RU223700U1 - Multiphase flow meter - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области измерения параметров потока с помощью рентгеновского излучения, а именно к устройствам для проведения рентгеновской интроскопии многофазных потоков, и может быть использована в метрологических и информационно-измерительных системах нефтегазодобывающей, нефтегазоперерабатывающей и химической промышленности. Сущность полезной модели заключается в том, что расходомер включает в себя рентгеновский аппарат с системой управления, находящийся в капсуле, препятствующей выходу рентгеновского излучения за пределы рабочего конуса излучения, рентгенопрозрачную секцию для исследования потока многофазной жидкости, блок детектирования для анализа рентгеновского излучения, прошедшего через секцию композитную с рентгенопрозрачной трубой с исследуемым многофазным потоком и преобразователей давления и температуры. Блок детектирования также имеет защиту от выхода рентгеновского излучения и вычислитель, обрабатывающий полученные с системы детектирования рентгеновского излучения данные и показания с преобразователей давления и температуры и выводящий данные на удаленный компьютер и монитор, водящий в состав установки. Все составляющие установки выполнены во взрывозащищенном исполнении или располагаются в корпусах со степенью взрывозащиты Ex d. Между корпусами для прохождения рентгеновского пучка и препятствования его выходу за пределы установки располагается рентгензащита. Технический результат: получается высокоинтегрированная модульная установка. Безопасная в части ионизирующего излучения, подлежащая установке в любую замерную установку. Отдельные модули детектирования, рентгена и обрабатывающего компьютера обеспечивают ремонтопригодность и легкость замены в условиях эксплуатации. The utility model relates to the field of measuring flow parameters using X-ray radiation, namely to devices for performing X-ray introscopy of multiphase flows, and can be used in metrological and information-measuring systems of the oil and gas production, oil and gas refining and chemical industries. The essence of the utility model is that the flow meter includes an X-ray apparatus with a control system located in a capsule that prevents X-ray radiation from escaping beyond the working cone of radiation, an X-ray transparent section for studying the flow of multiphase liquid, a detection unit for analyzing X-ray radiation passing through the section composite with a radiolucent tube with the studied multiphase flow and pressure and temperature transducers. The detection unit also has protection against x-ray radiation and a computer that processes data received from the x-ray detection system and readings from pressure and temperature transducers and outputs the data to a remote computer and monitor included in the installation. All components of the installation are explosion-proof or located in housings with explosion protection degree Ex d. X-ray protection is located between the housings to allow the X-ray beam to pass through and prevent it from leaving the installation. Technical result: a highly integrated modular installation is obtained. Safe in terms of ionizing radiation, subject to installation in any measuring installation. Separate detection, x-ray and processing computer modules ensure maintainability and ease of replacement under operating conditions.

Description

Полезная модель относится к области измерения параметров потока с помощью рентгеновского излучения, а именно к устройствам для проведения рентгеновской интроскопии многофазных потоков, и может быть использована в метрологических и информационно-измерительных системах нефтегазодобывающей, нефтегазоперерабатывающей и химической промышленности.The utility model relates to the field of measuring flow parameters using X-ray radiation, namely to devices for performing X-ray introscopy of multiphase flows, and can be used in metrological and information-measuring systems of the oil and gas production, oil and gas refining and chemical industries.

