[**]

Способ определения уровня/высоты одной или более границ раздела h ₁ -h _x между двумя или более фазами жидкостей различной плотности, которые содержатся в контейнере, резервуаре (1) и подобной емкости. Положение различных границ раздела фаз в резервуаре (1) осуществляется посредством измерения давления по высоте резервуара и, таким образом, косвенного определения плотности жидкости в резервуаре с применением измерительного стержня (2) давления с датчиками (3) давления, который размещен в резервуаре (1) и проходит по его высоте. Для определения границ раздела используются математическая модель или алгоритм, с помощью которых рассчитывается изменение плотности с изменением высоты резервуара и, следовательно, давления, которые зависят от свойств соответствующих жидкостей в резервуаре, при этом плотности фаз в отдельных слоях соответствующей жидкости считаются одинаковыми и границы раздела фаз определяются, как соответствующий уровень, при переходе через который меняется плотность.

(57) Реферат / Формула:

Способ определения уровня/высоты одной или более границ раздела h ₁ -h _x между двумя или более фазами жидкостей различной плотности, которые содержатся в контейнере, резервуаре (1) и подобной емкости. Положение различных границ раздела фаз в резервуаре (1) осуществляется посредством измерения давления по высоте резервуара и, таким образом, косвенного определения плотности жидкости в резервуаре с применением измерительного стержня (2) давления с датчиками (3) давления, который размещен в резервуаре (1) и проходит по его высоте. Для определения границ раздела используются математическая модель или алгоритм, с помощью которых рассчитывается изменение плотности с изменением высоты резервуара и, следовательно, давления, которые зависят от свойств соответствующих жидкостей в резервуаре, при этом плотности фаз в отдельных слоях соответствующей жидкости считаются одинаковыми и границы раздела фаз определяются, как соответствующий уровень, при переходе через который меняется плотность.

---

(19)
Евразийское
патентное
ведомство
(21) 201070760 (13) A1
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОЙ ЗАЯВКЕ
(43) Дата публикации заявки: (51) Int. Cl. G01F23/14 (2006.01)
2011.02.28 G01N 9/26 (2006.01)
(22) Дата подачи заявки:
2008.12.17
(54) СПОСОБ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ДВУХ И БОЛЕЕ ФАЗ ЖИДКОСТИ
(31) 20076551
(32) 2007.12.19
(33) NO
(86) PCT/NO2008/000458
(87) WO 2009/078734 2009.06.25
(71) Заявитель: СТАТОЙЛ АСА (NO)
(72) Изобретатель:
Альстад Видар, Осхейм Роберт, Фьялестад Кьетил, Фаллет Трулс (NO)
(74) Представитель:
Медведев В.Н. (RU) (57) Способ определения уровня/высоты одной или более границ раздела h1-hx между двумя или более фазами жидкостей различной плотности, которые содержатся в контейнере, резервуаре (1) и подобной емкости. Положение различных границ раздела фаз в резервуаре (1) осуществляется посредством измерения давления по высоте резервуара и, таким образом, косвенного определения плотности жидкости в резервуаре с применением измерительного стержня (2) давления с датчиками (3) давления, который размещен в резервуаре (1) и проходит по его высоте. Для определения границ раздела используются математическая модель или алгоритм, с помощью которых рассчитывается изменение плотности с изменением высоты резервуара и, следовательно, давления, которые зависят от свойств соответствующих жидкостей в резервуаре, при этом плотности фаз в отдельных слоях соответствующей жидкости считаются одинаковыми и границы раздела фаз определяются, как соответствующий уровень, при переходе через который меняется плотность.
2420-169381ЕА/071 СПОСОБ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ДВУХ И БОЛЕЕ ФАЗ ЖИДКОСТИ
Настоящее изобретение относится к способу и оборудованию для определения уровня/высоты одной или более границ раздела двух или более фаз жидкостей разной плотности, которые содержатся в резервуаре.
