UA106840C2 - DEVICE FOR MEASURING LIQUID level IN gas PIPELINE cavity - Google Patents

DEVICE FOR MEASURING LIQUID level IN gas PIPELINE cavity Download PDF

Info

Publication number
UA106840C2
UA106840C2 UAA201309982A UAA201309982A UA106840C2 UA 106840 C2 UA106840 C2 UA 106840C2 UA A201309982 A UAA201309982 A UA A201309982A UA A201309982 A UAA201309982 A UA A201309982A UA 106840 C2 UA106840 C2 UA 106840C2
Authority
UA
Ukraine
Prior art keywords
pipeline
gas pipeline
liquid level
acoustic
ultrasonic
Prior art date
Application number
UAA201309982A
Other languages
Russian (ru)
Ukrainian (uk)
Inventor
Олег Михайлович Карпаш
Ігор Володимирович Рибіцький
Максим Олегович Карпаш
Роман Юрійович Банахевич
Original Assignee
Івано-Франківський Національний Технічний Університет Нафти І Газу
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Івано-Франківський Національний Технічний Університет Нафти І Газу filed Critical Івано-Франківський Національний Технічний Університет Нафти І Газу
Priority to UAA201309982A priority Critical patent/UA106840C2/en
Publication of UA106840C2 publication Critical patent/UA106840C2/en

Links

Landscapes

  • Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)

Abstract

The invention relates to the field of process measurements and may be used for determining the actual liquid level in processing gas line cavities. Device for measuring the level of liquid in the cavity of the pipeline consists of an ultrasonic piezoelectric transducer and a measuring unit and is equipped with an acoustic unit, installed on the pipeline with a seal rubber sleeve, in the body of which capability of contact with the pipeline surface a sensor and an ultrasonic piezoelectric transducer are mounted, this is pressed to the surface of the pipeline with a spring and has in the contact point a concave acoustic lens, wherein the measuring unit is placed above the ground surface and connected to the acoustic unit through a connector built into the column of electrochemical protection, and contains a module working on basis of algorithm for determining the liquid level from the maxima of constructed envelope curve of dynamics of the ultrasonic waves propagation and the actual value of fluid temperature. Realization of the proposed device allows to measure the liquid level in the cavity of the pipeline with high precision and provides an opportunity to measure the liquid level in the pipeline cavity that is less than 10.6 cm without discontinuation of the pipeline wall and its excavation.

Description

Винахід належить до галузі технологічних вимірювань і може бути використаний для визначення фактичного рівня рідини у порожнинах технологічних газопроводів.The invention belongs to the field of technological measurements and can be used to determine the actual liquid level in the cavities of technological gas pipelines.

Відомий пристрій для неперервного контролю рівня рідини в закритих ємностях, що знаходяться під тиском |(|1Ї, який складається з двох ультразвукових перетворювачів (випромінюючий та приймаючий), призначених для випромінювання та приймання асиметричної акустичної хвилі Лемба в стінці ємності, а також з високочастотного генератора.A well-known device for continuous control of the liquid level in closed containers under pressure |(|1Й, which consists of two ultrasonic transducers (radiating and receiving) designed to emit and receive an asymmetric Lamb acoustic wave in the container wall, as well as a high-frequency generator .

Недоліком даного пристрою є складність монтажу на трубі газопроводу та значні геометричні розміри через наявність двох ультразвукових перетворювачів. Крім того, пристрій призначений для визначення границі поділу фаз тільки у вертикально розміщених трубопроводах, що суттєво обмежує його застосування на технологічних і магістральних газопроводах. Також недоліком пристрою є те, що при вимірюванні рівня стовпа рідини не враховується температура середовища, як один з важливих факторів, що суттєво впливає на швидкість поширення ультразвукових коливань в середовицщі.The disadvantage of this device is the difficulty of installation on the gas pipeline pipe and significant geometric dimensions due to the presence of two ultrasonic transducers. In addition, the device is designed to determine the boundary of phase separation only in vertically placed pipelines, which significantly limits its use on process and main gas pipelines. Another disadvantage of the device is that when measuring the level of the liquid column, the temperature of the medium is not taken into account, as one of the important factors that significantly affects the speed of propagation of ultrasonic vibrations in the medium.

В умовах експлуатації технологічних та магістральних трубопроводів визначення рівня рідини в їхніх порожнинах є дуже важливим, оскільки наявність рідини негативно впливає на роботу всіх вузлів газотранспортної системи, ускладнює процес проведення внутрішньо трубної діагностики магістральних газопроводів і суттєво погіршує якість газу.In the conditions of operation of technological and main pipelines, determining the level of liquid in their cavities is very important, since the presence of liquid negatively affects the operation of all nodes of the gas transportation system, complicates the process of conducting intra-pipe diagnostics of main gas pipelines and significantly worsens gas quality.

Наявність рідини в порожнині газопроводу є одним із факторів, що суттєво знижує ефективність функціонування газотранспортної системи На горизонтальних і низхідних ділянках траси рідина рухається у вигляді плівки по стінкам труби. Наявність рідкої плівки значно збільшує гідравлічний опір газового потоку. Найбільша кількість рідини накопичується на висхідних ділянках газопроводу, утворюючи гідравлічний затор, частково чи повністю перекриваючи січення труби, підвищення гідравлічного опору і гідростатичного перепаду тиску.The presence of liquid in the cavity of the gas pipeline is one of the factors that significantly reduces the efficiency of the gas transportation system. On the horizontal and descending sections of the route, the liquid moves in the form of a film along the walls of the pipe. The presence of a liquid film significantly increases the hydraulic resistance of the gas flow. The largest amount of liquid accumulates in the ascending sections of the gas pipeline, forming a hydraulic jam, partially or completely blocking the section of the pipe, increasing hydraulic resistance and hydrostatic pressure drop.

