RU2278373C1

RU2278373C1 - Device for determining parameters of multi-component media in at least one reservoir

Info

Publication number: RU2278373C1
Application number: RU2005107654/28A
Authority: RU
Inventors: Михаил Евгеньевич Бочаров (RU); Михаил Евгеньевич Бочаров
Original assignee: Михаил Евгеньевич Бочаров
Priority date: 2005-03-18
Filing date: 2005-03-18
Publication date: 2006-06-20

Abstract

FIELD: oil industry.

SUBSTANCE: device has isolation column installed in vertical inside cavity of reservoir and capacitive detectors disposed periodically onto column. Detectors connected to electric conductors and disposed in vertical channel of column, are withdrawn outside reservoir and are connected with registration section. Plates of contact detector are mounted close to plates of any capacitive detector at the same level. Plates of contact detector are connected to electric conductors which are placed in vertical channel of column, are withdrawn outside reservoir and are connected with registration section. Registration section has computer connected in series with central processor and at least one control and commutation unit which is connected with isolation column's detectors by electric conductors. Any capacitive detector is made in form of two flat parallel plates being disposed at the same horizontal level. Plates have the same thickness and are coated with isolation layer. Any contact detector is made in form of two flat parallel plates being disposed at the same horizontal level; plates have the same thickness. Thermal detector is placed onto one plate. Thermal detector is connected with electric conductors which are disposed in vertical channel of column and are withdrawn outside and are connected with registration section. Through horizontal hole for letting liquid through is made between plates of any capacitive and contact detectors in isolation column.

EFFECT: improved precision of measurement; widened functional capabilities.

2 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к нефтяной промышленности, к области измерения параметров компонентов газоводонефтяных смесей, и может быть применено для определения параметров многокомпонентных сред в резервуарах и технологических емкостях в нефтегазоперерабатывающей, химической и других отраслях промышленности.The invention relates to the oil industry, to the field of measuring the parameters of the components of gas-oil mixtures, and can be used to determine the parameters of multicomponent media in tanks and process tanks in the oil and gas refining, chemical and other industries.

Известно устройство для измерения параметров многокомпонентных сред в резервуаре, содержащее установленную вертикально в полости резервуара изоляционную колонну и равномерно расположенные на ней емкостные датчики с электрическими проводниками, которые расположены в вертикальном канале колонны, выведены наружу из резервуара и соединены с регистрирующей частью, которая включает блок измерения и регистрации, эталонное устройство и устройство индикации (см. описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №1696885, МПК G 01 F 23/26, публикация 07.12.1991 г.).A device is known for measuring the parameters of multicomponent media in a tank, comprising an insulating column installed vertically in the cavity of the tank and capacitively distributed sensors evenly located thereon with electrical conductors that are located in the vertical channel of the column, outward from the tank and connected to a recording part, which includes a measurement unit and registration, a reference device and an indication device (see the description of the invention to the USSR copyright certificate No. 1696885, IPC G 01 F 23/26, public Station December 12, 1991).

Недостатком известного устройства, принятого за прототип, является то, что известное устройство имеет недостаточную точность измерений и ограниченные функциональные возможности.A disadvantage of the known device adopted for the prototype is that the known device has insufficient measurement accuracy and limited functionality.

Задачей заявляемого изобретения является:The objective of the invention is:

- повышение точности измерений,- improving the accuracy of measurements,

- расширение функциональных возможностей устройства.- expanding the functionality of the device.

