Способ определения количества примесей
в нефтепродуктах, транспортируемых по магистральным нефтепроводам
Куликовский
К.Л., Паутова А.С.
Самарский
государственный технический университет, Самара
В связи с повышением стоимости нефти, важной
задачей становится возможность оперативного измерения количества примесей, приходящихся
на единицу объема транспортируемой по магистральному трубопроводу нефти или
нефтепродуктов [1].
Применяемые в настоящее время высокоточные
и надежные акустические системы измерения массового или объемного расхода
нефти, основанные на использовании эффекта Доплера [2], позволяют измерять
только общий объем транспортируемой нефти.
Наличие и объем примесей при этом определяется
периодически через значительные промежутки времени лабораторными способами, что
затрудняет получение оперативной и достоверной информации.
Задачу оперативного измерения объема
примесей, находящихся в составе транспортируемой нефти, решает предлагаемый
авторами способ и его измерительная система.
Структура устройства, реализующая предлагаемый
способ, представлена на рис 1.
Устройство состоит из генератора
электрических импульсов Г, электроакустических преобразователей ЭП1 и ЭП2,
ключей К1 и К2, таймера Т, преобразователя мощности ПМ, блока обработки
информации БОИ.
Преобразователи располагаются на
трубопроводе друг напротив друга на расстояние L=1..2·D, (где D – диаметр нефтепровода).
Рис.1 Схема преобразования со сканированием сечения трубопровода
Излучатель ЭП1 вращается по спиралеобразной
траектории, обеспечивая сканирования по всей площади сечения трубопровода.
Приемник ЭП2 синхронно вращается с
излучателем ЭП1, описывая такую же траекторию, но с запаздыванием на время
прохождения ультразвукового сигнала.
Процесс сканирования осуществляется ультразвуковым
лучом, посылаемым излучателем ЭП1 в поток нефти по линии ''А'', ''В'', огибая
площадь трубопровода по виртуальной поверхности от точки f до
точки g.
Диаграмма направленности излучения, между
преобразователями ЭП1 и ЭП2, площади сечения трубопровода от линии О-О/ представлена на рис 2.
Диаграмма направленности излучения имеет
ширину 
, а вектор скорости Vi перемещения
части потока нефти, направлен под углом 
к направлению
передачи зондирующего сигнала (ЗС).
Спиралеобразное перемещение преобразователей
изменяет угол наклона 
, что позволяет охватить всю сканируемую площадь сечения
трубопровода.
Принцип действия устройства заключается в
следующем.
Ключ К1 замыкается и сигнал с генератора Г
поступает на электроакустический преобразователь ЭП1.
О/
Рис. 2 Схема направленности излучения
При этом, преобразователь ЭП1 начинает
генерировать зондирующий сигнал, заданной мощности и со скважностью,
достаточной для выявления акустического сигнала на приемной стороне.
После отправления ЗС в поток нефти, ключ
К1 размыкается, отключая генератор Г от преобразователя ЭП1.
Через заданный интервал времени ключ К2
замыкается, подключая электроакустический
преобразователь ЭП2, настроенный на прием посланного зондирующего сигнала.
При отсутствии примесей, в составе транспортируемой
нефти, мощность акустического сигнала, поступающая
на ЭП2 остается неизменной для каждого момента подключения акустического сигнала.
При наличии примесей, присутствующих
в составе нефти, мощность акустического сигнала, поступающая на ЭП2 при каждом
измерении остается неизменной за счет отражения части акустического сигнала. Эти
изменения будут характеризовать площадь частиц, присущих в данный момент транспортируемой нефти.
Следующие измерения
осуществляются при перемещении пары преобразователей по спиралеобразной траектории
по поверхности нефтепровода.
Затем цикл измерения
повторяется через заданный интервал времени, который устанавливается таймером
Т.
Результаты измерений мощностей
сигнала поступают на преобразователь мощности ПМ, а потом в блок обработки
информации БОИ, где определяется среднее значение сигнала. По среднему значению
мощности сигнала определяется площадь частиц, проходящих через сканирующую
систему, принимая для всех частиц среднестатистическое значение высоты, определяемым
лабораторным способом.
Общий объем частиц, проходящих через
заданную площадь за определеннный период времени будет равен:
(1)
где 
- общая мощность сигнала, 
- площадь частиц, 
- высота частиц.
Таким образом, подсчитав общий объем
частиц, прошедших через заданное сечение в еденицу времени, определяется общий
объем указанных частиц и вычисляется чистый объем нефти, как разность между
этими объемами.
Так как, механическое сканирование путем
перемещения пары преобразователей ЭП1 и ЭП2 по спиралеобразной траектории по поверхности
нефтепровода является затруднительным, то можно использовать несколько пар
электроакустических преобразователей, располагаемых на поверхности нефтепровода
с последовательным переключением.
Дополнительные пары преобразователей с последовательным
переключением несколько усложнят
структуру измерительного утройства за счет использования дополнительных ключей,
таймеров. Однако эти сложности компенсируются, повышением надежности системы и
ее экономической эффективности за счет снижения затрат на реализацию устройства
механичекого перемещения преобразователей.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ
СПИСОК
1. Биргер С.И., Бражников Н.И. Ультразвуковые
расходомеры.: Изд. «Металлург» М., 1964 - 375 с.