На нефтеперерабатывающих заводах, независимо от того, ведется ли добыча нефти под водой, на шельфе или берегу, процесс разделения является важным, при этом происходит разделение воды, нефти и газа, добываемых из скважин нефтяных месторождений. Для получения на выходе сепаратора требуемого качества различных фаз жидкости важно на протяжении всего процесса точно знать, где в разделительном контейнере находятся границы раздела между всеми фазами. Также важно знать уровень отдельных жидкостей для предотвращения переполнения или опустошения резервуара. Неточные измерения уровня могут привести к значительным производственным потерям и снижению качества продукта. Это также может вызвать нежелательный выброс загрязняющих веществ в окружающую среду.
Опыт работы на нескольких месторождениях газа и нефти показывает, что существует потребность в улучшении способов и оборудования для определения различных уровней в разделительном резервуаре. Более точное определение границ раздела приведет к повышению производительности и долговечности многих предприятий.
Определение границы раздела двух фаз, например, нефти и воды, основано на том, что фазы имеют различные физические свойства. Различные приборы позволяют установить, где имеют место изменения этих свойств, и, таким образом, определить границу раздела фаз.
Это сложно осуществить на практике, а серийные измерительные приборы не имеют желаемых надежности и точности. Эта проблема наиболее существенна для нефтяной промышленности и для случаев, когда необходимо выполнять разделение в эмульсиях типа "вода в нефти", имеющих плавный переход между фазами.
Кроме того, такие приборы требуют большого пространства и необходимости градуировки на широком диапазоне. В дополнение следует отметить, что лучшие современные приборы используют радиоактивные источники, которые требуют специального технического обслуживания.
Обзор наиболее общих методов измерений приведен в статье Bukhari S.F.A и Yang W., "Многофазные датчики уровня и новые тенденции в мониторинге и контроле нефтяных сепараторов", Sensors 2006, 6, страницы 380-389. Существующие способы определения уровня (границы раздела фаз) основаны на определении положения, где происходят изменения свойств измеряемых сред. Для существующих средств измерения (с ссылкой на сведения из Тгасегсо) информация, получаемая с двух чувствительных элементов, используется для определения границы раздела фаз. Эти элементы будут отличаться в зависимости от положения границы раздела.
В патенте Великобритании 2236688 описан способ, в котором для контроля уровня в сепараторе используется стержень с двумя или тремя датчиками давления. Для применения данного способа необходимо до начала эксплуатации оборудования провести градуировку на широком диапазоне. Для выполнения градуировки необходимо знать плотность различных фаз. Данный способ целиком зависит от точности измерений отдельного датчика и основан на предположении, что плотность внутри фаз не меняется. Инерционность средства измерения (возникающая с течением времени) или изменение плотности приведет к погрешности измерения уровня.
Цель настоящего изобретения заключалась в создании более точных, чем упомянутые выше, способа и оборудования для обнаружения уровня (границы раздела) двух или более фаз, содержащихся в контейнере.
В соответствие с изобретением данный способ отличается признаками, изложенными в независимом пункте 1 прилагаемой формулы изобретения.
Кроме того, оборудование отличается признаками, изложенными в независимом пункте 5 прилагаемой формулы
изобретения.
В зависимых пунктах 2-4 и 6-10 формулы изобретения представлены предпочтительные признаки данного изобретения.
Данное изобретение более подробно описано ниже на примере со ссылками на фигуры, на которых изображено следующее:
фиг. 1 изображает сепаратор с измерительным стержнем давления, с датчиками согласно изобретению, и представленную справа соответствующую эпюру давления;
фиг.2 изображает поперечное сечение резервуара, содержащего три фазы, где разность давлений (х) и абсолютное давление (у) изменяются с изменением высоты, h, сепаратора;
фиг.3-5 изображают варианты конструкции измерительного стержня давления и его положения в резервуаре или на стенке резервуара;
фиг. 6 изображает модифицированный измерительный стержень для измерения дифференциального давления между измеряемой и эталонной средами;
фиг. 7 изображает эпюру давления с результатами измерений абсолютного давления (на поверхности) и эталонного давления (на дне) ;
фиг. 8 изображает взаимосвязь между абсолютным давлением, эталонным давлением и дифференциальным давления.