Сущность изобретения заключается в том, что в устройстве для определения параметров многокомпонентных сред, по крайней мере, в одном резервуаре, содержащем установленную вертикально в полости резервуара изоляционную колонну и периодически равномерно расположенные на ней емкостные датчики присоединенных к электрическим проводникам, которые расположены в вертикальном канале колонны, выведены наружу из резервуара и соединены с регистрирующей частью, отличающееся тем, что рядом с обкладками каждого емкостного датчика и на том же уровне установлены обкладки контактного датчика, присоединенные к электрическим проводникам, которые расположены в вертикальном канале колонны, выведены наружу из резервуара и соединены с регистрирующей частью, а регистрирующая часть включает последовательно соединенные электронно-вычислительную машину, центральный процессор и по крайней мере один блок управления и коммутации, который соединен электрическими проводниками с датчиками изоляционной колонны, при этом каждый емкостной датчик выполнен в виде двух плоских, параллельных, находящихся на одном горизонтальном уровне, одинаковой толщины и покрытых изоляционным слоем обкладок, а каждый контактный датчик выполнен в виде двух плоских, параллельных, находящихся на одном горизонтальном уровне, и одинаковой толщины обкладок, на одной из которых установлен термодатчик, соединенный с электрическими проводниками, которые расположены в вертикальном канале колонны, выведены наружу из резервуара и соединены с регистрирующей частью, между обкладками каждого емкостного и контактного датчика в изоляционной колонне выполнено сквозное горизонтальное отверстие для прохода жидкости.The essence of the invention lies in the fact that in a device for determining the parameters of multicomponent media in at least one tank containing an insulating column vertically mounted in the cavity of the tank and capacitive sensors periodically uniformly located on it connected to electrical conductors that are located in the vertical channel of the column taken out of the tank and connected to the recording part, characterized in that next to the plates of each capacitive sensor and at the same level the contact sensor plates are installed, attached to electrical conductors that are located in the vertical channel of the column, are brought out from the reservoir and connected to the recording part, and the recording part includes a computer connected in series, a central processor and at least one control and switching unit, which is connected by electrical conductors to the sensors of the insulating column, while each capacitive sensor is made in the form of two flat, parallel, finding they are on the same horizontal level, of the same thickness and the plates coated with an insulating layer, and each contact sensor is made in the form of two flat, parallel, located on the same horizontal level, and the same thickness of the plates, on one of which there is a thermal sensor connected to electrical conductors, which located in the vertical channel of the column, brought out of the tank and connected to the recording part, between the plates of each capacitive and contact sensor in the insulation column through horizontal hole for fluid passage.

Кроме того, изоляционная колонна выполнена с двумя вертикальными каналами по обе противоположные стороны от обкладок емкостных и контактных датчиков, при этом каналы закрыты съемными крышками.In addition, the insulating column is made with two vertical channels on both opposite sides of the plates of capacitive and contact sensors, while the channels are closed with removable covers.

Сущность изобретения поясняется чертежами, гдеThe invention is illustrated by drawings, where

на фиг.1 показано устройство для определения параметров многокомпонентных сред в четырех резервуарах, общая схема,figure 1 shows a device for determining the parameters of multicomponent media in four tanks, the General scheme,

на фиг.2 показано устройство для определения параметров многокомпонентных сред, изоляционная колонна для одного резервуара,figure 2 shows a device for determining the parameters of multicomponent media, an insulating column for one tank,

на фиг.3 показано устройство для определения параметров многокомпонентных сред, блок изоляционной колонны,figure 3 shows a device for determining the parameters of multicomponent media, block insulating columns,

на фиг.4 показано устройство для определения параметров многокомпонентных сред, блок изоляционной колонны, сечение А-А на фиг.3,figure 4 shows a device for determining the parameters of multicomponent media, the block of the insulation column, section AA in figure 3,

на фиг.5 показано устройство для определения параметров многокомпонентных сред, блок изоляционной колонны, сечение В-В на фиг.3.figure 5 shows a device for determining the parameters of multicomponent media, the block of the insulation column, section bb in figure 3.

