NO20140185A1 - System og fremgangsmåte for flerfase strømningsmålinger - Google Patents

Description

Oppfinnelsens område

Foreliggende oppfinnelse vedrører et system og en fremgangsmåte for bestemmelse av minst én parameter for et flerfasefluid, dvs. en flerkomponentblanding av minst én gass og én væske, omfattende hydrokarboner som strømmer i en ledning i et hydrokarbonprosesseringsanlegg.

Spesifikt vedrører oppfinnelsen et system som omfatter:

- nevnte ledning,

- minst én måleprobe, som omfatter:

- minst én probeleder,

- en probeskjerm anbrakt på utsiden av den minst ene probelederen,

der den minst ene måleproben er montert på ledningen for måling av signaler som er indikative på minst én fysisk egenskap for fluidet og som omfatter en første, åpen-endet terminal der probelederen og probeskjermen er eksponert overfor det strømmende fluidet når systemet er i drift, og - en sensor for tolkning av signalene for å bestemme den minst ene parameteren.

Oppfinnelsen vedrører også et hydrokarbonprosesseringsanlegg som omfatter et slikt system.

Bakgrunn

WO 2007/129897 tilkjennegir et apparat for bestemmelse av strømningsrater og fraksjoner for et fluid som omfatter et flerfasefluid i et rør. Apparatet omfatter en koaksial leder med en indre leder, skjerm og dielektrisk isolator montert åpen-endet i flukt med rørveggen (se figur 13). Ved å sende et signal på den koaksiale lederen og analysere det reflekterte signalet på den koaksiale linjen som skyldes impedansforskjell mellom den koaksiale kabelen og røret inneholdende flerfasefluidet kan fraksjonene i flerfaseblandingen bli bestemt. Denne innretningen er spesielt godt egnet for utførelse av dielektrisk måling av væskefilmer langs rørveggen ved våtgass-strømningsbetingelser.

Et problem med systemer og fremgangsmåter i den kjente teknikken av typen diskutert ovenfor er imidlertid at de krever omfattende kalibrering.

Ett formål med foreliggende oppfinnelse er å bøte på dette problemet og tilveiebringe et system og en fremgangsmåte som fremmer kalibrering.

Et annet problem med systemer i den kjente teknikken er at de er utsatt for temperatur- og erosjonsinduserte målingsfeil. Derfor er et annet formål med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe et system og en fremgangsmåte som kan kompensere for slik feil.

Nok et ytterligere formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe et system som omfatter en robust og pålitelig måleprobe.

System ifølge oppfinnelsen

Systemet ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet ved at den minst ene måleproben omfatter en andre terminal, og at systemet omfatter en signallinje for overføring av signalene fra den minst ene måleproben til sensoren, der denne signallinjen er koblet til den minst ene måleproben på en forhåndsbestemt posisjon mellom den første terminalen og den andre terminalen.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen omfatter trinnene med å:

- montere den minst ene måleproben på ledningen (2) slik at probelederen og probeskjermen, på den første terminalen, er eksponert overfor det strømmende fluidet, - ved å benytte den minst ene måleproben, måle signaler som er indikative på den minst ene fysiske egenskapen til fluidet, - ved å benytte en signallinje koblet til den minst ene proben på en forhåndsbestemt posisjon mellom den første terminalen og den andre terminalen, overføre signalene fra den minst ene måleproben til en sensor, og - ved å benytte sensoren, prosessere signalene for å bestemme den minst ene parameteren.

Måleproben virker effektivt som en resonator som blir probet med signallinjen på en posisjon mellom den første og andre terminalen. Mens den første terminalen er åpen-endet slik at måleproben, på denne første terminalen, blir utsatt for en impedans eller belastning som blir bestemt ved fluidet i lederen, den andre terminalen kan bli utsatt for enhver forhåndsbestemt belastning eller impedans som gir en passende resonans i måleproben. Fortrinnsvis blir probelederen og probeskjermen kortsluttet på den andre terminalen slik at måleproben vil virke som kvartbølge-resonator. Imidlertid kan probelederen og probeskjermen alternativt bli elektrisk isolert fra hverandre på den andre terminalen, og i dette tilfellet vil måleproben virke som en halvbølge-probe.

Dersom probelederen og probeskjermen er kortsluttet på den andre terminalen bør signallinjen fortrinnsvis være koblet til måleproben på en posisjon som er omtrent på midten av måleproben. På denne posisjonen vil resonanssignalet oppvise et maksimum, noe som muliggjør måling av svært små endringer av fluidegenskapen, f.eks. små endringer i vanninnholdet i fluidet.

Fortrinnsvis opererer måleproben innenfor et frekvensintervall på omtrent 100 MHz-600 MHz.