Понятие "относительно одинаковая плотность", которое используется в данном документе, относится к плотности жидкости, если ее значение при измерении в нескольких точках, распределенных по высоте слоя жидкости, не меняется, при этом градиенты концентраций по отношению к другой(-им) жидкости(~ ям), находящейся(-имея) в резервуаре, не учитываются.
Изобретатели обнаружили, что положение различных фаз в резервуаре может быть определено с большей точностью, если измерять давление по высоте резервуара и, таким образом, косвенно определять плотность жидкости в резервуаре. Это положение в совокупности с математической моделью, показывающей, как плотность и, следовательно, давление (которые зависят от свойств жидкости) меняются в зависимости от высоты
резервуара, позволяет обнаружить границы раздела разных фаз путем минимизации разницы между давлением, оцененным по модели, и измеренным давлением. В этом способе в соответствии с изобретением используется большее количество информации (несколько точек измерения), чем минимально необходимо для определения положения границ раздела фаз. Это позволяет снизить субъективную и другие составляющие погрешности способа и отличает его от ранее известных способов.
Как показано на фиг.1, суть данного способа состоит в том, что опора, в качестве которой использован стержень 2 измерения давления, содержащий датчики 3 давления, установлен вертикально и проходит по высоте резервуара 1 (корпуса сепаратора), в котором должна быть определено положение границы раздела фаз. На данной фигуре показана система с газом, нефтью и водой, но этот принцип применим для всех резервуаров, содержащих две или более фаз разной плотности. Стержень 2 содержит много небольших датчиков давления, распределенных по его длине, например, на расстоянии 1 см друг от друга. Распределение датчиков может быть равномерным, но не ограничено этим. Стержень 2 должен быть установлен так, чтобы в каждой фазе жидкости располагалось по несколько датчиков (что позволит, таким образом, измерить уровень и плотность) и расстояние между ними было известно. Следовательно, необязательно, чтобы стержень измерения давления проходил по всей высоте резервуара.
Данный способ в соответствии с изобретением можно также применять для определения положения границ раздела фаз, когда в основу измерения положен принцип не связанный с измерением давления. Принципы измерения, по которым напрямую или косвенно определяют одно или более характерных свойств жидкости могут быть также использованы для обнаружения границы раздела фаз жидкостей. Примерами таких принципов измерения являются радиоактивные источники/приемники, а также принципы, основанные на измерении температуры, емкости, сопротивления, давления или комбинации этих принципов измерения.
Для определения границы раздела фаз применяются все или некоторые из используемых датчиков давления. В соответствии с
алгоритмом, описанным ниже, по всей длине стержня осуществляют поиск областей с одинаковой плотностью, когда же плотность меняется, это значит, что граница раздела фаз обнаружена. Если в сепараторе находится три фазы, задачей алгоритма является обнаружение двух границ раздела фаз. В случае, когда мы имеем дело с пеной или эмульсиями, может быть определено несколько границ раздела фаз.
При создании математической модели предполагается, что плотность каждого отдельного слоя в сепараторе является одинаковой. Это означает, что каждая граница раздела фаз находится на высоте, на которой меняется плотность. Также предполагается, что плотность каждой фазы со временем может изменяться.
Помимо определения уровней (границ раздела фаз), можно рассчитать плотности различных фаз. Это можно сделать с помощью оценки крутизны эпюры давления. Это означает, что плотность одной или более фаз можно определить, даже если плотность изменяется со временем, и, следовательно, измерительный прибор в данном случае является самокалибрующимся.
Когда между фазами плавный переход (как в случае с эмульсиями или пеной), рассчитать плотности можно по нескольким перегибам (изменениям крутизны) эпюры давления.