Устройство для определения параметров многокомпонентных сред в четырех резервуарах содержит установленные вертикально в полостях резервуаров 1 изоляционные колонны 2, и периодически равномерно расположенные на ней обкладки 3 емкостных и обкладки 4 контактных датчиков с соответствующими электрическими проводниками 5 и 6, которые расположены в вертикальном канале 7 изоляционной колонны 2, выведены наружу из резервуара 1 и соединены с одним из блоков управления и коммутации 8 регистрирующей части 9. Регистрирующая часть 9 включает последовательно соединенные электронно-вычислительную машину 10, центральный процессор 11 и четыре блока управления и коммутации 8. Крепление изоляционной колонны осуществляется путем подвески ее внутри резервуара за кронштейны 12, которые расположены на верхней крышке 13 и на соединительных муфтах 14. Каждый емкостной датчик выполнен в виде двух плоских, параллельных, находящихся на одном горизонтальном уровне, одинаковой толщины и покрытых изоляционным слоем 15 обкладок 3, а контактный датчик выполнен в виде двух плоских, параллельных, находящихся на одном горизонтальном уровне и одинаковой толщины обкладок 4, на одной из которых установлен термодатчик 16, соединенный электрическими проводниками 17 с одним из блоков управления и коммутации 8 регистрирующей части 9, обкладки емкостного и контактного датчика соединены соответствующими электрическими проводниками 5 и 6 с одним из блоков управления и коммутации 8 регистрирующей части 9. Между обкладками 3 и 4 каждого емкостного датчика и контактного датчика в изоляционной колонне выполнено сквозное горизонтальное отверстие 18 для прохода жидкости. Изоляционная колонна выполнена с двумя вертикальными каналами 7 по обе противоположные стороны от обкладок 3 емкостных и обкладок 4 контактных датчиков, при этом каналы 7 закрыты съемными крышками 19. Изоляционная колонна изготавливается любой высоты, исходя из высоты резервуара, и состоит из соединенных между собой блоков 20. Материалы, из которых изготовлены изоляционная колонна 2, обкладки 4 контактных датчиков и слой изоляционного покрытия 15 обкладок 3 емкостных датчиков предотвращают возможное разрушительное воздействие исследуемой среды на эти материалы и обеспечивают отсутствие прилипания к поверхностям этих материалов компонентов исследуемой среды.A device for determining the parameters of multicomponent media in four tanks contains insulating columns 2 mounted vertically in the cavities of the tanks 1, and capacitance plates 3 and contact sensors plates 4 with corresponding electrical conductors 5 and 6, which are located in the vertical channel 7 of the insulation column 2, brought out from the tank 1 and connected to one of the control and switching units 8 of the recording part 9. The recording part 9 includes a sequence separately connected to the electronic computer 10, the central processor 11 and four control and switching units 8. The insulation column is mounted by hanging it inside the tank by the brackets 12, which are located on the top cover 13 and on the couplings 14. Each capacitive sensor is made in the form two flat, parallel, located on the same horizontal level, the same thickness and covered with an insulating layer 15 plates 3, and the contact sensor is made in the form of two flat, parallel, located on one horizontal level and the same thickness of the plates 4, on one of which a temperature sensor 16 is installed, connected by electrical conductors 17 to one of the control and switching units 8 of the recording part 9, the capacitive and contact sensor plates are connected by corresponding electrical conductors 5 and 6 to one of the control units and switching 8 of the recording part 9. Between the plates 3 and 4 of each capacitive sensor and the contact sensor in the insulating column there is a through horizontal hole 18 for passage w dkosti. The insulation column is made with two vertical channels 7 on both opposite sides of the capacitor plates 3 and the contact sensor plates 4, while the channels 7 are closed by removable covers 19. The insulation column is made of any height, based on the height of the tank, and consists of interconnected blocks 20 The materials of which the insulation column 2 is made, the plates of 4 contact sensors and the layer of insulation coating 15 of the plates 3 of the capacitive sensors prevent the possible destructive effect of the food for these materials and ensure the absence of sticking to the surfaces of these materials investigated environmental components.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

При изменении уровней фракций жидкости и газа в резервуаре внутрь сквозного горизонтального отверстия 18, между каждой из пар обкладок емкостного и контактного датчиков образуется определенная среда, по электрическим параметрам которой определяется ее качественный состав. От обкладок емкостного датчика поступает информация по диэлектрической проницаемости среды при различных частотах переменного напряжения, последовательно подаваемого на обкладки. От обкладок контактного датчика - информация о сопротивлении постоянному току среды между обкладками. От термодатчика - измеренная температура среды. Указанная информация через блок управления и коммутации направляется в центральный процессор, а затем в электронно-вычислительную машину, где происходит сравнение результатов измерений с имеющимися данными лабораторных исследований и принятие решения о процентном составе компонентов исследуемой среды на уровне емкостных и контактных обкладок. Полученный результат анализа представляется в виде, удобном для обслуживающего персонала.When changing the levels of liquid and gas fractions in the tank inside the through horizontal hole 18, between each of the pairs of plates of the capacitive and contact sensors, a certain medium is formed, the electrical parameters of which determine its qualitative composition. From the plates of the capacitive sensor, information on the dielectric constant of the medium at various frequencies of the alternating voltage sequentially supplied to the plates is received. From the plates of the contact sensor - information on the DC resistance of the medium between the plates. From the temperature sensor - the measured temperature of the medium. The specified information is sent through the control and switching unit to the central processor, and then to the electronic computer, where the measurement results are compared with the available laboratory research data and a decision is made on the percentage composition of the studied medium at the level of capacitive and contact plates. The result of the analysis is presented in a form convenient for the staff.