Sammenlignet med kjente systemer som måler fase- og størrelsesordenrespons direkte, så er måleproben ifølge oppfinnelsen robust og rigid, noe som gjør den enkel å kalibrere. Fordelaktig er en temperaturreferanse- eller kalibreringsprobe basert på det samme prinsippet som måleproben inkludert i systemet.

En typisk anvendelse av systemet og fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er en våtgass-sensoranvendelse, der den åpen-endede terminalen på måleproben er eksponert overfor et væskefilmsjikt over underliggende våtgass. Systemet kan også bli benyttet i en full flerfasemålingsanvendelse.

Det kan være fordelaktig å inkludere et flertall av måleprober som oppviser ulike koaksiale radier i systemet slik at ulike penetreringsdybder i fluidet blir oppnådd. Dette vil tillate hver måleprobe å måle unike data slik at ukjente, fysiske fluidparametere kan bli ekstrahert, f.eks. ved å benytte en

regulariseringsfremgangsmåte.

Beskrivelse av tegningene

I det følgende vil spesifikke utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse bli beskrevet i mer detalj med referanse til de tilhørende tegningene. Figur 1 er en skjematisk illustrasjon av en måleprobe ifølge én utførelsesform av oppfinnelsen. Figur 2 er en skjematisk illustrasjon av en ekvivalent krets for måleproben ifølge figur 1. Figur 3 illustrerer målte og simulerte refleksjonssignaler for en måleprobe ifølge oppfinnelsen. Figur 4 er en illustrasjon av en ekvivalent krets i en resonatormodell benyttet til kalibrering av en måleprobe ifølge oppfinnelsen. Figur 5 er en skjematisk illustrasjon av en måleprobe ifølge en andre utførelsesform av oppfinnelsen. Figur 6 er en skjematisk illustrasjon av en ekvivalent krets for måleproben ifølge figur 5. Figur 7 er en skjematisk illustrasjon av en referanseprobe ifølge én utførelsesform av oppfinnelsen. Figur 8 er en skjematisk illustrasjon av en ekvivalent krets for referanseproben ifølge figur 7. Figur 9 er en skjematisk illustrasjon av et system ifølge oppfinnelsen som omfatter første og andre måleprobe, og første og andre referanseprobe. Figur 10 er en skjematisk illustrasjon av en måleprobe ifølge en tredje utførelsesform av oppfinnelsen.

Figur 11 er en frontfremstilling av måleproben ifølge figur 10.

Beskrivelse av oppfinnelsen

Figur 1 illustrerer skjematisk et system for bestemmelse av minst én parameter for et flerfasefluid 1 som omfatter hydrokarboner som strømmer i en ledning 2 i et hydrokarbonprosesseringsanlegg. Hydrokarbonprosesseringsanlegget kan være et hydrokarbonproduksjonsanlegg, slik som et offshore-basert eller landbasert hydrokarbonbrønnkompleks, et hydrokarbontransportanlegg, eller enhver annen type anlegg der hydrokarboner blir håndtert.

Systemet som omfatter nevnte ledning 2 og en koaksial måleprobe 3, som er montert på ledningen 2 for måling av signaler som er indikative på minst én fysisk egenskap for fluidet 1.

Systemet omfatter også en sensor eller signalprosessor 4 for å tolke signalene for å bestemme den minst ene parameteren, og en signallinje 10 for overføring av signalene fra måleproben 3 til sensoren 4. Slike sensorer 4 er som slike kjent, og vil ikke bli beskrevet i detalj her. Slik det er kjent på fagområdet kan det imidlertid være fordelaktig å tilveiebringe sensoren 4 med en prosesseringsenhet, f. eks. en sentral prosesseringsenhet (CPU), for å implementere tolkningen av signalene. Videre, eller alternativt, så kan det være fordelaktig å tilveiebringe sensoren 4 med en lagringsenhet, slik som et ikke-volatilt minne, og/eller en display enhet, slik som en skjerm, for henholdsvis å lagre og presentere signalene. Det kan også være fordelaktig å tilveiebringe sensoren 4 med input- og output-midler for å muliggjøre kommunikasjon mellom sensoren 4 og annet utstyr, f.eks. ytterligere signalprosesseringsmidler.

Nevnte minst ene parameter kan omfatte enhver av: strømningsraten og volumfraksjonen av fluidet 1, og tykkelsen og sammensetningen av et væskesjikt eller film 14 av fluidet 1 som dekker en innsidevegg 13 av ledningen 2.