Крім цього наявність води в газопроводі значно ускладнює процедуру внутрішньо трубного діагностування трубопроводу, оскільки в такому випадку можливе пошкодження чи руйнування очисного та діагностичного поршнів, які зазнаватимуть гідравлічних ударів. На ділянках повітряних та річкових переходів очисний поршень, рухаючись в газопроводі, накопичуватиме перед собою значний об'єм води, що може призвести до значного росту внутрішніх напружень у стінці газопроводу та, як наслідок, його руйнування.In addition, the presence of water in the gas pipeline significantly complicates the procedure of intra-pipe diagnostics of the pipeline, since in this case it is possible to damage or destroy the cleaning and diagnostic pistons, which will undergo hydraulic shocks. In areas of air and river transitions, the cleaning piston, moving in the gas pipeline, will accumulate a significant volume of water in front of it, which can lead to a significant increase in internal stresses in the wall of the gas pipeline and, as a result, its destruction.

Зо Відомий також спосіб і пристрій для вимірювання рівнів багатокомпонентних середовищ |21, принцип роботи якого полягає в тому, що генератор формує ультразвукові хвилі, які за допомогою чутливого елемента випромінюються у вимірювальне середовище. Чутливий елемент також використовується для прийому відбитих від середовищ ультразвукових хвиль.Also known is the method and device for measuring the levels of multicomponent media |21, the principle of which is that the generator forms ultrasonic waves that are emitted into the measuring medium by means of a sensitive element. The sensitive element is also used to receive ultrasonic waves reflected from the environment.

Для підвищення точності вимірювань та забезпечення можливості визначення рівнів багатокомпонентних середовищ ультразвукові хвилі генеруються на різних частотах в діапазоні від 10 МГц до 130МГц, що реалізується за допомогою генератора змінної частоти. Чутливий елемент виконаний у вигляді відрізка великої довжини. Положення границь багатокомпонентних середовищ визначається шляхом проведення аналого-цдцифрового перетворення та амплітудного детектування отриманого сигналу. Значення частотного діапазону і крок зміни частоти вибирають виходячи з технічних можливостей реалізації вимірювальної апаратури і максимальних значень вимірювальних величин.To increase the accuracy of measurements and ensure the possibility of determining the levels of multicomponent media, ultrasonic waves are generated at different frequencies in the range from 10 MHz to 130 MHz, which is implemented using a variable frequency generator. The sensitive element is made in the form of a long segment. The position of the boundaries of multicomponent media is determined by analog-to-digital conversion and amplitude detection of the received signal. The value of the frequency range and the step of changing the frequency are chosen based on the technical capabilities of the implementation of the measuring equipment and the maximum values of the measured values.

Недоліком даного пристрою є неможливість проведення вимірювань рівнів середовищ при їх товщині меншій 0,8 м, необхідність проведення додаткових обчислень для визначення кроку зміни частоти коливань. Окрім того, значні розміри чутливого елемента унеможливлюють проведення вимірювань на газопроводах малого діаметру. До недоліків також можна віднести відсутність компенсації впливу температури вимірювального середовища на результати вимірювань та негативне втручання в роботу трубопроводу через необхідність встановлення чутливого елемента в порожнину газопроводу.The disadvantage of this device is the impossibility of measuring the levels of media when their thickness is less than 0.8 m, the need for additional calculations to determine the step of changing the frequency of oscillations. In addition, the large size of the sensitive element makes it impossible to carry out measurements on gas pipelines of small diameter. The lack of compensation for the effect of the temperature of the measuring medium on the measurement results and negative interference in the pipeline operation due to the need to install a sensitive element in the gas pipeline cavity can also be attributed to the disadvantages.

Відомий також пристрій для визначення рівня рідини в порожнині трубопроводів (|З), який вибраний за прототип. Він складається з ультразвукового п'єзоелектричного перетворювача, який здатний генерувати і приймати ультразвукові коливання, генераторно-приймального тракту та вимірювального блока. На п'єзоелектричний перетворювач подається імпульс напруги високої частоти, який генерує спрямовані ультразвукові коливання. П'єзоелектричний перетворювач, який розташований в нижній частині трубопроводу, випромінює ультразвукові коливання через стінку трубопроводу у воду. Відбиті від поверхні рідини та від внутрішньої поверхні стінки трубопроводу ультразвукові коливання приймаються ультразвуковим перетворювачем, який перетворює їх в електричні імпульси напруги, які, після підсилення в генераторно-приймальному тракті, подаються на вимірювальний блок. Вимірювальний блок за виміряним значення часу появи згаданих імпульсів та відповідними значеннями швидкості поширення ультразвукових коливань в матеріалі стінки трубопроводу та рідини обчислює значення рівня рідини в порожнині трубопроводу.Also known is the device for determining the liquid level in the pipeline cavity (|Z), which was chosen as a prototype. It consists of an ultrasonic piezoelectric transducer capable of generating and receiving ultrasonic oscillations, a generator-receiver path and a measuring unit. A high-frequency voltage pulse is applied to the piezoelectric transducer, which generates directional ultrasonic oscillations. A piezoelectric transducer, which is located in the lower part of the pipeline, emits ultrasonic vibrations through the wall of the pipeline into the water. Ultrasonic vibrations reflected from the surface of the liquid and from the inner surface of the pipeline wall are received by an ultrasonic transducer, which converts them into electric voltage pulses, which, after amplification in the generator-receiver path, are fed to the measuring unit. The measuring unit calculates the value of the liquid level in the pipeline cavity based on the measured value of the time of appearance of the mentioned pulses and the corresponding values of the speed of propagation of ultrasonic vibrations in the material of the pipeline wall and liquid.