Для расчета уровней эмульсий необходим большое число точных приборов измерения давления. Другими словами в каждом слое эмульсии должно быть установлено несколько средств измерения давления, причем они должны быть достаточно точными для обнаружения перегибов на эпюре давления. Требования к точности снижаются, если для измерений в слоях эмульсии/пена применяется многоканальный измерительный преобразователь.
При гравитационном разделение самая тяжелая фаза опускается на дно, а самая легкая - поднимается на поверхность.
Когда необходимо определить плотность и границу раздела фаз, этим утверждением можно пренебречь, так как крутизна эпюры абсолютного давления всегда минимальна на поверхности, а при движении ко дну крутизна увеличивается, как показано на фиг.2. Это положение использовано в данном алгоритме для устранения
погрешностей, и также его можно использовать в случаях измерения дифференциального давления.
Как было отмечено выше, для обнаружения положения границы раздела фаз используется принцип косвенного определения плотности среды по давлению, измеренного по высоте сепаратора. Помимо этого используется математическая модель,
устанавливающая связь измеряемого давления с плотностью, и модель желательно применять для различения фаз.
Фиг. 2 изображает эпюру распределения абсолютного и дифференциального давлений в резервуаре с несколькими фазами различной плотности. Результат измерения разности давлений измеряемой среды и эталонной среды показан кривой х, тогда как результат измерения абсолютного давления - кривой у.
Требуется определить, при каком положении/высоте меняется плотность. Для каждого датчика давления следующий физический принцип имеет место:
PM=PigM,+Pi (1) где Pj - давление на /-том датчике,
pi - плотность среды между г'-тым датчиком и /+1-ым датчиком,
Л/г(. - расстояние между г'-тым датчиком и г+1-ым датчиком, g - ускорение свободного падения.
Из этого следует, что выражение для плотности имеет вид:
Pi=-Tr(PM-Pi) = k*Pt (2) gAh,
где Apj - разность давлений между г'-тым датчиком и /4-1-ым датчиком,
к - константа, включающая g и Ahi .
Будем считать, что pt - плотность в /-том положении, плотность можно определить из выражения:
P = fP{Ku) (3)
где р - оценка плотности р , h измеренное значение положения (высоты) в резервуаре, а /Д") ~ математическое
описание плотности, которая является функцией h и и. f {•) можно
определить с помощью уравнения (2), где pt - давление на уровне
hj . и - вектор параметров/переменных, которые нужно определить.
Обычно переменными в и являются уровни, на которых происходит переход из одной фазы в другую, и плотности каждой жидкости. Функциональная зависимость / {¦) основана на физической модели,
устанавливающей связь между уровнем и плотностью (уравнение (1)) или другими параметрами, которые нужно найти.
Функция в уравнении (3) задана в явном виде, хотя функция таких параметров также может быть неявной.
Оценка измеренного давления или разности давлений на уровне h имеет вид:
P = fp{p,h,u) (4) где //> (•) - функция, отражающая связь давления, плотности и высоты резервуара, р - оценка плотности, которую необходимо определить, а и вектор (несколько значений)
параметров/переменных, которые нужно найти. /р{) может быть определена с помощью уравнения (1). При этом в данном случае не обязательно приводить точное описание.
Влияние положения границы раздела фаз на плотность происходит в поперечном сечении, что можно наблюдать по результатам измерения давления.
В большинстве случаев осуществляются дискретные измерения давления в поперечном сечении резервуара, при этом дискретные отношения имеют вид:
P = fP(b"") (5)
P = fP(p"h"u) (6)
где "г" - точка отсчета (каждому "г" соответствует вертикальное положение г'-го датчика) . Распределение точек измерения по высоте не обязательно должно быть нормальным, но расстояние между точками измерения должно быть известно.
С помощью измерений давления, распределенных по высоте,
требуется обнаружить, где имеют место переходы между фазами. Другими словами требуется найти все положения hm'n, т.е. уровни, находящиеся между фазами "т" и "п" в резервуаре. Другие же переменные необходимы для описания связи между измеренным давлением и плотностью, которую нужно найти для различения фаз. Эти переменные содержатся в векторе и.