Måleproben 3 omfatter en indre, aksial probeleder 5, en dielektrisk isolator 6 som er anbrakt på utsiden av probelederen 5, og en ytre probeskjerm 7 som er anbrakt på utsiden av den dielektriske isolatoren 6. Dermed har probelederen 5, isolatoren 6 og probeskjermen 7 et koaksialt innbyrdes forhold. Probeskjermen 7 er fortrinnsvis jordet.

Proben 3 strekker seg gjennom ledningen 2 og omfatter en første, åpen-endet terminal 8 der probelederen 5 og probeskjermen 7 er eksponert overfor det strømmende fluidet 1 når systemet er i drift. På den første terminalen 8 kan probelederen 5, probeskjermen 7 og isolatoren 6 fordelaktig være anbrakt i samme plan som innsideveggen 13 i ledningen 2 slik at proben 3 ikke forstyrrer fluidet 1, f.eks. blir i tillegg væskesjiktet 14 ikke lett erodert av fluidet 1. Dersom ledningen 2 er et rør med liten diameter kan den eksponerte overflaten av den første terminalen 8 bli gitt en konkav form slik at den eksponerte overflaten kan bli anbrakt i flukt med innsideveggen 13 i ledningen 2.

Alternativt kan proben 3 strekke seg ut over innsideveggen 13 slik at den første terminalen 8 strekker seg en forhåndsbestemt avstand fra veggen 13.

Proben 3 omfatter også en andre, kortsluttet terminal 9, der probelederen 5 og probeskjermen 7 er elektrisk koblet til hverandre.

Signallinjen 10 omfatter en signallinjeleder 11 som er koblet til probelederen 5, og en signallinjeskjerm 12 som er koblet til probeskjermen 7. Signallinjen 10 er koblet til proben 3 på en forhåndsbestemt posisjon P mellom den første terminalen 8 og den andre terminalen 9, der denne posisjonen definerer et målereferanseplan. På grunn av den åpen-endede første terminalen 8 og den kortsluttede andre terminalen 9 vil dermed proben 3 virke som en åpen-endet kvartbølgeresonator.

Figur 2 tilkjennegir en ekvivalent krets for refleksjonstopologien til proben 3 når minst én fysisk egenskap for væskesjiktet 14 måles.

På figurene 1 og 2 er signallinjelederen 11 tilkjennegitt for å danne en galvanisk kobling til probelederen 5. Signallinjelederen 11 kan imidlertid alternativt danne en kapasitiv eller en induktiv kobling til probelederen 5. Likeledes kan signallinjeskjerm en 12 danne en galvanisk, en kapasitiv eller en induktiv kobling til probeskjermen 7.

De analytiske verktøyene for å beskrive den målte refleksjonskoeffisienten Sil for måleproben 3 er gitt ved den generelle impedanstransformasjonsformelen:

der Z0er den karakteristiske impedansen til probe 3, ZLer belastningsimpedansen til den åpen-endede terminalen 8, y er bølgetallet til proben 3 og / er den fysiske lengden til proben 3 fra refleksjonsposisjonen til målereferanseplanet.

I foreliggende tilfelle kan impedansen ved å se fra posisjonen P mot den andre terminalen 9 på måleproben 3 bli uttrykt som:

der llefier avstanden fra posisjonen P til den første terminalen 9.

Impedansen ved å se fra posisjonen P mot den første terminalen 8 kan bli uttrykt som:

der lright er avstanden fra posisjonen P til den første terminalen 8, og ZUQer impedansen på den åpen-endede første terminalen 8, dvs., impedansen i væskesjiktet 14 i foreliggende tilfelle. Ved modellering av målesystemet kan enhver nøyaktig modell av fluidet på den første terminalen 8 bli benyttet for å modellere

For refleksjonsmålinger kan det være fordelaktig å sette lhft= lright, dvs., å sette referanseplanet i midten av måleproben 3. Imidlertid kan måleplanet P i prinsippet bli valgt å være enhver passende posisjon mellom terminalene 8 og 9. Imidlertid er fortrinnsvis måleplanet P posisjonert innenfor en avstand av 10-20 % fra midten av proben 3.

Figur 2 illustrerer skjematisk en ekvivalent krets for måleproben 3 der referanseplanet, definert ved posisjonen P, er valgt for å være i midten av proben.

For å kalibrere måleproben ifølge oppfinnelsen er den åpen-endede terminalen 8 eksponert overfor ett, eller fortrinnsvis et flertall, av kjente miljøer og refleksjonssignalet for disse kalibreringstilfellene blir målt. For eksempel kan den åpen-endede terminalen 8 bli eksponert overfor luft og refleksjonssignalet som slik overvåkes kan være assosiert med en første kalibreringsstandard. I tillegg, eller alternativt, så kan den åpen-endede terminalen 8 være eksponert overfor destillert vann, eller overfor enhver annen væske som har en dielektrisk konstant som oppviser en stor reell delkomponent og en liten imaginær delkomponent, og refleksjonssignalet som overvåkes slik kan være assosiert med en annen kalibreringsstandard. I tillegg, eller alternativt, kan den åpen-endede terminalen 8 være eksponert overfor saltvann som har et kjent saltinnhold (fortrinnsvis en saltholdighet på >5 %), og refleksjonssignalet som overvåkes slik kan være assosiert med en tredje kalibreringsstandard.

