УДК 681.121 © С.Ю. Венгеров, О.А.Тлейкулов, В.Р.Козлов, 1998
Ультразвуковые технологии измерения расхода в процессах С Ю Венгеров добычи и переработки нефти
А.О.Тлеукулов ("Пергам"), В.Р.Козлов (МГУИЭ)
овременные методы измерения расхода.
Ультразвуковые времяимпульсные методы и приборы на их основе широко используются для измерения расхода жидких сред - от сверхчистых жидкостей до многофазных систем - жидкостей, насы-щеннных газами; смесей нефть-вода-газ и др.
Дальнейшее развитие этих методов и приборов, позволяющее расширить диапазон измеряемых сред до сложных смесей со значительным содержанием газовой и твердой фазы, а также повысить их метрологические характеристики и обеспечить возможность использования расходомеров в различных системах диагностики оборудования, в частности, в системах контроля утечек в продуктопрово-дах, связано с разработкой и использованием:
• новых материалов ультразвуковых преобразователей;
• оригинальных методов обработки информации от первичных преобразователей;
• новых способов определения расхода на базе ультразвуковых технологий измерения.
Широко используемые в различных промышленных условиях ультразвуковые расходомеры фирмы Рапате^^ представляют результаты развития указанных направлений. Портативные и стационарные расходомеры фирмы Рапате^^ реализуют две ультразвуковые технологии измерения - времяим-пульсный и зондирующий TransFlectюn® методы и позволяют проводить измерения в широком спектре жидких сред.
Времяимпульсные расходомеры фирмы Рапате^^, использующие кодирование сигналов и корреляционное детектирование, и без применения зондирующего метода позволяют измерять расход в жидкостях с объемным содержанием второй фазы (газовых пузырьков и твердых включений) соответственно 5 и 10 %, что превышает возможности традиционных времяимпульсных расходомеров. Функ-
ция Автоматической Следящей Коррекции Окна Приема (АСКОП) дает возможность измерять расход с минимальной погрешностью даже в тех случаях, когда свойства жидкости неизвестны или изменяются в процессе измерения. АС-КОП обеспечивает динамическую развертку окна приема при изменении скорости звука из-за вариаций температуры анализируемой среды или изменении состава в многопродуктовых трубопроводах. Диапазон изменения окна приема определяется значениями минимальной и максимальной скорости звука, которые устанавливаются пользователем программным путем.
После выбора оптимального сигнала параметры окна приема фиксируются до тех пор, пока не произойдут следующие резкие изменения скорости звука. При этом АСКОП переходит в режим автоматического поиска оптимального сигнала и далее вся процедура повторяется.
Зондирующий метод используется для измерения расхода таких сложных многофазных систем как пульпы, суспензии и др. При этом, как и в случае реализации времяимпульсного метода, используются два ультразвуковых преобразователя , один из которых посылает серию импульсов с регулярной последовательностью, а другой - принимает их.
Этот метод основан на зондировании измеряемой среды серией ультразвуковых импульсов, которые подаются под углом к направлению потока через стенку трубы (реализуется только с накладными ультразвуковыми преобразователями). Серии импульсов передаются с высокой частотой, значительно превышающей используемую в традиционных времяим-пульсных методах. Фактически скорость передачи серии импульсов существенно больше обычной скорости движения потока (0.16 - 12 м/с). При этом, расстояние, на которое могут переместиться пузырьки или частицы, значительно меньше ширины ультразвукового луча. Это позволяет определить ("увидеть") положение пузырьков или частиц (элементы, которые отражают ультразвуковые импульсы), используя большую серию импульсов, передаваемых с регулярной последовательностью.
При взаимодействии ультразвуковых импульсов каждой серии с неоднородно-стями измеряемой среды часть акустической энергии рассеивается в направлении принимающего преобразователя. Время прохождения сигнала - это время приема отраженного сигнала, отнесенное ко времени ввода зондирующего сигнала, по существу, будет представлять некоторую "картинку" положения элементов, отражающих ультразвуковые импульсы. Че-
1/1998 53
рез некоторый небольшой промежуток времени, когда принимается следующая серия отраженных сигналов, "картинка" незначительно изменяется, т.е. время прохождения уменьшается (или увеличивается, в зависимости от направления потока) из-за изменения положения движущихся с потоком частиц.