Эти положения не ограничены точками измерения давления (они также могут соответствовать уровню, находящемуся между точками отсчета).
С помощью математических моделей fp(-) и //> (•) значения
уровней и плотностей (т.е. и) можно вычислить, сведя к минимуму разность Р и Р, что может быть выражено как:
и - arg mm
Р-Р{и,-)\\ (7;
где Р - оцененное значение давления в выражениях (5) и
(б), а Р - измеренное значение давления, ||| - метод определения
различий между предсказанной моделью и результатами измерений. Например, можно воспользоваться методом наименьших квадратов, но данное изобретение не ограничивается только им. Другой возможный способ - использование фильтра Кальмана.
Рассмотренный принцип существенно отличается от предшествующих принципов определения границ раздела фаз тем, что для оценки границ раздела фаз и модели, применяемой в алгоритме поиска минимума разности между измеренным и оцененным свойством для обнаружения границ раздела фаз, используется больше информации, чем необходимо.
Для определения N параметров (т.е., если вектор и содержит 7Y значений) на основе уравнения (7) нужно выполнить по меньшей мере N измерений давления. На практике желательно, чтобы число измерений превышало число переменных в и, т.е. чтобы система (уравнений) была сверхопределенной, и, таким образом, можно было бы определить параметры (т.е. уровень границ раздела фаз и плотность) с большей точностью.
Пример: Необходимо найти границы раздела фаз в резервуаре,
содержащем три фазы (вода, нефть и газ). Положение, где меняется плотность, показывает, является границей раздела фаз. В связи с этим предполагается, что измерение давления проводится в поперечном сечении (например, в отдельных точках).
р - плотность (кг/м3) , Р - давление (Па) . Пусть h8'° = h
h°'w = hx являются соответственно действительными значениями уровней границ раздела фаз газ/нефть и нефть/вода, которые нужно найти. Теоретически предполагается, что плотность постоянна в каждой отдельной фазе (и по каждую сторону от границы раздела фаз фаза является чистой). Функции имеют следующий вид:
pg для h2 < h) < h+ р0 для hl реперные точки
где h и h+ нижняя и верхняя
соответственно. Оценка давления Р в точке "i=n" резервуара имеет вид:
г(/г+-/2.) для h2 PgS\
pgg(h+ -h2)+p0g{h+ -h) для hl pgg{h+-h2)+p0g(h+-hx)+pwg(h+-h) для h- (9)
где g - ускорение свободного падения.
Здесь предполагается, что эпюра распределения давления
имеет вид прямых линий (считаем, что плотность не зависит от
высоты). В общем случае можно записать:
( N \
Р = я /?0h-]TA/y max(h-/*;,0) (10) V м )
где
Р - вектор давления, измеряемого отдельным датчиком, h - вектор уровня (высоты) отдельного датчика, р0 - плотность самой тяжелой фазы
ApJ - изменение плотности при переходе через границу раздела фаз (здесь должно выполняться Apj> 0)
hJ - уровень (высота) границы раздела двух фаз (здесь
должно выполняться /V41 > hJ)
а - коэффициент перевода, учитывающий ускорение свободного падения и единицы измерения
N - число границ раздела фаз, которые необходимо найти.
Данная функция представляется в виде совокупности N+ 1 прямых линий.
Теперь необходимо найти две границы раздела фаз h2 = h8'° и hl = h°'w . Для их нахождения нужно определить плотности каждой фазы, поэтому имеем и = \_hx h2 Ар1 Ар2 р0\
Неизвестные можно найти, решив уравнение: [й1 h2 Ар] Ар2 A]=arg 2 min г ,P-P{[h' h2 Ар1 Ар2 р0})
[И1 И Ар Ар р0\
где сведение к минимуму разности между результатом измерения (Р) и оценкой (Р) выполняется изменением параметров (u = [hl h2 Ар1 Ар2 pQ\) .