Under denne kalibreringsprosedyren må temperaturen bli godt kontrollert fordi elektriske parametere for væsker kan være sensitive overfor temperatur.

Figur 3 illustrerer målte refleksjonssignaler A, B, C for tre ulike operasjonsbetingelser, eller kalibreringsstandarder eller tilfeller, ved å benytte måleprobe 3 ifølge figur 1.1 dette spesifikke tilfellet var proben 24 cm lang, probelederen 5 hadde en diameter på 5 mm, probeskjermen 7 hadde en diameter på 10 mm og det dielektriske sjiktet 6 var laget av aralditt-epoksy. Målingsplanet P var posisjonert i midten av proben 3.

I det første kalibreringstilfellet som førte til refleksjonssignalet A var den første terminalen 6 på måleproben 3 eksponert for luft. I det andre kalibreringstilfellet som førte til refleksjonssignalet B var den første terminalen 6 eksponert overfor et 1,9 mm tykt sjikt med ferskvann. I det tredje kalibreringstilfellet som førte til refleksjonssignalet C var den første terminalen 6 eksponert overfor et 3,9 mm tykt sjikt med ferskvann. I alle kalibreringstilfellene var temperaturen 25 grader Celsius. Ferskvannet som ble benyttet i den andre og tredje kalibreringen hadde et saltinnhold på 0,0001 %.

Under kalibrering av proben 3 ble en resonatormodell ifølge den ekvivalente kretsen på figur 4 benyttet og parameterne Li, L2og L3ble finjustert for å få en god tilpasning mellom simulerte og målte refleksjonssignaler. Kurve A' er det simulerte refleksjonssignalet som tilsvarer det første kalibreringstilfellet, kurve B' er det simulerte refleksjonssignalet som tilsvarer det andre kalibreringstilfellet, kurve C er det simulerte refleksjonssignalet som tilsvarer det tredje kalibreringstilfellet. Slik det fremgår på figur 3 blir en svært god tilpasning mellom de målte refleksjonssignalene og de simulerte refleksjonssignalene oppnådd, for slik å tilveiebringe en enkel og nøyaktig kalibrering av proben 3.

Ifølge en alternativ utførelsesform av måleproben 3 er både den første og andre terminalen åpen-endet, og i dette tilfellet vil proben virke som en halvbølge-resonator heller enn en kvartbølge-resonator. I en slik utførelsesform bør signallinjen 10 ikke være koblet til probelederen og probeskjermen i midten av proben fordi refleksjonssignalet vil ha et refleksjonsminimum på denne posisjonen. For en måleprobe der den første og andre terminalen begge er åpen-endet bør fortrinnsvis signallinjen 10 være koblet til måleproben på en posisjon mellom midten av proben og den andre terminalen. Halvbølge-proben blir kalibrert på samme måte som kvartbølge-proben med unntaket av at en halvbølge-modell heller enn en kvartbølge-modell blir benyttet for å modellere refleksjonssignalet. Figur 5 illustrerer skjematisk en måleprobe 15 ifølge en andre utførelsesform av oppfinnelsen der en andre signallinje 16 er koblet til proben 15 på den forhåndsbestemte posisjonen P, for slik å muliggjøre en åpen-endet kvartbølge-målingsresonator som har transmisjonstopologi. Analogt med den første signallinjen 10 omfatter den andre signallinjen 16 en signallinjeleder 17 som er koblet til probelederen 5 og en signallinjeskjerm 18 som er koblet til probeskjermen 7. Figur 6 illustrerer skjematisk en ekvivalent krets for proben 15 der referanseplanet, definert ved posisjonen P, er valgt for å ligge i midten av proben.

Ifølge en alternativ utførelsesform av systemet blir minst to åpen-endede måleprober som har ulike indre og ytre koaksiale diametere benyttet. De ulike indre og ytre koaksiale diameterne vil føre til ulike penetreringsdybder for det elektromagnetiske feltet som kommer fra probene. Dette vil gjøre hver måleprobe i stand til å måle unike data slik at ukjente, fysiske fluidparametere kan bli ekstrahert, f.eks. ved å benytte en regulariseringsfremgangsmåte. Antallet måleprober som benyttes i systemet er fortrinnsvis tilpasset antallet fluidparametere som systemet benyttes for å måle, slik at verdiene for alle ukjente parametere kan bli løst samtidig.