Из существующего уровня техники известно устройство и способ для определения фазовой доли жидкости, собранной в скважине, содержащий генератор рентгеновского излучения, фильтр, ячейку для отбора проб и детектор излучения. Фильтр создает спектр излучения с высокой энергетической частью и низкой энергетической частью. Отфильтрованное излучение пропускается через образец жидкости, и результирующий ослабленный сигнал излучения используется при расчете фазовых долей нефти, воды и газа в образце жидкости. В одном варианте осуществления второй эталонный детектор излучения измеряет излучение непосредственно от генератора рентгеновского излучения, и это измерение используется для нормализации результата фракции. Отношение сигнала высокой энергии к сигналу низкой энергии эталонного детектора используется при управлении входным напряжением генератора рентгеновского излучения, обеспечивая, таким образом, стабильный спектр (CA 2590568 опуб. 10.07.2016). Недостатками данного технического решения являются низкая степень защищённости в сравнении с предлагаемым устройством.From the existing state of the art, a device and method for determining the phase fraction of a liquid collected in a well is known, containing an X-ray generator, a filter, a sampling cell and a radiation detector. The filter creates a spectrum of radiation with a high energy part and a low energy part. The filtered radiation is passed through the fluid sample and the resulting attenuated radiation signal is used to calculate the phase fractions of oil, water and gas in the fluid sample. In one embodiment, a second reference radiation detector measures radiation directly from the x-ray generator, and this measurement is used to normalize the fraction result. The ratio of the high energy signal to the low energy signal of the reference detector is used to control the input voltage of the X-ray generator, thus ensuring a stable spectrum (CA 2590568 publ. 07/10/2016). The disadvantages of this technical solution are the low degree of security in comparison with the proposed device.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является расходомер, содержащий участок трубы и измерительный участок, через которые поступает смесь. Расходомер также содержит устройство измерения фракции, адаптированное для оценки репрезентативной фракции газовой фазы и/или жидкой фазы смеси, проходящей на уровне измерительного участка. Кроме того, расходомер предпочтительно содержит по меньшей мере один ультразвуковой датчик, установленный для оценки характеристики, такой как толщина пленки жидкости или ее скорость, части жидкой фазы, поступающей в виде пленки жидкости вдоль стенки участка трубы. Характеристика предпочтительно используется для коррекции расчетной репрезентативной фракции газовой фазы и/или жидкой фазы, когда газовая фаза проходит в ядре участка трубы, часть жидкой фазы частично проходит в виде пленки жидкости вдоль стенки участка трубы, а другая часть жидкой фазы частично проходит в виде капель жидкости в ядре участка трубы. Указанный расходомер реализует соответствующий способ измерения расхода. Предложенная группа изобретений позволяет определить расход двухфазовой смеси без разделения потока на отдельные фазы (RU 2542587 опуб. 20.02.2015). Недостатками данного технического решения являются низкая степень защищённости в сравнении с предлагаемым устройством.The closest to the claimed technical solution is a flow meter containing a pipe section and a measuring section through which the mixture flows. The flow meter also contains a fraction measuring device adapted to estimate a representative fraction of the gas phase and/or liquid phase of the mixture passing at the level of the measuring section. In addition, the flow meter preferably includes at least one ultrasonic sensor mounted to evaluate a characteristic, such as liquid film thickness or velocity, of a portion of the liquid phase flowing as a liquid film along the wall of the pipe section. The characteristic is preferably used to correct the calculated representative fraction of the gas phase and/or liquid phase when the gas phase passes in the core of the pipe section, part of the liquid phase partly passes as a liquid film along the wall of the pipe section, and another part of the liquid phase passes partly as liquid droplets at the core of the pipe section. The specified flow meter implements the corresponding flow measurement method. The proposed group of inventions makes it possible to determine the flow rate of a two-phase mixture without dividing the flow into separate phases (RU 2542587 publ. 02.20.2015). The disadvantages of this technical solution are the low degree of security in comparison with the proposed device.

Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является обеспечение промышленного использования расходомера без необходимости привлечения к его эксплуатации персонала группы А согласно НРБ-99/2010. А также обеспечение промышленной применяемости с соблюдением взрывозащиты, удобства монтажа и ремонтопригодности расходомера.The task to be solved by the claimed utility model is to ensure the industrial use of the flow meter without the need to involve Group A personnel in its operation in accordance with NRB-99/2010. And also ensuring industrial applicability in compliance with explosion protection, ease of installation and maintainability of the flow meter.