До недоліків даного пристрою можна віднести наступне: - не враховується температура рідини, рівень якої вимірюється, як один з важливих факторів, який впливає на швидкість поширення ультразвукових хвиль у середовищі; - конструкція акустичного перетворювача не забезпечує надійного довготривалого акустичного контакту між перетворювачем та поверхнею труби за умови його встановлення на діючих підземних газопроводах в умовах впливу агресивних середовищ; - через використання низькочастотного акустичного перетворювача та виникнення явища реверберації акустичних коливань в стінці труби проводити вимірювання значення рідини менше 4 дюймів (10,16 см) неможливо.The disadvantages of this device include the following: - the temperature of the liquid, the level of which is measured, is not taken into account, as one of the important factors that affects the speed of propagation of ultrasonic waves in the environment; - the design of the acoustic transducer does not ensure reliable long-term acoustic contact between the transducer and the pipe surface, provided it is installed on operating underground gas pipelines under the influence of aggressive environments; - due to the use of a low-frequency acoustic transducer and the occurrence of the phenomenon of reverberation of acoustic vibrations in the pipe wall, it is impossible to measure the value of liquid less than 4 inches (10.16 cm).

В основу винаходу поставлено задачу створити такий пристрій, у якому нове конструктивне виконання первинних перетворювачів та спосіб аналізу інформації дозволили б з високою точністю вимірювати рівень рідини в порожнинах газопроводів без порушення суцільності стінки трубопроводу та його розкопування.The invention is based on the task of creating such a device, in which a new design of primary transducers and a method of information analysis would allow high-precision measurement of the liquid level in gas pipeline cavities without breaking the integrity of the pipeline wall and digging it up.

Поставлена задача вирішується наступним чином. У відомий пристрій додатково введено датчик температури для підвищення точності вимірювання швидкості поширення ультразвукових хвиль, який контактує з зовнішньою поверхнею газопроводу у місці кріплення ультразвукового п'єзоелектричного перетворювача. Акустичний блок пристрою складається з корпусу, попередньо заповненого речовиною (наприклад солідол)у для забезпечення акустичного контакту ультразвукового п'єзоелектричного перетворювача з трубою газопроводу.The task is solved as follows. In the known device, a temperature sensor is additionally introduced to increase the accuracy of measuring the speed of propagation of ultrasonic waves, which is in contact with the outer surface of the gas pipeline at the point of attachment of the ultrasonic piezoelectric transducer. The acoustic unit of the device consists of a case pre-filled with a substance (for example solidol) to ensure acoustic contact of the ultrasonic piezoelectric transducer with the gas pipeline pipe.

У корпусі акустичного блока пристрою розміщено ущільнюючу манжету, яка попереджує проникнення агресивних речовин, що містяться в грунті, до внутрішніх елементів акустичного блока. Така конструкція акустичного блока дозволяє забезпечити надійний та довготривалий акустичний контакт ультразвукового п'єзоелектричного перетворювача з газопроводом що знаходиться в грунті. П'єзоелектричний перетворювач виконується підпружинений для забезпечення надійного контакту між ним та зовнішньою поверхнею стінки трубопроводу.A sealing cuff is placed in the housing of the acoustic unit of the device, which prevents the penetration of aggressive substances contained in the soil to the internal elements of the acoustic unit. This design of the acoustic unit allows for reliable and long-term acoustic contact of the ultrasonic piezoelectric transducer with the underground gas pipeline. The piezoelectric transducer is spring-loaded to ensure reliable contact between it and the outer surface of the pipeline wall.

Додатково, для забезпечення надійного акустичного контакту та зменшення втрат акустичних коливань на границі поділу п'єзоелемент-сталь, ультразвуковий п'єзоелектричнийAdditionally, to ensure reliable acoustic contact and reduce the loss of acoustic vibrations at the piezoelectric element-steel separation boundary, ultrasonic piezoelectric

Зо перетворювач оснащено увігнутою акустичною призмою, виготовленою з мідної пластини, яка розміщується між п'єзоелементом та зовнішньою поверхнею газопроводу, при цьому радіус кривизни увігнутої поверхні призми рівний зовнішньому радіусу труби газопроводу. З метою зменшення впливу явища реверберації акустичних коливань в стінці труби, додаткового підвищення точності вимірювання та забезпечення можливості вимірювання рівня рідини в порожнині газопроводу, меншого за 10,6 см, запропоновано вимірювання часу проходження акустичних коливань в рідині здійснювати за максимумами побудованої огинаючої кривої динаміки відбивання ультразвукових хвиль, а також використано п'єзоелектричний ультразвуковий перетворювач з резонансною частотою 2,5 МГц.The transducer is equipped with a concave acoustic prism made of a copper plate, which is placed between the piezo element and the outer surface of the gas pipeline, while the radius of curvature of the concave surface of the prism is equal to the outer radius of the gas pipeline pipe. In order to reduce the influence of the phenomenon of reverberation of acoustic vibrations in the pipe wall, additionally increase the accuracy of measurement and ensure the possibility of measuring the liquid level in the gas pipeline cavity, which is less than 10.6 cm, it is proposed to measure the time of passage of acoustic vibrations in the liquid according to the maxima of the constructed envelope curve of the dynamics of the reflection of ultrasonic waves, and also used a piezoelectric ultrasonic transducer with a resonant frequency of 2.5 MHz.