Små endringer i den fysiske lengden av probelederen 5 og probeskjermen 7 påvirker resonansfrekvensen til måleproben 3. Slike endringer i fysisk lengde kan f.eks. bli forårsaket av termisk ekspandering. Derfor kan det være fordelaktig å kompensere for denne temperaturpåvirkningen ved å inkorporere en temperatur-referanseprobe 19 i systemet.

Figur 7 tilkjennegir en utførelsesform av en slik temperatur-referanseprobe 19. Referanseproben 19 og dens oppsett er tilsvarende det for den ovenfor beskrevne måleproben 3. Spesifikt omfatter referanseproben 19 en indre aksial probeleder 20, en dielektrisk isolator 21, som er anbrakt på utsiden av probelederen 20, og en andre, sylindrisk probeskjerm 22, som er anbrakt på utsiden av den dielektriske isolatoren 21. Proben 19 strekker seg gjennom ledningen 2 og omfatter en første terminal 23 der probelederen 20 og probeskjermen 22 er eksponert overfor det strømmende fluidet 1 når systemet er i drift. Proben 19 omfatter også en andre, kortsluttet terminal 24, der probelederen 20 og probeskjermen 22 er elektrisk koblet til hverandre. En signallinje 25 er koblet til proben 19 på en forhåndsbestemt posisjon P' mellom den første terminalen 23 og den andre terminalen 24, der denne posisjonen definerer et målereferanseplan. Signallinjen 25 omfatter en signallinjeleder 26 som er koblet til probelederen 20, og en signallinjeskjerm 27 som er koblet til probeskjermen.

Referanseproben 19 har de samme fysiske dimensjonene, inkludert den samme lengden, som den ovenfor diskuterte måleproben 3. Posisjonen P' til signallinjen 25 er også i den tilkjennegitte utførelsesform en den samme som posisjonen P til signallinjen 10 til proben 3. Dermed oppviser referanseproben 19 de samme dimensjonene og signallinje 25 plasseringen P' som måleproben 3. Alternativt kan plasseringen P' til signallinjen 25 være forskjellig sammenlignet med plasseringen

P.

På den første terminalen 23 er imidlertid probelederen 20 og probeskjermen 22 kortsluttet ved hjelp av en tynn kortslutningsbuffer 28. Dermed er referanseproben 19 elektrisk, en halvbølge-resonator, og resonansefrekvensen til referanseproben 19 er kun en funksjon av temperaturen. Ved å posisjonere referanseproben 19 slik at den er eksponert for den samme temperaturen som måleproben 3 så kan temperaturens bidrag til det målte signalet bli utledet ved å sammenligne signalene fra måleproben 3 og temperatur-refereanseproben 19. Dermed er den første referanseproben 19 eksponert for det samme temperaturmiljøet som måleproben 3, for slik å gjøre det mulig for nevnte signal å bli kompensert for temperaturinduserte lengdevariasjoner for måleproben 3.

Figur 8 illustrerer skjematisk en ekvivalent krets for temperatur-referanseproben 19.

Den fysiske lengden til probelederen 5 og probeskjermen 7 kan også minske på grunn av erosjon forårsaket av det strømmende fluidet. Ifølge én utførelsesform av oppfinnelsen blir dette kompensert for ved å benytte to måleprober som oppviser ulike lengder slik det er vist på figur 9.

Figur 9 tilkjennegir et system som omfatter en første måleprobe 3a og en andre måleprobe 3b.

Som diskutert ovenfor er resonansfrekvensen til en koaksial probe invers proporsjonal med dens lengde. Lengden på måleproben 3a er lxog lengden på måleproben 3b er l2, der l2<k-

For en viss erosjon på Al blir lengden på måleproben 3a lx- Al, og slik er resonansfrekvensen til måleprobe 3 a:

Likeledes er resonansfrekvensen til måleprobe 3b:

Lengden - Al er temperaturavhengig, men for Al « , så kan kun bli antatt å være temperaturavhengig: /,(r).

Dermed er det slik at forholdet

gir

Og temperaturavhengigheten kan bli oppnådd fra temperatur-referanseprobene 19a og 19b, som er erosjonsuavhengige på grunn av dens kortslutninger.

I tabellen nedenfor er forholdet i ligning 5 beregnet for et sett erosjons verdier Al for måleprober som har lengder lx= 0,24 m og /2= 0,16 m.