Данная задача решается за счет того, что расходомер включает в себя рентгеновский аппарат с системой управления, находящийся в капсуле, препятствующей выходу рентгеновского излучения за пределы рабочего конуса излучения, рентгенопрозрачную секцию для исследования потока многофазной жидкости, блок детектирования для анализа рентгеновского излучения, прошедшего через секцию композитную с рентгенопрозрачной трубой с исследуемым многофазным потоком и преобразователей давления и температуры. Блок детектирования так же имеет защиту от выхода рентгеновского излучения и вычислитель, обрабатывающий полученные с системы детектирования рентгеновского излучения данные и показания с преобразователей давления и температуры и выводящий данные на удаленный компьютер и монитор, водящий в состав установки. Все составляющие установки выполнены во взрывозащищенном исполнении или располагаются в корпусах со степенью взрывозащиты Ex d. Между корпусами для прохождения рентгеновского пучка и препятствования его выходу за пределы установки располагается рентгензащита. This problem is solved due to the fact that the flow meter includes an X-ray apparatus with a control system located in a capsule that prevents X-ray radiation from escaping beyond the working cone of radiation, an X-ray transparent section for studying the flow of multiphase liquid, a detection unit for analyzing X-ray radiation passing through the section composite with a radiolucent tube with the studied multiphase flow and pressure and temperature transducers. The detection unit also has protection against x-ray radiation and a computer that processes data received from the x-ray detection system and readings from pressure and temperature transducers and outputs the data to a remote computer and monitor included in the installation. All components of the installation are explosion-proof or located in housings with explosion protection degree Ex d. X-ray protection is located between the housings to allow the X-ray beam to pass through and prevent it from leaving the installation.

Технический результат: отдельные модули детектирования, рентгена и обрабатывающего компьютера обеспечивают ремонтопригодность и легкость замены в условия эксплуатации.Technical result: separate detection, X-ray and processing computer modules ensure maintainability and ease of replacement under operating conditions.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фиг.1 изображен общий вид расходомера с закрытыми дверьми и введены следующие обозначения: The essence of the utility model is illustrated by a drawing, where Fig. 1 shows a general view of a flow meter with closed doors and the following symbols are introduced:

1. Шкаф взрывозащищенный излучателя1. Explosion-proof emitter cabinet

2. Шкаф взрывозащищенный детектирования2. Explosion-proof detection cabinet

3. Секция композитная3. Composite section

4. Рентгензащита4. X-ray protection

5. Плита установочная5. Installation plate

6. Рама6. Frame

На фиг.2 изображен общий вид расходомера с открытыми дверьми и введены следующие обозначения: Figure 2 shows a general view of the flow meter with open doors and the following notations are introduced:

7. Модуль источника рентгеновского излучения7. X-ray source module

8. Модуль детектирования8. Detection module

9. Компьютер (вычислитель)9. Computer (calculator)

10. Стальные каналы с лабиринтным разъемным уплотнением10. Steel channels with labyrinth split seal

Устройство представляет собой два взрывозащищенных шкафа со степенью взрывозащиты Ex d (1 и 2), расположенных на плите (5). Плита используется для прецизионного взаимного монтажа источника рентгеновского излучения (7), секции композитной (3), частью которой является композитная рентгенопрозначная труба и приемник излучения (8), внутри которого расположены матрицы и спектрометры, а также материнская и переходные платы для обработки полученного сигнала. Также на плите закреплена рентгензащита (4) от рентгеновского излучения, распространяющегося в свободном пространстве между взрывозащищенными шкафами, в которых расположено оборудование. Каналы (10), выполненные с лабиринтным уплотнением, не позволяют рентгеновскому излучению выходить за пределы шкафов, образуя при этом сквозной путь «рентгеновская трубка - композитная секция - приемник излучения». Также эти каналы обеспечивают разъемное соединение для беспрепятственного изъятия модуля рентгена или модуля приемника излучения из шкафов для удобства их ремонта или замены. Конструкция модуля рентгена и модуля приемника излучения не позволяет рентгеновскому излучению покидать пределы установки. На двери устройства расположен компьютер (9) для обработки и хранения информации. В совокупности эти меры позволяют получить безопасную, простую и ремонтопригодную установку.The device consists of two explosion-proof cabinets with explosion protection degree Ex d (1 and 2), located on a plate (5). The plate is used for precision mutual installation of an X-ray source (7), a composite section (3), part of which is a composite X-ray tube and a radiation receiver (8), inside which matrices and spectrometers are located, as well as motherboard and adapter boards for processing the received signal. Also mounted on the plate is X-ray protection (4) from X-ray radiation propagating in the free space between the explosion-proof cabinets in which the equipment is located. The channels (10), made with a labyrinth seal, do not allow X-ray radiation to go beyond the cabinets, thereby forming an end-to-end path “X-ray tube - composite section - radiation receiver”. These channels also provide a detachable connection for the smooth removal of the X-ray module or radiation receiver module from the cabinets for ease of repair or replacement. The design of the X-ray module and radiation receiver module does not allow X-ray radiation to leave the installation. There is a computer (9) on the door of the device for processing and storing information. Taken together, these measures result in a safe, simple and maintainable installation.