В результате сравнения (усреднения) этих "картинок" исключаются стационарные объекты путем вычитания сигналов, которые остаются неизменными во всех или в большинстве "картинок". Затем прибор анализирует перемещение оставшихся объектов в каждой, следующей одной за другой "картинке", для определения расхода и направления потока жидкости. В результате этого, зондирующий метод позволяет осуществлять измерение расхода жидкостей с объемным содержанием пузырьков газа и твердых включений соответственно до
30 и до 60 %.
Применение.
Портативные расходомеры с накладными преобразователями, как правило, используются для экспресс-анализа расходных характеристик объектов, что обусловлено простотой и незначительным временем их монтажа. Кроме того, применение портативных расходомеров позволяет про-
вести сравнительный анализ метрологических характеристик расходомеров, установленных на объектах стационарных расходомеров.
Наиболее часто портативные расходомеры с накладными ультразвуковыми преобразователями применяются при проведении поддержания пластового давления (ППД), поскольку, в большинстве случаев на напорных трубопроводах отсутствуют стационарные расходомеры. В этой ситуации оценить приемистость скважины или свести баланс по воде возможно только с помощью портативного расходомера. Расходомеры РТ868 применяются при решении технологических задач в АО "Татнефть", ОАО "Черногорнефть", ОАО "Лукойл-Пермьнефть", ЗАО "Лукойл-Пермь", АООТ "Нижневартовскнефтегаз", ОАО "Сургутнефтегаз", АО "Эмбаму-найгаз" (г.Атырау, Казахстан), АО "Уд-муртнефть", ТОО "Кама-нефть", ГНК "Сокол" при диаметре труб от 100 до 500 мм. В ЗАО "Возейская нефтяная компания" аналогичная задача решается с использованием стационарных расходомеров фирмы РапатеЬ^.
Как показала практика, целесообразно использовать ультразвуковые расходомеры для измерения расхода смесей нефть-вода на выходе из ДНС. В частности, в АО "Черногорнефть" применяли измерительные преобразователи ХМТ868 во взрывобезопасном исполнении для контроля расхода на выходе насосов высокого давления.
Работы, проведенные в ОАО "Сургут-
нефтегаз", подтверждают точность решения данной задачи. Установленные турбинные расходомеры на выходе из ДНС "разгоняются" с помощью трубо-поршневой установки (ТПУ) на товарной нефти, т.е. использование ультразвуковых расходомеров, инвариантных к среде, позволяет контролировать погрешность турбинных счетчиков. Показания двух турбинных счетчиков, которые поверялись с помощью ТПУ перед и после испытания, сравнивались с показаниями РТ868; при этом отличие не превысило 0.5 %.
Кроме того, были проведены испытания расходомера-счетчика PT868R с зондирующим методом на объектах ОАО "Варьеганнефть". Измерение скорости и объемного расхода проводили на нефтепромыслах (измерение дебита скважины); КНС (измерение расхода воды в выкидном коллекторе агрегата); ДНС (измерение расхода подтоварной воды и нефти на УУН); коммерческом УУН (измерение количества товарной нефти); установке подготовки нефти (измерение расхода воды и нефти). Получена полная сходимость показаний PT868R и имеющихся на объектах счетчиков расхода жидкости при измерении расхода воды, нефти и смеси нефть-вода (погрешность измерений не превышала ±1 %). При измерении расхода трехфазного потока жидкости нефть-газ-вода также получены положительные результаты, что подтвердило возможность применения PT868R для определения дебита скважин при определенных ограничениях по величине расхода и содержанию свободного газа до 30 %.
Испытания расходомера-счетчика РТ868 были также выполнены на объектах ТПП "ЛНГ" (г. Лангепас). Разность показаний РТ868 и расходомера "Турбоквант" на второй измерительной линии коммерческого узла учета УУН № 520 не превысила 0,3 %.
Расходомеры как портативные, так и стационарные, используются для контроля за работой НПС, а также могут применяться на нижнем уровне автоматических систем контроля утечек в трубопроводах. Основными их потребителями являются организации, ведающие магистральными нефтепроводами (в частности, АО "Урало-Сибирские нефтепроводы").
54 Ш993
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.