Slik det fremgår av tabellen så gjør erosjon at resonansfrekvensen øker. F.eks. gjør en erosjon på Al = 1 um I probe 3a at resonansfrekvensen øker med 779 Hz i resonator 1, og for resonator 2 så gjør den same erosjonen at resonansen øker med 1,753 kHz. Det er også tydelig fra forhold-kolonnen at jo større forskjell i lengder lxog l2, jo bedre erosjonsnøyaktighet blir oppnådd. Ved å anta at temperaturindusert forlengning/kontraksjon blir overvåket nøyaktig så er en høy grad av erosjonsnøyaktighet, f.eks. i størrelsesorden 1 um, mulig å oppnå.

Systemet kan også omfatte en første temperatur-referanseprobe 19a og en andre temperatur-referanseprobe 19b. som tilkjennegitt på figur 9. Den første temperatur-referanseproben 19a har de samme fysiske dimensjonene som den første måleproben 3a. Likeledes har den andre temperatur-referanseproben 19b de samme fysiske dimensjonene som den andre måleproben 3b. Temperatur-referanseprobene 19a og 19b er anbrakt for å kompensere for temperaturekspansjon av henholdsvis måleprobene 3a og 3b, på samme måte som beskrevet ovenfor. Ved å inkorporere temperatur-referanseprobene 19a og 19b inn i systemet kan dermed signalene som måles med probene 3a, 3b bli kompensert for temperatur i tillegg til for erosjonsinduserte lengdevariasjoner av måleprobene 3a, 3b.

Ifølge et alternativt erosjonskompensasjonsskjema blir minst to åpen-endede prober som har ulike indre og ytre koaksiale diametere benyttet. De ulike indre og ytre koaksiale diameterne vil føre til ulike penetreringsdybder for det elektromagnetiske feltet som kommer fra probene. Ifølge dette skjemaet blir den ukjente lengden / = /,■- Al behandlet på same måte som andre ukjente variable, og blir dermed beregnet på same måte som andre ukjente variable. En nødvendig betingelse for at dette skjemaet skal virke er at systemet må ha et tilstrekkelig antall prober med ulike penetreringsdybder slik at verdiene for alle ukjente variabler kan bli løst samtidig.

Et typisk skjema for å løse verdiene til de ukjente variablene kan fordelaktig involvere regulariseringsfremgangsmåter, f.eks. Tikhonov-regularisering. Disse fremgangsmåtene er kjent som sådan og vil ikke bli diskutert i detalj her. Imidlertid kan en typisk fremgangsmåte for anvendelse av en radiofrekvensmodell i kombinasjon med en gradientliknende iterativ algoritme for å ekstrahere ukjente parameterverdier omfatte de følgende trinnene.

Først er refleksjonskoeffisienten til en probe ifølge oppfinnelsen definert som:

der Ztoter input-impedansen ved å se inn i målereferanseplanet, og Z0er den karakteristiske impedansen til målesystemet (N.B. ikke den karakteristiske impedansen til proben).

Ved å anta at det er et flertall av kjente parametere, f.eks.

T: temperatur

P: trykk

f: frekvens

Og et flertall av ukjente parameter, f.eks.

s: saltholdighet

d: væskefilmtykkelse

n: gasskondensat/H20 volumfraksjon

m: hydrokarbongass/H20 dampvolumfraksjon

lengde: lengde på måleproben (på grunn av erosjon)

det neste trinnet er å minimalisere den følgende funksjonen:

I denne funksjonen er an Tikhonov-regulariseringsparameterne, som er 0 < an <1,

( s, d, n, m, co') er refleksj onskoeffisientmodelluttrykket, og S\ x ( co') er den målte responsen målt som en funksjon av kun frekvensen.

Det er verdt å bemerke at flere uttrykk kan bli innført i den funksjonelle ligningen ovenfor, der disse innførte uttrykkene kan representere enhver sensormodell for enhver arbitrær sensor. Ligningen ovenfor kan bli løst med en gradientliknende fremgangsmåte slik at verdiene på alle ukjente parametere til slutt blir ekstrahert.

Figurene 10 og 11 tilkjennegir en annen utførelsesform av en måleprobe 30 ifølge oppfinnelsen. Måleproben 30 omfatter en ytre probeskjerm 7 og en dielektrisk isolator 6. I dette tilfellet omfatter imidlertid måleproben 30 en indre, første probeleder 5a og en indre, andre probeleder 5b. På den første terminalen 8 er proben 30 åpen-endet, og på den andre terminalen 9 er probeskjermen 7 og probelederne 5a, 5b elektrisk forbundet. Dermed virker proben 30 som en åpen-endet kvartbølgeprobe på samme måte som de ovenfor diskuterte proben 3. Probelederne 5a, 5b kan være koblet til sensoren 4 direkte. Alternativt kan lederne være koblet til et balanseringsledd (balun, ikke vist) som i sin tur er koblet til sensoren 4.