Для вимірювання рівня рідини у порожнині газопроводу без його розкопування, з'єднувальні провідники від акустичного блока встановленого на газопроводі, виводяться на зовні через колонку електрохімічного захисту, яка додатково оснащується штекером для під'єднання до вимірювального блока.To measure the liquid level in the cavity of the gas pipeline without digging it up, the connecting conductors from the acoustic unit installed on the gas pipeline are brought out through the column of electrochemical protection, which is additionally equipped with a plug for connection to the measuring unit.

Вимірювальний блок пристрою містить модуль, що здійснює визначення рівня рідини шляхом побудови огинаючої кривої динаміки відбивання ультразвукових хвиль від поверхні поділу середовищ, а визначення часу проходження акустичних хвиль Т у вимірювальному середовищі здійснюється за максимумами огинаючої з врахуванням температури рідини.The measuring unit of the device contains a module that determines the level of the liquid by constructing the envelope curve of the dynamics of the reflection of ultrasonic waves from the surface of the separation of media, and the determination of the time of passage of acoustic waves T in the measuring medium is carried out according to the maxima of the envelope, taking into account the temperature of the liquid.

На фіг. 1 зображено схему пристрою для визначення рівня рідини у порожнині газопроводу.In fig. 1 shows the diagram of the device for determining the liquid level in the cavity of the gas pipeline.

Пристрій для вимірювання рівня рідини в порожнині газопроводу складається з акустичного блока 1, який кріпиться до нижньої частини газопроводу 2, та вимірювального блока 3. Кабель акустичного блока 4, за допомогою якого реалізується з'єднання акустичного блока 1 з наземною частиною, виводиться у колонку електрохімічного захисту 5, та сполучається з вимірювальним блоком З за допомогою кабелю вимірювального блока 6 через з'єднувач 7, який вмонтовується у стінку колонки електрохімічного захисту 5.The device for measuring the liquid level in the gas pipeline cavity consists of an acoustic unit 1, which is attached to the lower part of the gas pipeline 2, and a measuring unit 3. The cable of the acoustic unit 4, which is used to connect the acoustic unit 1 to the ground part, is led into the column of the electrochemical protection 5, and is connected to the measuring unit C by means of the cable of the measuring unit 6 through the connector 7, which is mounted in the wall of the column of electrochemical protection 5.

Схематичну будову акустичного блока зображено на фіг. 2. Ультразвуковий п'єзоелектричний перетворювач 8 розташований концентрично у циліндричній виточці корпусу 9 і підпружинений пружиною 10. Корпус акустичного блока оснащений ущільнюючою гумовою манжетою 11. За допомогою хомута 12 реалізується надійне кріплення корпусу 9 на стінці 13 труби газопроводу 2 (фіг. 1) захищеного ізоляцією 14. Датчик температури 15, наприклад термопара, розташовується у корпусі 9 біля ультразвукового п'єзоелектричного перетворювача бо 8 та контактує з зовнішньою поверхнею стінки 13 труби газопроводу. Два з'єднувальні провідники 16 ультразвукового п'єзоелектричного перетворювача 8 та провідники 17 датчика температури 15 сходяться у кабель акустичного блока 4. Герметизація отвору у корпусі 9 для виходу кабелю акустичного блока 4 здійснюється за допомогою гумової шайби 18 та штуцера 19. Гумова прокладка 20, яка розташована між штуцером 18 та корпусом 9, забезпечує надійну герметизацію акустичного блока.The schematic structure of the acoustic unit is shown in fig. 2. The ultrasonic piezoelectric transducer 8 is located concentrically in the cylindrical groove of the housing 9 and is spring-loaded by a spring 10. The housing of the acoustic unit is equipped with a sealing rubber cuff 11. With the help of a clamp 12, a reliable attachment of the housing 9 to the wall 13 of the gas pipeline pipe 2 (Fig. 1) of the protected insulation 14. The temperature sensor 15, for example a thermocouple, is located in the housing 9 near the ultrasonic piezoelectric transducer 8 and is in contact with the outer surface of the wall 13 of the gas pipeline pipe. Two connecting conductors 16 of the ultrasonic piezoelectric transducer 8 and conductors 17 of the temperature sensor 15 converge in the cable of the acoustic unit 4. The hole in the housing 9 for the output of the cable of the acoustic unit 4 is sealed with the help of a rubber washer 18 and a fitting 19. Rubber gasket 20, which is located between the fitting 18 and the body 9, ensures reliable sealing of the acoustic unit.

Схематична будова ультразвукового п'єзоелектричного перетворювача наведена на фіг. 3.The schematic structure of the ultrasonic piezoelectric transducer is shown in Fig. 3.

