5300
выявлены отрицательные моменты существенно влияющие на корректность измерений межфазного уровня на границе газ – нефть и нефть – вода и как следствие зачастую возникают проблемы в регулировке режима подготовки нефти, т. к. работа клапанных узлов, регулирующих режим работы аппарата логически завязана на показания датчика. Это в свою очередь приводит к сбою режима и поступлению в технологический резервуарный парк некондиционной продукции и необходимости ее возвращения на повторный цикл подготовки.
|
|
Модель 5303 с гибким однопроводным зондом – решение для измерения уровня сыпучих, гранулированных и порошкообразных материалов. Уровнемер измеряет уровень сыпучего материала независимо от пыли, наклона поверхности и т. д. |
|
|
Уровнемеры 5300 с динамической компенсацией диэлектрической постоянной пара автоматически компенсируют изменения ДП пара и обеспечивают точные измерения уровня воды под высоким давлением и температурой |
Рис. 84. Примеры исполнения уровнемера 5300
Комплекс проблем заключается в следующем.
Метод измерения основан на разнице диэлектрической проницаемости нефти (е 2.4), газа (е 1) и воды (е 80) и практически не дает возможности четкого определения межфазной границы нефть – газ при образовании пены ввиду отсутствия у нее четких значений проницаемости. Тот же эффект возникает при определении раздела фаз нефть – вода из-за влияния эмульсионного слоя. Проблема даже не в том, что есть погрешность (на погрешность можно сделать поправку в программном обеспечении), проблема в том, что погрешность «плавающая» т. е. искажение данных происходит в различных диапазонах. Бывают случаи когда, по показаниям прибора, граница слоя нефть – вода выше границы нефть – газ.
Зачастую происходит налипание фракций АСПО нефти на волновод, появляется зона нечувствительности.
При быстрых процессах изменения уровня в сепараторах нередко дает сбои встроенный алгоритм расчета уровня в электронике уровнемера и как результат резкие скачки выходного сигнала уровня.
Для исключения вышеперечисленных отрицательных факторов, выявленных в ходе эксплуатации уровнемеров 5300 необходимо использовать датчики с другим принципом измерений. В качестве альтернативы предлагается поплавковые датчики, которые на других аналогичных объектах зарекомендовали себя лучше рефлекс – радарных.
Например, можно использовать многофункциональные уровнемеры ДУУ10 ЗАО «Альбатрос» (рис. 85).
Принцип его работы основан на измерении уровня материала основанного на измерении времени распространения в стальной проволоке короткого импульса упругой деформации. По всей длине проволоки намотана катушка, в которой протекает импульс тока, создавая магнитное поле. В месте расположения поплавка с постоянным магнитом, скользящего вдоль проволоки, в ней под действием магнитострикционного эффекта возникает импульс продольной деформации, который распространяется по проволоке и фиксируется пьезоэлементом, закрепленным на ней. Кроме того, возникает импульс упругой деформации, отраженный от нижнего конца ЧЭ уровнемера и принимаемый пьезоэлементом.
В уровнемерах измеряется время от момента формирования импульса тока до момента приема импульсов упругой деформации, принятых и преобразованных пьезоэлементом. Это позволяет определить расстояние до местоположения поплавка, определяемого положением уровня
жидкости.
Он предназначен для таких сред как нефть, нефтепродукты, растворители, сжиженные газы, кислоты, щелочи, другие агрессивные и неагрес-
сивные среды.