Из приведенных расчетов очевидно, что для определения границ раздела фаз используется информация, распределенная по всей области измерений. Это приводит к повышению надежности и снижению погрешности измерений по сравнению с предшествующими методами определения уровня. В дополнение следует отметить, что необязательно знать плотности фаз, так как они оцениваются в данном алгоритме вместе с уровнями. В случае необходимости плотность можно определить, и тогда положения границ раздела фаз могут быть найдены отдельно.
Предполагается, что зависимость между плотностью и давлением в каждой фазе является линейной. Но метод этим не ограничивается, и, например, для нефтяной фазы (которая состоит из множества химических компонентов разной плотности) можно было бы использовать нелинейную зависимость.
Для повышения надежности метода можно ввести ограничения на допустимые растворы. Например, без таких ограничений, положение границы раздела фаз газ/нефть должно быть выше границы раздела фаз нефть/вода. Также следует отметить, что плотность в резервуаре должна возрастать сверху вниз.
Как было отмечено выше и показано на фиг.1, способ и
оборудование в соответствии с настоящим изобретением основаны на стержне 2 с датчиками 3, расположенном вертикально и проходящим по высоте резервуара 1 (корпуса сепаратора), в котором нужно определить положения границ раздела фаз. На фигуре изображена система с газом, нефтью и водой, но этот принцип может быть использован для всех резервуаров, содержащих две или более фаз различной плотности. Стержень может быть изготовлен из материала, имеющего высокие прочность и теплоустойчивость и не подверженного влиянию коррозии. По всей длине стержня расположены небольшие датчики давления, например, на расстоянии 1 см друг от друга. Распределение датчиков может быть равномерным, но не ограничено этим. Стержень должен быть установлен в положение измерения так, чтобы в каждой фазе жидкости располагалось по несколько датчиков, и расстояние между ними было известно.
На фиг.1 изображен вариант прямой опоры измерительного стержня, проходящий по вертикальной линии от дна резервуара до его верха. Такое конструкторское решение не является единственным для данного изобретения. Поэтому опора может занимать любое положение и иметь другую конструкцию, например, на фиг.З изображена опора в виде стержня, расположенного в резервуаре под наклоном, а показанная на фиг.4 опора состоит из круглого измерительного стержня, который может быть размещен, например, на стенке резервуара.
Для того чтобы сделать систему более гибкой, опору можно изготовить из отдельных частей (например, длиной в 1 метр), соединив их вместе. Различные части могут быть как прямыми, так и изогнутыми, что позволяет создать желаемую конструкцию опоры датчиков. Таким образом, опору датчиков можно закреплять с разных сторон резервуара. Опора может проходить по всей высоте резервуара или вдоль его отдельных частей. Опора имеет провод (не показан) для передачи сигнала и энергии, этот провод проходит сквозь стенку (резервуара), которая не обязательно должна прилегать к опоре датчиков. За счет этого средство измерения становится гибким, как с точки зрения конструкции, так и с точки зрения расположения. Если возникает
необходимость, в сепараторе можно установить несколько отдельных держателей, и провода со всех держателей могут проходить сквозь одну и тот же стенку.
Используемые датчики и измерительный стержень должны быть устойчивы к давлению и температуре измеряемой среды. Давление измеряемой среды может достигать по меньшей мере 100 бар, а если датчики используются для измерений под водой, они должны выдерживать давление до примерно 2-400 бар. В то же время датчики должны оставаться работоспособными при температурах, достигающих по меньшей мере 2 00°С. С другой стороны, датчики должны обеспечивать точность измерения порядка 100 Па (т.е. 0,01 мбар), но также можно применять менее точные датчики, а требуемую точность в этом случае должен обеспечить метод нахождения уровней.