Данные, получаемые об измеренных сопротивлениях постоянному току между определенной обкладкой контактного датчика, в нижней части изоляционной колонны, и от металлического корпуса резервуара, при различных уровнях электропроводящей среды в резервуаре, необходимы для мониторинга целостности внутреннего полимерного покрытия резервуара.The data obtained on the measured DC resistances between a specific contact sensor cover, at the bottom of the insulation column, and from the metal housing of the tank, at various levels of the electrically conductive medium in the tank, are necessary to monitor the integrity of the internal polymer coating of the tank.

Блок управления и коммутации присоединяет обкладки контактных датчиков, не участвующих в измерении, к корпусу резервуара через сопротивление, величина которого позволит снимать статическое напряжение, накапливаемое внутри резервуара при движении нефти. Блок управления и коммутации, осуществляя соединения электрических проводников от обкладок емкостных и контактных датчиков и термодатчиков с измерительными приборами, входящими в его состав, производит необходимые измерения по заданному алгоритму или по запросам программы электронно-вычислительной машины.The control and switching unit connects the plates of contact sensors that are not involved in the measurement to the tank body through a resistance, the value of which will allow to remove the static voltage accumulated inside the tank during oil movement. The control and switching unit, by connecting electrical conductors from the plates of capacitive and contact sensors and thermal sensors with the measuring instruments included in it, makes the necessary measurements according to a given algorithm or at the request of a computer program.

Центральный суммирующий процессор позволяет объединить несколько устройств для определения параметров многокомпонентных сред, расположенных в нескольких резервуарах, в единую установку. Функциями центрального процессора является сбор информации от блоков управления и коммутации 8 при помощи электрических проводников 21, передача информации на электронно-вычислительную машину 10 при помощи электрических проводников 22, а также передача управляющих команд от электронно-вычислительной машины на дополнительные измерения блоком управления и коммутации.The central summing processor allows you to combine several devices for determining the parameters of multicomponent media located in several tanks into a single installation. The functions of the central processor is to collect information from the control and switching units 8 using electrical conductors 21, transmit information to the electronic computer 10 using electrical conductors 22, and also transmit control commands from the electronic computer to additional measurements by the control and switching unit.