Ультразвуковий п'єзоелектричний перетворювач 8 (фіг. 3) складається з металевого корпусу перетворювача 21, п'єзокерамічної пластинки 22, виготовленої з титанату барію ТБК-3 діаметром 20 мм, резонансна частота якої складає 2,5 МГц, демпфера 23 та вгнутої акустичної призми 24, виготовленої з мідної пластини діаметром 20 мм, при цьому радіус кривизни В увігнутої поверхні, що контактує з зовнішньою поверхнею газопроводу, рівний зовнішньому радіусу труби цього ж газопроводу.The ultrasonic piezoelectric transducer 8 (Fig. 3) consists of a metal housing of the transducer 21, a piezoceramic plate 22 made of barium titanate TBK-3 with a diameter of 20 mm, the resonance frequency of which is 2.5 MHz, a damper 23 and a concave acoustic prism 24, made of a copper plate with a diameter of 20 mm, while the radius of curvature B of the concave surface in contact with the outer surface of the gas pipeline is equal to the outer radius of the pipe of the same gas pipeline.

Пристрій працює наступним чином. Акустичний блок 1 (фіг. 1) за допомогою хомута 12 притискається до зовнішньої поверхні труби газопроводу 2 у його нижній частині у місці найбільш імовірного збирання води. Ізоляція 14 стінки газопроводу 13 нижньої частини труби газопроводу 2 у місці контакту ультразвукового п'єзоелектричного перетворювача 8 та датчика температури 15 перед встановленням акустичного блока очищається. Сила притискання акустичного блока до труби газопроводу вибирається такою, щоб за рахунок деформації манжети 11 забезпечити надійну герметизацію порожнини корпусу 9 акустичного блока 1, попередньо заповненої речовиною для забезпечення акустичного контакту. Пружина 10 забезпечує надійний контакт ультразвукового п'єзоелектричного перетворювача 8 із зовнішньою поверхнею стінки 13 труби газопроводу 2. Отвір, через який проходить кабель 4, який об'єднує два провідники 16 ультразвукового п'єзоелектричного перетворювача 8 та провідники 17 давача температури 15 акустичного блока 1, герметизується загвинчуванням штуцера 19 у отворі корпусу 9 з різьбою, який деформує гумову шайбу 18 та гумову прокладку 20, притискаючи їх таким чином до кабелю акустичного блока 4 та корпусу 9. Кабель акустичного блока 4 другим кінцем вмонтовується у колонку електрохімічного захисту. Вимірювальний блок З за допомогою кабелю вимірювального блока 6 сполучається з кабелем акустичного блока 4 за допомогою з'єднувача 7.The device works as follows. The acoustic unit 1 (Fig. 1) is pressed against the outer surface of the gas pipe 2 in its lower part at the place of the most likely water collection by means of a clamp 12. The insulation 14 of the wall of the gas pipeline 13 of the lower part of the pipe of the gas pipeline 2 at the point of contact of the ultrasonic piezoelectric transducer 8 and the temperature sensor 15 is cleaned before installing the acoustic unit. The force of pressing the acoustic block to the gas pipeline pipe is selected so that due to the deformation of the cuff 11, reliable sealing of the cavity of the housing 9 of the acoustic block 1, previously filled with a substance to ensure acoustic contact, is ensured. The spring 10 ensures reliable contact of the ultrasonic piezoelectric transducer 8 with the outer surface of the wall 13 of the gas pipeline pipe 2. The hole through which the cable 4 passes, which connects the two conductors 16 of the ultrasonic piezoelectric transducer 8 and the conductors 17 of the temperature sensor 15 of the acoustic unit 1 , is sealed by screwing the fitting 19 into the hole of the housing 9 with a thread, which deforms the rubber washer 18 and the rubber gasket 20, thus pressing them to the cable of the acoustic unit 4 and the housing 9. The cable of the acoustic unit 4 is mounted at the other end in the column of electrochemical protection. The measuring unit C is connected with the cable of the measuring unit 6 to the cable of the acoustic unit 4 using the connector 7.

Зо Працює пристрій для вимірювання рівня рідини в порожнині газопроводу наступним чином.Zo The device for measuring the liquid level in the cavity of the gas pipeline works as follows.

П'єзоелектричний перетворювач 8 (фіг. 2) акустичного блока 1 (фіг. 1), на який подано короткочасний імпульс високої напруги від вимірювального блока 3, генерує ультразвукові акустичні хвилі, які поширюються в стінці газопроводу 2, в якому знаходяться рідина та газ. На границі поділу рідина - газ, акустичні ультразвукові хвилі, які пройшли через стінку газопроводу та рідину, зазнаватимуть часткового відбивання то заломлення. Відбиті від границі поділу рідина - газ акустичні ультразвукові хвилі, пройшовши зворотній шлях, на границі поділу рідина - стінка газопроводу також зазнаватимуть часткового відбивання та заломлення. Заломлені ультразвукові хвилі, які пройшли через стінку газопроводу, потрапляють на п'єзоперетворювач.The piezoelectric transducer 8 (Fig. 2) of the acoustic unit 1 (Fig. 1), which is supplied with a short-term high-voltage pulse from the measuring unit 3, generates ultrasonic acoustic waves that propagate in the wall of the gas pipeline 2, in which liquid and gas are located. At the liquid-gas interface, acoustic ultrasonic waves that have passed through the wall of the gas pipeline and the liquid will be partially reflected or refracted. Acoustic ultrasonic waves reflected from the liquid-gas separation boundary, having passed the return path, will also undergo partial reflection and refraction at the liquid-gas pipeline separation boundary. The refracted ultrasonic waves that passed through the wall of the gas pipeline fall on the piezo transducer.