Для определения границы раздела фаз/уровня с высокой точностью, к средствам измерения, используемым для определения уровня, предъявляются высокие точностные требования. Для случаев (процессов), когда давление высоко, сложно подобрать датчики давления требуемой точности. Эту проблему можно решить, применяя вместо измерителей абсолютного давления, изображенных на фиг.1, средства измерения дифференциального давления между средой в резервуаре и эталонной средой (например, кремнийорганическое масло), показанных на фиг.б. Это позволит получить в вертикальную эпюру распределения дифференциального давления в резервуаре (или сепараторе), что послужит основой для определения границ раздела фаз.
В соответствии с изобретением оборудование,
модифицированное для измерения разности давлений, включает три следующие основные составляющие:
1. Опора с закрепленными на нем датчиками измерения дифференциального давления, причем их количество и положение выбираются так, что два или более датчиков находятся в каждой фазе (если плотность неизвестна), а общее число датчиков превышает число определяемых параметров, которые нужно определить.
2. Параллельная опора, по длине которой размещена
эталонная жидкость с постоянной плотностью. Например, в качестве опоры может использоваться камера, наполненная эталонной жидкостью известной плотности, в которой находится опора с размещенными по ее высоте датчиками дифференциального давления. Эталонная среда может быть размещена по высоте опоры секциями, но при этом ее давление и давление измеряемой среды должны быть уравновешены равновесии.
Для достижения более высокой точности измерения давления, определяется не абсолютное давление, а разность давлений между эталонной и измеряемой средами.
3. Математическая модель или алгоритм для определения границ раздела фаз (и плотностей) с помощью эпюры давления.
Фиг.6 изображает модифицированный вариант изобретения, где в качестве примера использован стержень 4 измерения дифференциального давления с установленными по длине стержня датчиками 5 дифференциального давления. Стержень 4 имеет в продольном направлении канал 6, заполненный эталонной жидкостью и датчики, расположенные на стенке стержня, позволяют измерить разность давлений между измеряемой средой (например, нефть, вода, газ) снаружи и эталонной жидкостью. Мембрана выравнивания давлений эталонной жидкости и измеряемой среды снаружи расположена в высшей точке стержня (не показана).
В верхней части фиг.7 изображена эпюра распределения давления, полученная при использовании датчиков абсолютного давления, а в нижней - график распределения дифференциального давления. Модифицированный принцип измерения давления, как видно из фигур, позволяет получить более точные результаты измерения давления и более четко определять границы слоев.
В верхней части фигуры отчетливо видна граница раздела (нефть/газ), но сложно разлить другую границу (вода/нефть), где перегибы на графике не так значительны. Оба слоя более четко видны на нижней фигуре, где представлен график распределения дифференциального давления. В обоих случаях применяется один и тот же математический алгоритм.
Фиг. 8 изображает взаимосвязь между результатами измерения абсолютного давления, эталонного давления и дифференциального
давления.
Плотности различных фаз также можно рассчитать в обоих случаях. Расчет выполняется по крутизне эпюры давления или на основании разности крутизны эпюры измеренного дифференциального давления и известной плотности эталонной среды в стержне.
В случае если между некоторыми фазами плавный переход (например, в случае наличия эмульсии и пены), проще использовать датчик дифференциального давления, как описано при рассмотрении фиг.б.