Claims (18)

1. System for bestemmelse av minst én parameter for et flerfasefluid (1) som omfatter hydrokarboner som strømmer i en ledning (2) i et hydrokarbonprosesseringsanlegg, der den minst ene parameteren er indikativ på minst én fysisk egenskap for flerfasefluidet (1), der systemet omfatter: - nevnte ledning (2), - minst én måleprobe (3, 3a, 30), som omfatter: - minst én probeleder (5, 5a, 5b), - en probeskjerm (7) anbrakt på utsiden av den minst ene probelederen (5, 5a, 5b), der den minst ene måleproben (3, 3 a, 30) er montert på ledningen (2) for måling av signaler som er indikative på minst én fysisk egenskap for fluidet (1) og som omfatter en første, åpen-endet terminal (8) der den minst ene probelederen (5, 5a, 5b) og probeskjermen (7) er eksponert overfor det strømmende fluidet (1) når systemet er i drift, og - en signalprosessor (4) for tolkning av signalene for å bestemme minst én parameter, karakterisert vedat den minst ene måleproben (3, 3a, 30) omfatter en andre terminal (9), og ved at systemet omfatter en signallinje (10) for overføring av signalene fra den minst ene måleproben (3, 3a, 30) til signalprosessoren (4), der denne signallinjen (10) er koblet til den minst ene måleproben (3, 3a, 30) på en forhåndsbestemt posisjon (P) mellom den første terminalen (8) og den andre terminalen (9).

2. Systemet ifølge ethvert av de foregående krav,karakterisert vedat signallinjen (10) omfatter: - en signalleder (11) som er elektrisk forbundet med den minst ene problederen (5) på nevnte forhåndsbestemte posisjon (P), og - en signalskjerm (12) som er elektrisk forbundet med probeskjermen (7) på nevnte forhåndsbestemte posisjon (P).

3. Systemet ifølge ethvert av de foregående krav,karakterisert vedat den minst ene måleproben (3) er montert på ledningen (2) slik at den andre terminalen (8) er i samme plan med en indre sidevegg (13) i ledningen (2).

4. Systemet ifølge ethvert av de foregående krav,karakterisert vedat minst én probeleder (5) og probeskjermen (7) er elektrisk forbundet med hverandre på den andre terminalen (9) slik at den andre terminalen (9) er kortsluttet.

5. Systemet ifølge krav 4,karakterisert vedat den forhåndsbestemte posisjonen (P) er lokalisert innenfor en avstand fra midten av minst én måleprobe (3) som er innenfor 10-20 % av lengden av proben (3).

6. Systemet ifølge krav 4,karakterisert vedat den forhåndsbestemte posisjonen (P) er lokalisert halvveis mellom den første terminalen (8) og den andre terminalen (9).

7. Systemet ifølge ethvert av kravene 1-3,karakterisert vedat minst én probeleder og probeskjermen er elektrisk isolert fra hverandre på den andre terminalen.

8. Systemet ifølge krav 7,karakterisert vedat nevnte forhåndsbestemte posisjon er lokalisert mellom midten av måleproben og den andre terminalen.

9. Systemet ifølge ethvert av de foregående krav,karakterisert vedat det omfatter minst én referanseprobe (19) som oppviser de samme dimensjonene som den minst ene måleproben (3), der denne referanseproben (19) er montert på ledningen (2) og omfatter en første og en andre kortsluttet terminal (23, 24), der en probeleder (20) og en probeskjerm (22) på referanseproben (19) er elektrisk forbundet med hverandre, der den minst ene referanseproben (19) er eksponert overfor det samme temperaturmiljøet som den minst ene måleproben (3), for derved å gjøre det mulig for nevnte signaler å bli kompensert for temperaturinduserte lengdevariasjoner for den minst ene måleproben (3).

10. Systemet ifølge krav 9,karakterisert vedat nevnte minst ene referanseprobe (19) oppviser den samme signallinje- (25) plasseringen (P') som den minst ene måleproben (3).

11. Systemet ifølge ethvert av de foregående krav,karakterisert vedat det omfatter en første måleprobe (3a) som oppviser en første lengde (/i), og en andre måleprobe (3b) som oppviser en andre lengde ( h) men ellers de samme dimensjonene og signallinjeplassering som den første måleproben (3a), der den første lengden (/ x) er større enn den andre lengden (/2), for derved å gjøre det mulig for nevnte signaler å bli kompensert for erosjonsinduserte lengdevariasjoner av måleprobene (3a, 3b).