Відбиті від границі поділу рідина - стінка газопроводу ультразвукові хвилі, пройшовши через рідину, яка знаходиться в газопроводі, знову зазнають відбивання від границі поділу рідина - газ і поширюються в зворотному напрямку до стінки газопроводу, де на границі поділу рідина - стінка газопроводу, відбувається їх повторне відбивання та заломлення. Заломлені ультразвукові хвилі, пройшовши через стінку газопроводу, потрапляють на п'єзоперетворювач.Ultrasonic waves reflected from the boundary between the liquid and the wall of the gas pipeline, after passing through the liquid in the gas pipeline, are again reflected from the boundary between the liquid and gas and propagate in the opposite direction to the wall of the gas pipeline, where at the boundary between the liquid and the wall of the gas pipeline, they are re-emitted. reflection and refraction. The refracted ultrasonic waves, having passed through the wall of the gas pipeline, fall on the piezo transducer.

П'єзоперетворювач здійснює перетворення ультразвукових хвиль, які потрапили на нього, в електричні імпульси. Останні через провідники 4 передаються у вимірювальний блок 3, де відбувається їх підсилення та візуалізація на графічному дисплеї динаміки проходження та відбивання ультразвукових хвиль від поверхонь поділу середовищ рідина - газ, а також побудова огинаючої кривої динаміки відбивання та проходження ультразвукових хвиль |4, 51.The piezo transducer converts the ultrasonic waves that hit it into electrical pulses. The latter are transmitted through the conductors 4 to the measuring unit 3, where they are amplified and visualized on a graphic display of the dynamics of the passage and reflection of ultrasonic waves from the liquid-gas separation surfaces, as well as the construction of the envelope curve of the dynamics of the reflection and passage of ultrasonic waves |4, 51.

На фіг. 4 зображено етапи побудови огинаючої кривої динаміки відбивання ультразвукових хвиль від поверхні поділу середовищ.In fig. 4 shows the stages of construction of the envelope curve of the dynamics of the reflection of ultrasonic waves from the surface of separation of media.

Побудова огинаючої кривої динаміки відбивання ультразвукових хвиль від поверхонь поділу середовищ у вимірювальному блоці відбувається у три етапи.The construction of the enveloping curve of the dynamics of the reflection of ultrasonic waves from the surfaces of separation of media in the measuring unit takes place in three stages.

Перший етап (фіг. 4, а) полягає у побудові власне кривої динаміки відбивання ультразвукових хвиль від поверхонь поділу середовищ. На цій кривій будуть присутні імпульси багаторазових відбивань в стіни; трубопроводу 13, які мають як додатне, так і від'ємне значення, через що значно ускладнюється фіксування часу Т.The first stage (Fig. 4, a) consists in constructing the actual curve of the dynamics of the reflection of ultrasonic waves from the surfaces of separation of media. On this curve there will be pulses of multiple reflections in the walls; pipeline 13, which have both positive and negative values, which makes it much more difficult to fix the time T.

На другому етапі (фіг. 4, б) нижня (від'ємна) частина півхвиль багаторазових відбивань в стінці трубопроводу (на фіг. 2, б зображені тонкою лінією) будується симетрично відносно осіAt the second stage (Fig. 4, b), the lower (negative) part of the half-waves of multiple reflections in the pipeline wall (in Fig. 2, b are depicted by a thin line) is built symmetrically relative to the axis

ОХ.OH.

Огинаюча кривої динаміки відбивання ультразвукових хвиль від поверхонь поділу середовищ будується на третьому етапі (фіг. 4, в) по максимумах півхвиль динаміки відбивання ультразвукових хвиль від поверхонь поділу середовищ.The envelope of the curve of the dynamics of the reflection of ultrasonic waves from the surfaces of separation of media is constructed at the third stage (Fig. 4, c) according to the maxima of the half-waves of the dynamics of the reflection of ultrasonic waves from the surfaces of separation of media.

В той же час вимірювальний блок проводить вимірювання значення температури рідини в газопроводі за допомогою датчика температури, розміщеного в акустичному блоці.At the same time, the measuring unit measures the temperature of the liquid in the gas pipeline using a temperature sensor located in the acoustic unit.

Рівень рідини, яка знаходиться в газопроводі, буде рівний половині добутку коефіцієнта залежності швидкості поширення ультразвукових хвиль в рідині від її температури, температури рідини, швидкості поширення ультразвукових хвиль в рідині за нормальних умов та часу Т, який рівний часу проходження ультразвукових хвиль від п'єзоелектричного перетворювача до границі поділу рідина - газ та в зворотному напрямку і вимірюється вимірювальним блоком після побудови огинаючої кривої динаміки відбивання ультразвукових хвиль від поверхонь поділу середовищ (фіг. 4, в).The level of the liquid in the gas pipeline will be equal to half the product of the coefficient of dependence of the speed of propagation of ultrasonic waves in the liquid on its temperature, the temperature of the liquid, the speed of propagation of ultrasonic waves in the liquid under normal conditions and time T, which is equal to the time of passage of ultrasonic waves from the piezoelectric of the transducer to the boundary of the liquid-gas separation and in the opposite direction and is measured by the measuring unit after constructing the enveloping curve of the dynamics of the reflection of ultrasonic waves from the separation surfaces of the media (Fig. 4, c).

