Андреев Е.Б., Ключников А.И. и др. Автоматизация технологических процессов добычи и подготовки нефти и газа

Подождите немного. Документ загружается.

Рис. 6.8. Внешний вид радарного уровнемера

Глава 7

ПОТОЧНЫЕ ВЛАГОМЕРЫ

103

• гидрофильные примеси (метанол или диэтиленгликоль, ко-

торые неотличимы от воды для многих промышленных влаго-

меров);

• гидрофобные примеси - высококипящие углеводороды или

пары компрессорного масла, которые образуют гидраты при по-

явлении конденсата воды, а также блокируют поверхность чувст-

вительных элементов влагомеров;

• примеси С0

и H2S, образующие кислоты в результате

реакции с конденсатом воды, что приводит к очаговой коррозии;

• переменный состав природного газа, который влияет на по-

казания влагомеров;

• механические примеси.

Среди приборов, используемых для анализа влагосодержания

газа на потоке, можно выделить анализаторы четырёх основных

типов, нашедших применение:

• Оптические анализаторы, измеряющие температуру конден-

сации паров воды в оптическом канале. Эти анализаторы осуще-

ствляют измерения в единицах температуры точки росы.

• Влагомеры с электролитической ячейкой на основе пятиоки-

си фосфора (Р2О5), использующие закон электролиза Фарадея

(связывающий количество электричества с массой поглощенной

пятиокисью фосфора воды). Измерение осуществляется в

абсолютных единицах.

• Влагомеры, использующие емкостные датчики на основе

плёнок А1

или Si0

. Ёмкость конденсатора, образован-

ного двумя электродами и диэлектриком Al

/Si0

, изменяет-

ся при изменении парциального давления паров воды. Результа-

ты измерения преобразуются в единицы температуры точки росы.

• Влагомеры, реализующие принцип микровесов на основе пье-

зокристалла со специальным покрытием. Вода, поглощаемая по-

рами полимерного покрытия кварцевого резонатора, изменяет его

массу, а следовательно, и его частоту. Влагомер измеряет абсо-

лютное влагосодержание.

7.2. ИЗМЕРИТЕЛЬ ТЕМПЕРАТУРЫ ТОЧКИ РОСЫ

Каждой температуре точки росы соответствует только одно

значение давления насыщенного пара. Поэтому, измеряя темпе-

ратуру точки росы при известном значении давления, можно

найти абсолютное влагосодержание.

Данный метод измерения используется в преобразователе

точки росы Конг-Прима. Прибор предназначен для измерения

температуры точки росы в природном газе или воздухе при ра-

бочем давлении и для преобразования измеренного значения в

унифицированный токовый сигнал 4...20 мА.

104

Конструктивно прибор состоит из датчика 1, корпуса 2, кры-

шек 3, 4, газоподвода 5 и блока электроники, находящегося

внутри корпуса 2 (рис. 7.1).