Работает устройство следующим образом: многофазный поток просвечивается рентгеновским излучением, которое проецируется на детекторную систему, состоящую из спектрометра и рентгеновских детекторов, которые определяют объемный и массовый расход компонентов потока.The device operates as follows: a multiphase flow is illuminated by X-ray radiation, which is projected onto a detector system consisting of a spectrometer and X-ray detectors that determine the volume and mass flow rates of the flow components.

Claims (4)

1. Расходомер, безопасный в части ионизирующего излучения, содержащий два взрывозащищенных шкафа со степенью взрывозащиты Exd (1 и 2), расположенных на плите (5), используемой для прецизионного взаимного монтажа источника рентгеновского излучения (7), секции композитной (3), частью которой является композитная рентгенопрозначная труба и приемник излучения (8), внутри которого расположены матрицы и спектрометры, материнская и переходные платы для обработки полученного сигнала, а также включающей закрепленную на плите рентгензащиту (4) от рентгеновского излучения, распространяющегося в свободном пространстве между взрывозащищенными шкафами, в которых расположено оборудование, включающую каналы (10), выполненные с лабиринтным уплотнением, не позволяющие рентгеновскому излучению выходить за пределы шкафов, образуя при этом сквозной путь «рентгеновская трубка - композитная секция - приемник излучения», и обеспечивающие разъемное соединение для беспрепятственного изъятия модуля рентгена или модуля приемника излучения из шкафов для удобства их ремонта или замены, также включающий компьютер (9) для обработки и хранения информации, расположенный на двери. 1. Flow meter, safe in terms of ionizing radiation, containing two explosion-proof cabinets with explosion protection degree Exd (1 and 2), located on a plate (5) used for precision mutual installation of an X-ray source (7), a composite section (3), part which is a composite X-ray tube and a radiation receiver (8), inside of which are located matrices and spectrometers, motherboards and adapter boards for processing the received signal, and also including X-ray protection (4) mounted on the plate from X-ray radiation propagating in the free space between explosion-proof cabinets, in which equipment is located, including channels (10) made with a labyrinth seal, which do not allow x-ray radiation to go beyond the cabinets, thereby forming an end-to-end path “x-ray tube - composite section - radiation receiver”, and providing a detachable connection for the unhindered removal of the x-ray module or a radiation receiver module from cabinets for ease of repair or replacement, also including a computer (9) for processing and storing information, located on the door. 2. Расходомер по п.1, отличающийся тем, что содержит два взрывозащищенных шкафа со степенью взрывозащиты Exd (1 и 2), расположенных на плите (5) с закрепленной рентгензащитой от рентгеновского излучения.2. The flow meter according to claim 1, characterized in that it contains two explosion-proof cabinets with explosion protection degree Exd (1 and 2), located on a plate (5) with a fixed X-ray protection against X-ray radiation. 3. Расходомер по п.1, отличающийся тем, что содержит каналы (10), выполненные с лабиринтным уплотнением, не позволяющие рентгеновскому излучению выходить за пределы шкафов, образуя при этом сквозной путь «рентгеновская трубка - композитная секция - приемник излучения», и обеспечивающие разъемное соединение для беспрепятственного изъятия модуля рентгена или модуля приемника излучения из шкафов для удобства их ремонта или замены.3. The flow meter according to claim 1, characterized in that it contains channels (10) made with a labyrinth seal, which do not allow X-ray radiation to go beyond the cabinets, thereby forming an end-to-end path “X-ray tube - composite section - radiation receiver”, and providing detachable connection for easy removal of the X-ray module or radiation receiver module from cabinets for ease of repair or replacement. 4. Расходомер по п.1, отличающийся тем, что содержит компьютер (9) для обработки и хранения информации, расположенный на двери.4. Flow meter according to claim 1, characterized in that it contains a computer (9) for processing and storing information, located on the door.