Коефіцієнт залежності швидкості поширення ультразвукових хвиль в рідині від її температури та значення швидкості поширення ультразвукових хвиль в рідині за нормальних умов вибираються з довідникових даних |б|.The coefficient of dependence of the speed of propagation of ultrasonic waves in a liquid on its temperature and the value of the speed of propagation of ultrasonic waves in a liquid under normal conditions are selected from reference data |b|.

Джерела інформації: 1. Патент Російської федерації Мо ВО 2383869 МПК а 01 Е 23/28. 2. Патент Російської федерації Мо ВО 2184352 МПК С 01 Е 23/28. 3. Патент Сполучених Штатів Америки Мо 5319972 С 01Е 23/00. 4. Карпаш О.М. Разработка системьї оценки уровня жидкости в полостях действующих газопроводов. И.В. Рибицкий, А.В. Яворский, М.О. Карпаш, Р.Ю. Банахевич //Газовая промьішленность. Трубопроводньій транспорт. Приложение "Диагностика обьектов газотранспортной системь!і. -Издательство "Газоил прес", "Газовая промьішленность" -2011. -С. 13-15. ІБ5М 0016-5581. 5. Банахевич Р.Ю. Система мониторинга уровня жидкости в полости газопроводов / Р.Ю.Sources of information: 1. Patent of the Russian Federation Mo VO 2383869 IPC a 01 E 23/28. 2. Patent of the Russian Federation Mo VO 2184352 IPC C 01 E 23/28. 3. Patent of the United States of America Mo 5319972 C 01E 23/00. 4. Karpash O.M. Development of a system assessment of liquid level in cavities of operating gas pipelines. I.V. Rybytskyi, A.V. Yavorskyi, M.O. Karpash, R.Yu. Banakhevich // Gas industry. Pipeline transport. Appendix "Diagnostics of objects of gas transport systems". - Publishing house "Gazoil Press", "Gas Industry" - 2011. - P. 13-15. IB5M 0016-5581. 5. Banakhevich R.Yu. Liquid level monitoring system in gas pipeline cavities / R.Yu.

Банахевич, О.М. Карпаш, И.В. Рибицкий, А.В. Яворский //Материаль! МІЇ международной научно-технической конференции "Надежность и безопасность магистрального трубопроводного транспорта" (22-25 ноября 2011 г.). -Новополоцк: ПТУ. -2011. -С. 133-134. б. Неразрушающий контроль и диагностика: справочник / (Клюєв В.В., Соснин Ф.Р., ФилиновBanakhevich, O.M. Karpash, I.V. Rybytskyi, A.V. Yavorsky //Material! MY international scientific and technical conference "Reliability and safety of main pipeline transport" (November 22-25, 2011). - Novopolotsk: PTU. -2011. -WITH. 133-134. b. Non-destructive control and diagnostics: reference book / (Klyuyev V.V., Sosnyn F.R., Filinov

В.Н. и др.їЇ; под ред. В.В. Клюева. - М.: Машиностроение, 1995. - 448 с.V.N. and others; under the editorship V.V. Klyueva. - M.: Mashinostroenie, 1995. - 448 p.

Claims (2)