На рис. 7.2 приведена конструкция чувствительного элемента

влагомера газа. Он состоит из корпуса 1, измерителя 4 (в изме-

рителе 4 размещены: светодиод б, фотодиод 5 и оптическое во-

локно 8), терморезистора 7 для измерения температуры чувстви-

тельного элемента, терморезистора 2 для измерения температуры

корпуса датчика, трехкаскадного термоэлектрического холодиль-

ника на элементе Пельтье 3-

Измеритель температуры точки росы работает следующим об-

разом. Исследуемый газ омывает изогнутую часть оптоволокон-

ного световода 6 в зоне А (см. рис. 7.2). Световой поток прохо-

дит по оптоволокну от светодиода 6 к фотодиоду 5. В зоне А

световой поток частично выходит из световода, так как часть

поверхности световода спилена. Чем больше оптическая плот-

ность омывающего световод газа, тем большая часть светового

Рис. 7.1. Внешний вид измерителя температуры точки росы Конг-Прима

105

Рис. 7.2. Конструкция чувствительного элемента измерителя температуры точ-

ки росы Конг-Прима

потока выходит в зоне А, и меньше световой поток, доходящий

до фотодиода 5. Световод 8 охлаждается в зоне А с помощью

термоэлектрического холодильника 3, а его температура измеря-

ется с помощью терморезистора 7. При температуре выше точки

росы поверхность изогнутой части световода является сухой, а

его пропускающая способность - максимальной. Световод посте-

пенно охлаждают, постоянно измеряя его температуры. При ох-

лаждении световода и омывающего его газа до температуры на-

сыщения на поверхность изогнутой части световода выпадает

конденсат, имеющий ббльшую оптическую плотность, чем сухой

газ. Фотодиод 5 регистрирует уменьшение интенсивности до-

шедшего до него светового потока, что является командой реги-

страции температуры конденсации и командой для включения

нагрева световода.

При нагреве световода и омывающего его газа выше темпера-

туры насыщения конденсат с поверхности изогнутой части све-

товода испаряется и фотодиод 5 регистрирует увеличение интен-

сивности излучения, что является командой регистрации темпе-

ратуры испарения и включения охлаждения.

После описанного процесса вычисляется температура точки

росы, как среднее значение температур конденсации и испарения.

106

Технические данные

• Режим работы прибора - непрерывный, циклический.

• Диапазон измерения точки росы от минус 25 до плюс

30 °с.

• Абсолютная погрешность измерения точки росы не более

±1 °С.

• Рабочее давление исследуемого газа от 0,1 до 10,0 МПа.

• Длительность цикла измерения точки росы не более

10 мин.

Измеренное значение точки росы отображается на жидкокри-

сталлическом индикаторе (ЖКИ), встроенном в прибор.

7.3. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЛАГОСОДЕРЖАНИЯ

НЕФТИ

Методы измерения влагосодержание нефти можно разделить

на абсолютные, физические и химические.

Абсолютные методы основаны на определении количества во-

ды путём её отделения от основной массы вещества.

В химических методах используют эффект взаимодействия

воды с химическим реагентом.

Физические методы позволяют определить содержание воды

без изменения её состояния:

При использовании адсорбционного метода анализируемую

смесь разделяют в хроматографической колонке на отдельные

компоненты, которые определяют с помощью системы детекти-

рования.

Гравиметрический метод можно разделить на метод отстаива-

ния и центрифугирования. Метод отстаивания заключается в

отстаивании пробы в измерительном сосуде и последующем из-

мерении уровня раздела фаз нефть - вода. Метод центрифугиро-

вания заключается в разделении определенного объёма пробы в

измерительном стакане, расположенном по радиусу центрифуги

дном от центра.

Колометрический метод основан на изменении цвета химиче-

ских веществ в присутствии воды или изменении рН водного

раствора, в результате чего окрашивается индикатор.

Валюмометрический метод основан на измерении объёма газа,

выделяющегося при взаимодействии воды в исследуемом про-

дукте с химическими реагентами, наилучшим из которых являет-

ся гидрид кальция.

Титрометрический метод основан на определении влагосо-

держания при титровании испытуемой пробы растворами хими-

ческих реагентов.

107

7.4. ВЛАГОМЕР СЫРОЙ НЕФТИ

Оба рассмотренных метода объединены во влагомере «Аква-

сенс» (рис. 7.3).

Принцип работы влагомера комбинированный: диэлькометри-

ческий - на эмульсии «вода в нефти» и оптический - на эмуль-

сии «нефть в воде» (рис. 7.4). При малой обводнённости (вода в

нефти) электрод преобразователя, погруженный в смесь, меняет

ёмкость нагрузки генератора, вследствие чего изменяется часто-

та Р

выходного сигнала генератора в зависимости от влагосо-

держания водонефтяной смеси (кривая 2). При большой обвод-

нённости (нефть в воде) используется оптический метод, когда

изменяется оптическая плотность газонефтяной смеси от содер-

жания в ней нефти. Вода, водосолевые и кислотосодержащие

растворы имеют в рабочем спектральном диапазоне нулевую оп-

тическую плотность, в то время как нефть представляет из себя

практически непрозрачную жидкость с характерной для каждой

ио