12. Systemet ifølge ethvert av kravene 9 og 10,karakterisert vedat det omfatter: - en første måleprobe (3a) som oppviser en første lengde (A), og en andre måleprobe (3b) som oppviser en andre lengde ( h) men ellers de samme dimensjonene og signallinjeplassering som den første måleproben (3a), der den første lengden (/i) er større enn den andre lengden (/2), for derved å gjøre det mulig for signaler fra måleprobene (3a, 3b) å bli kompensert for erosjonsinduserte lengdevariasjoner av måleprobene (3a, 3b), - en første referanseprobe (19a) som oppviser de samme dimensjonene og signallinje- (25) plassering (P') som den første måleproben (3a), der den første referanseproben (19a) er montert på ledningen (2) og omfatter en første og en andre kortsluttet terminal, der en probeleder og en probeskjerm på den første referanseproben (19a) er elektrisk koblet til hverandre, der den første referanseproben (19a) er eksponert overfor det samme temperaturmiljøet som den første måleproben (3a), for derved å gjøre det mulig for signaler fra den første måleproben (3a) å bli kompensert for temperaturinduserte lengdevariasjoner for den første måleproben (3a), og - en andre referanseprobe (19b) som oppviser de samme dimensjonene og signallinje- (25) plassering (P') som den andre måleproben (3b), der den andre referanseproben (19b) er montert på ledningen (2) og omfatter en første og en andre kortsluttet terminal, der en probeleder og en probeskjerm for den første referanseproben (19b) er elektrisk koblet til hverandre, der den andre referanseproben (19b) er eksponert overfor det samme temperaturmiljøet som den andre måleproben (3b), for derved å gjøre det mulig for signaler fra den andre måleproben (3b) å bli kompensert for temperaturinduserte lengdevariasjoner for den andre måleproben (3b).

13. Systemet ifølge ethvert av de foregående krav,karakterisert vedat den minst ene parameteren omfatter enhver av en strømningsrate for fluidet (1), en volumfraksjon av fluidet (1), en tykkelse på et væskesjikt eller film (14) som dekker en innsidevegg (13) i ledningen (2), og en sammensetning av væskesjiktet og/eller filmen (14).

14. Systemet ifølge ethvert av de foregående krav,karakterisert vedat nevnte minst ene måleprobe (3, 3a, 30) oppviser et koaksialt oppsett der en dielektrisk isolator (6) er anbrakt på utsiden av nevnte minst ene probeleder (5, 5a, 5b) og der nevnte probeskjerm (7) er anbrakt på utsiden av den dielektriske isolatoren (6).

15. Hydrokarbonprosesseringsanlegg omfattende en ledning (2) for transport av et flerfasefluid (1) som omfatter hydrokarboner,karakterisert vedat anlegget omfatter et system ifølge ethvert av kravene 1-14 for bestemmelse av minst én parameter for fluidet (1) som strømmer i ledningen (2).

16. Fremgangsmåte for bestemmelse av minst én parameter for et flerfasefluid (1) som omfatter hydrokarboner som strømmer i en ledning (2) i et hydrokarbonprosesseringsanlegg og som benytter minst én måleprobe (3, 3a, 3b, 30) som omfatter: - minst én probeleder (5, 5a, 5b), - en probeskjerm (7) anbrakt på utsiden av den minst ene probelederen (5, 5a, 5b), - en første, åpen-endet terminal (8), og - en andre terminal, der den minst ene parameteren er indikativ på minst én fysisk egenskap for flerfasefluidet (1), og der fremgangsmåten omfatter trinnene med å: - montere den minst ene måleproben (3, 3a, 3b, 30) på ledningen (2) slik at probelederen (5) og probeskjermen (7) på den første terminalen (8) er eksponert overfor det strømmende fluidet (1), - ved å benytte den minst ene måleproben (3, 3a, 3b, 30), måle signaler som er indikative på den minst ene fysiske egenskapen til fluidet (1), - ved å benytte en signallinje (10) koblet til den minst ene proben (3, 3a, 3b, 30) på en forhåndsbestemt posisjon (P) mellom den første terminalen (8) og den andre terminalen (9), overføre signalene fra den minst ene måleproben (3, 3a, 3b, 30) til en signalprosessor (4), og - ved å benytte signalprosessoren (4), prosessere signalene for å bestemme den minst ene parameteren.

17. Fremgangsmåten ifølge krav 16, der trinnet for måling av signalene som er indikative på den minst ene fysiske egenskapen for fluidet (1) omfatter måling av et refleksjonssignal i nevnte minst ene måleprobe (3, 3a, 3b, 30).

18. Fremgangsmåten ifølge ethvert av kravene 16 og 17, der trinnet med å benytte signalprosessoren (4) for å prosessere signalene omfatter å benytte en regulariseringsfremgangsmåte for å bestemme den minst ene parameteren.