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ Пристрій для вимірювання рівня рідини в порожнині газопроводу, що складається з ультразвукового п'єзоелектричного перетворювача та вимірювального блока, який відрізняється тим, що оснащений акустичним блоком, встановленим на газопроводі з ущільненням гумовою манжетою, в корпусі якого з можливістю контакту з поверхнею газопроводу встановлені датчик температури та ультразвуковий п'єзоелектричний перетворювач, який притиснутий до поверхні газопроводу пружиною та має у місці контакту увігнуту акустичну призму, при цьому вимірювальний блок розміщений над поверхнею землі, з'єднаний з акустичним блоком через з'єднувач, що вмонтований в колонку електрохімічного захисту, та містить модуль, в основу роботи якого покладено алгоритм визначення рівня рідини за максимумами побудованої огинаючої кривої динаміки проходження ультразвукових хвиль та дійсним значенням температури рідини.FORMULA OF THE INVENTION A device for measuring the liquid level in the cavity of a gas pipeline, consisting of an ultrasonic piezoelectric transducer and a measuring unit, which is characterized by the fact that it is equipped with an acoustic unit installed on the gas pipeline with a rubber sleeve seal, in the body of which, with the possibility of contact with the surface of the gas pipeline, there are installed a temperature sensor and an ultrasonic piezoelectric transducer, which is pressed against the surface of the gas pipeline by a spring and has a concave acoustic prism at the point of contact, while the measuring unit is placed above the surface of the earth, connected to the acoustic unit through a connector mounted in the column of electrochemical protection , and contains a module whose work is based on the algorithm for determining the liquid level based on the maxima of the constructed envelope curve of the dynamics of the passage of ultrasonic waves and the actual value of the liquid temperature. І о Й Ї й ! ку сі щAnd oh, and, and! ku si sh Фіг. 1 Схена пристрою для визначення рівня рідини у порожнині газопроводу 7 МН Л ва ра / о Ше ЗМ Ярнбвагойочо бою як сво: Й Ше РА и ча с нн с Мт Ї Ши а о ННЯFig. 1 Screen of the device for determining the liquid level in the cavity of the gas pipeline КО. Мийні и ль і о й Ша ши - ши ав ав Й о Й ес А ОСИ зе : рак : 1. АХ ю и,KO. Myni i l i o y Sha shi - shi av av Y o Y es A OSY ze : rak : 1. AH yu y, Фіг. Fig. 2 Схенатична будова акустичного блоку2 Schematic structure of the acoustic block КА / / ко ї й пйпнкйь, й КК і й ни жд є. Би КО т Ка р нь Шк, Ал І м ра й з, у ра : - ри Ки я г 7 й кю їх й р щ- і | в о й у І; і хх р - в . я І 3 і уй й т я а й й й М й І Ка р рак в і й і у І «З шо ша І : й М р : К У й м і яки ра Й з ве я Те ра б бо я жа й ; ЖЖ уджа Уушк Шо Є ден ши Пен 76 ие і Е Пр ійKA / / koi and pypnky, and KK and and ni zhd is. By KO t Kar r n Shk, Al I m ra y z, u ra : - ry Ky y g 7 y ky y y r sh- i | in o and in I; and xx year - in . I I 3 i ui y t ia a y y y M y I Kar r rak v i y i y I "Z sho sha I : y M r : K U y m i yak ra Y z ve y Te ra b bo i yes and ЖЖ uja Uushk Sho Ye den shi Pen 76 ie and E Pr iy Фіг. З Схематична будова ультразвукового п'єзоелектричного перетворювача (в)Fig. C Schematic structure of an ultrasonic piezoelectric transducer (c) А ї І ї ІН ! Ще ши НН А Ко б А А Деяк НН НЕ Ме Її | З ЩЕ дмA y I y IN ! Still shi NN A Ko b A A Some NN NE Me Her | With MORE dm Де. Ше ЕВІЕУНАЕНЕНІ БИ ВИНЕН ЕЕ 0 уWhere. She EVIEUNAENENI WOULD BE GUILTY EE 0 y Ж. Синя сно 2 -о н зн яжжхххя. жкZ. Snya sno 2 -o n zn yazhzhhhhya. residential area «и. ! в"and ! in Фіг. 4 Етапи побудови огинаючої кривої динаміки відбивання ультразвукових хвильFig. 4 Stages of construction of the envelope curve of the dynamics of the reflection of ultrasonic waves
UAA201309982A 2013-08-12 2013-08-12 DEVICE FOR MEASURING LIQUID level IN gas PIPELINE cavity UA106840C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UAA201309982A UA106840C2 (en) 2013-08-12 2013-08-12 DEVICE FOR MEASURING LIQUID level IN gas PIPELINE cavity

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UAA201309982A UA106840C2 (en) 2013-08-12 2013-08-12 DEVICE FOR MEASURING LIQUID level IN gas PIPELINE cavity

Publications (1)

Publication Number Publication Date
UA106840C2 true UA106840C2 (en) 2014-10-10

Family

ID=56277352

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
UAA201309982A UA106840C2 (en) 2013-08-12 2013-08-12 DEVICE FOR MEASURING LIQUID level IN gas PIPELINE cavity

Country Status (1)

Country Link
UA (1) UA106840C2 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106441507B (en) The system and method for non-intruding and continuous level gauging are carried out in hydrostatic column
US10281315B2 (en) System and method for measuring a speed of sound in a liquid or gaseous medium
EP3457127A1 (en) Reflection wave sensor and detection method
US8360635B2 (en) System and method for using one or more thermal sensor probes for flow analysis, flow assurance and pipe condition monitoring of a pipeline for flowing hydrocarbons
CA2949040C (en) An apparatus and method for measuring the pressure inside a pipe or container
US7673525B2 (en) Sensor system for pipe and flow condition monitoring of a pipeline configured for flowing hydrocarbon mixtures
EP3115753A1 (en) System and method for non-intrusive and continuous level measurement of a liquid specification
RU2607826C2 (en) Downhole tool for determining flow velocity
EP3118656A1 (en) A downhole ultrasonic transducer, downhole probe and tool comprising such a transducer
US8371179B2 (en) Measurement arrangement
CN108955787B (en) Measuring device
WO2012151082A1 (en) Apparatus for non-invasive measurement of properties of a fluid flowing in a tubing having a small inner diameter passage
US7802470B2 (en) Ultrasonic liquid level detector
NO326024B1 (en) Ultrasound gjennomstromningsmaleinnretning
RU2580907C1 (en) Ultrasonic waveguide level meter for liquid
US8726739B2 (en) Torsional sensor including a high-pressure sealing mechanism and system for measurement of fluid parameters
US3204457A (en) Ultrasonic flowmeter
UA106840C2 (en) DEVICE FOR MEASURING LIQUID level IN gas PIPELINE cavity
Ayob et al. Design Consideration for Front-End System in Ultrasonic Tomography
CN104501909A (en) Liquid level measuring device and measuring method for small measuring range based on supersonic
US4739663A (en) Acoustically monitored manometer
SU620828A1 (en) Ultrasonic level indicator
EP3066498A1 (en) Time of flight through mud
RU2592045C1 (en) Ultrasonic waveguide liquid level indicator
GB2472237A (en) Ultrasonic Non-Penetration Level Measurement