Данное изобретение в соответствии с формулой не ограничивается примерами, приведенными выше. Поэтому подобный способ можно применять не только при измерении давления (а, например, плотности), когда число измерений превышает число переменных. Когда связь между неизвестными и результатами измерения найдена, система становится свехопределенной, что повышает надежность и точность метода измерения.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ определения уровня/высоты по меньшей мере одной границы раздела hx-hx между по меньшей мере двумя фазами
жидкостей различной плотности, содержащихся в контейнере, резервуаре (1) и/или подобной емкости, отличающийся тем, что
определение положения (уровня) разных границ раздела фаз в резервуаре (1) осуществляется путем измерения давления и, таким образом, косвенного определения плотности жидкости в резервуаре по его высоте использованием измерительного стержня (2, 4) давления с датчиками (3, 5) давления, который размещается в резервуаре (1) и проходит по его высоте, при этом для определения границ раздела используются математическая модель или алгоритм, с помощью которых рассчитывается, как с изменением высоты резервуара меняются плотность и, следовательно, давление в зависимости от свойств соответствующих жидкостей в резервуаре и на основе того, что плотности фаз в отдельных слоях соответствующей жидкости считаются одинаковыми, и граница раздела фаз определяется, как соответствующий уровень, при переходе через который из одного слоя резервуара в другой меняется плотность.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что соответствующие границы раздела hl-hx фаз определяют, используя алгоритм
посредством минимизации разности Р и Р, которое выражается как:
u = arg min Р - P(u,-) II
где в алгоритме и - вектор определяемых переменных, таких как границы раздела фаз и плотности, Р - вектор измеренного
давления, а Р - рассчитанное давление, зависящее от переменных вектора и .
3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что алгоритм основан на использовании метода наименьших квадратов или фильтра Кальмана.
4. Способ по п. 2, отличающийся тем, что число датчиков давления и измерений давления превышает число определяемых
переменных так, что система является сверхопреденной и, следовательно, более надежной и точной.
5. Оборудование для определения уровня/высоты по меньшей мере одной границы раздела hx-hx между по меньшей мере двумя фазами жидкостей различной плотности, содержащихся в контейнере, резервуаре (1) и подобной емкости, содержащее блок измерения/регистрации состояния в резервуаре и второй блок, необходимый для определения положения (уровня) границ раздела фаз, отличающееся тем, что оборудование способно определять положение границ раздела hx -hx различных фаз на основании
измерений давления по высоте резервуара и, таким образом, косвенного определения плотности жидкости в резервуаре с применением измерительного стержня (2) давления с датчиками (3) давления, расположенных по всей длине стержня, причем стержень способен размещаться вертикально внутри резервуара (1) и проходить по высоте резервуара, в котором определяется положение границ раздела фаз.
6. Оборудование по п. 5, отличающееся тем, что измеряемое/регистрируемое давление является разностью давлений измеряемой среды и эталонной среды, которая определяется/регистрируется измерительным стержнем (4) дифференциального давления с датчиками (5) дифференциального давления, расположенными по его длине.
7. Оборудование по п. 5 и 6, отличающееся тем, что измерительный стержень имеет в продольном направлении канал (6), заполненный эталонной жидкостью, датчики дифференциального давления расположены на стенке измерительного стержня и способны измерять разность давлений измеряемой среды, например, нефти, воды, газа и эталонной среды в канале (6), и мембрана выравнивания давлений (7) измеряемой среды и эталонной среды соединена с измерительным стержнем дифференциального давления в месте между эталонной средой и измеряемой средой снаружи.
8. Оборудование по пп.5-7, отличающееся тем, что измерительный стержень (2, 4) состоит из удлиненного корпуса и приспособлен для расположения вертикально или наклонно в
резервуаре.
9. Оборудование по пп.5-7, отличающееся тем, что
измерительный стержень соединен с по существу круглым корпусом (8), приспособленным для расположения по периметру резервуара (1) •
10. Оборудование по пп.5-7, отличающееся тем, что
измерительный стержень соединен с по существу круглым корпусом (8), приспособленным для расположения на стенке резервуара (1).
По доверенности
1/6
169381
ФИГ.1
Эпюра распределения давления в зависимости от уровня
1.1Б
2/6
3/6
ФИГ.З
ФИГ.4
ФИГ.5
4/6
ФИГ.6
5/6
ФИГ.7
Эпюра распределения давления в зависимости от уровня
Уровень[м] 1.5
Давление [бар]
Эпюра распределения дифференциального давления в зависимости от уровня
Уровень [м] 1.5
8.15
"О 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 Дифференциальное давление [бар]
6/6
ФИГ.8
Эпюра распределения давления в зависимости от уровня
8.1 8.15 Давление [бар]
8.25