В электронно-вычислительной машине происходит сбор информации, ее анализ, хранение и необходимая обработка для выдачи обслуживающему персоналу. Программа работы электронно-вычислительной машины основана на заданном алгоритме. Алгоритм предусматривает последовательное измерение параметров среды на каждом уровне. На любом уровне изоляционной колонны измерения начинаются с определения сопротивления среды постоянному току, прикладываемому к обкладкам контактного датчика и определения температуры исследуемой среды термодатчиком, затем производятся измерения между обкладками емкостного датчика, которые производятся последовательно, при разных частотах переменного напряжения. После этого измерения проводятся на следующем уровне и так далее. Частота проведения измерений такова, что динамические процессы отстоя или разделения на фракции среды, находящейся внутри резервуара, для процесса измерения являются статическими. Также программа электронно-вычислительной машины осуществляет учет различных поправок при измерениях, и вводит дополнительные корректировки в результат. Так, при поступлении в резервуар аналогичной среды, но с небольшими изменениями в составе, например, нефти с другими физическими и химическими свойствами, оператору необходимо точно определить уровень чистой нефти в резервуаре, и предложить программе электронно-вычислительной машины считать измеренные показания емкостных и контактных датчиков расположенных на этом уровне - эталоном чистой нефти. Новые эталонные показатели чистой нефти позволят их использовать при определении процентного состава нефти на различных уровнях в данном резервуаре. Сопротивление постоянному току фракции жидкости при увеличении содержания электропроводящих компонентов, например воды, будет стремиться к нулю, а увеличение содержание не электропроводящих компонентов, например газа или нефти, к бесконечности. Диэлектрическая проницаемость среды при разных соотношениях газа, нефти и воды, и на разных частотах переменного напряжения также будет различна. Сравнение с эталонными или лабораторными измерениями и с поправкой на температуру, позволит сделать вывод о качественном составе среды между обкладками емкостного и контактного датчиков. Принятие решения электронно-вычислительной машиной о процентном отношении компонентов среды на том или ином уровне основывается на анализе и сравнении результатов всех измерений проведенных по заданному алгоритму между обкладками емкостного и контактного датчиков на этом уровне, и по сравнению с результатами измерений от датчиков близлежащих уровней. Высокая скорость измерений и обработки информации позволит наблюдать процесс наполнения или спуска резервуара, а также разделение многокомпонентной среды на фракции на экране монитора электронно-вычислительной машины. Поступающая информация о замеренных сопротивлениях постоянному току между одной из обкладок контактного датчика и корпусом резервуара при различных уровнях электропроводящей среды, позволит отслеживать состояние внутреннего полимерного покрытия резервуара, определять возможные повреждения покрытия исходя из их удаленности от уровня обкладки контактного датчика и динамику их увеличения во времени. Программа электронно-вычислительной машины позволяет обслуживающему персоналу вмешиваться в процесс измерения, задавать и изменять заданный алгоритм измерений и давать, в случае необходимости, команды исполнительным механизмам, регулирующим технологические процессы в резервуаре.In an electronic computer, information is collected, analyzed, stored, and necessary processed for delivery to maintenance personnel. The work program of the electronic computer is based on a given algorithm. The algorithm provides a sequential measurement of environmental parameters at each level. At any level of the insulating column, measurements begin with determining the resistance of the medium to direct current applied to the plates of the contact sensor and determining the temperature of the medium under study with a temperature sensor, then measurements are made between the plates of the capacitive sensor, which are performed sequentially at different frequencies of the alternating voltage. After this, measurements are taken at the next level and so on. The frequency of measurements is such that the dynamic processes of sludge or separation into fractions of the medium inside the tank are static for the measurement process. The program of the electronic computer also takes into account various corrections during measurements, and introduces additional corrections to the result. So, when a similar medium enters the tank, but with small changes in the composition, for example, oil with other physical and chemical properties, the operator needs to accurately determine the level of pure oil in the tank, and offer the program of the electronic computer to read the measured readings of capacitive and contact sensors located at this level - the standard of pure oil. New benchmarks for pure oil will allow them to be used in determining the percentage of oil at various levels in a given reservoir. The DC resistance of the liquid fraction with an increase in the content of electrically conductive components, such as water, will tend to zero, and the increase in the content of non-conductive components, such as gas or oil, will go to infinity. The dielectric constant of the medium at different ratios of gas, oil and water, and at different frequencies of alternating voltage will also be different. Comparison with reference or laboratory measurements, and adjusted for temperature, allows us to conclude that the composition of the medium is between the plates of the capacitive and contact sensors. The decision by the electronic computer about the percentage of medium components at one or another level is based on the analysis and comparison of the results of all measurements carried out according to a given algorithm between the capacitor and contact sensor plates at this level, and in comparison with the measurement results from sensors of nearby levels. The high speed of measurements and information processing will make it possible to observe the process of filling or lowering the tank, as well as the separation of the multicomponent medium into fractions on the monitor screen of an electronic computer. The incoming information about the measured DC resistances between one of the plates of the contact sensor and the tank body at different levels of the conductive medium will allow you to monitor the state of the internal polymer coating of the tank, determine possible damage to the coating based on their distance from the level of the contact sensor and the dynamics of their increase in time. The program of the electronic computer allows the service personnel to intervene in the measurement process, set and change the specified measurement algorithm and, if necessary, give commands to the actuators that regulate the technological processes in the tank.

Заявленное изобретение позволяет:The claimed invention allows you to:

- повысить точность измерений,- increase the accuracy of measurements,

- расширить функциональные возможности устройства.- expand the functionality of the device.

Claims

1. A device for determining the parameters of multicomponent media in at least one tank, containing an insulating column installed vertically in the cavity of the tank and periodically uniformly located capacitive sensors on it, connected to electrical conductors that are located in the vertical channel of the column, brought out of the tank and connected to the recording part, characterized in that next to the plates of each capacitive sensor and at the same level, the plates of the contact sensor are installed, connected to the electrical conductors that are located in the vertical channel of the column, outward from the reservoir and connected to the recording part, and the recording part includes a series-connected electronic computer, a central processor and at least one control and switching unit, which is connected by electrical conductors with sensors of the insulation column, with each capacitive sensor made in the form of two flat, parallel, located on the same horizontal level, one thickness and coated with an insulating layer of plates, and each contact sensor is made in the form of two flat, parallel, located on the same horizontal level and the same thickness of the plates, one of which has a thermal sensor connected to electrical conductors that are located in the vertical channel of the column, out of the tank and connected to the recording part, between the plates of each capacitive and contact sensor in the insulating column there is a through horizontal hole for liquid ode.

2. The device according to claim 1, characterized in that the insulating column is made with two vertical channels on both opposite sides of the plates and capacitive sensors, while the channels are closed by removable covers.