Датчик вмісту кристалогідратів в рухомій газоподібній суміші

Датчик вмісту кристалогідратів в рухомій газоподібній суміші, що містить два об'ємних хвильових резонатори, генератор хитних частот, високочастотну вимірювальну ЛІНІЮ, мікроконтролерний аналізатор частотних характеристик резонаторів та кріплення до продуктопроводу, принцип виміру якого заснований на ЗМІНІ діелектричних характе ристик суміші у вимірювальному об'ємному резонаторі, що є проточним щодо даної суміші, у порівнянні з герметичним зразковим об'ємним резонатором, який відрізняється тим, що додатково установлена тисковирівнююча камера з мембраною і перепускними клапанами, СІТКОВІ роздільники у газопроточних і очисних вікнах вимірювального об'ємного хвильового резонатора, виконано термосиметричне встановлення об'ємних камеррезонаторів і розміри резонаторів обрано згідно з діапазоном максимального поглинання електромагнітних хвиль пдратуючими компонентами вологої газоподібної суміші Запропонований винахід відноситься до вимірювальних приладів і може бути використаний у газодинамічних системах, зокрема у продуктопроводах, що транспортують вологі газоподібні суміші з перехідною фазою фізичного стану для прямого вимірювання відносного об'ємного вмісту гідратів та кристалогідратів Традиційний спосіб визначення рівня пдратування компонент вологої газоподібної суміші базується на нормативних розрахунках критичних робочих тисків і температур з використанням результатів лабораторних вимірів температури «появи роси» даної суміші при нормальних умовах [1] Він широко застосовується в ХІМІЧНІЙ та нафто-газовій промисловості для непрямого визначення відносного об'ємного вмісту гідратів в повному спектрі режимних параметрів транспортування суміші по продуктопроводу [2] Недоліком традиційного способу є неможливість одержання оперативної інформації про фактичний фізичний стан компонент суміші, що рухається в зоні критичних параметрів пдратоутворення в порожнині діючого продуктопроводу, із-за складності математичного апарату врахування місцевих фізико-механічних явищ Окрім того, технологія зняття показань і лабораторних досліджень породжує неминучі похибки в результатах вимірів від перехідних процесів у моменти зняття проб і під час ручної обробки даних вимірів [3] Близьким до запропонованого за принципом дії пристроєм є конденсаторний датчик, в якому вимірювання ємності дозволяє визначити діелектричну проникливість ізолюючого прошарку між двома пластинами, що збільшується ВІДПОВІДНО ДО підвищення вологовмісту [4] Такі датчики не знайшли широкого застосування у зв'язку із складною конструкцією проточної частини, та невисокою чутливістю до незначних змін діелектричної проникливості Суттєвим недоліком конденсаторних датчиків рівня пдратування газоподібної суміші з нестабільним фазофізичним станом є високий рівень похибок за рахунок крайових ефектів на товстих діелектричних прошарках та паразитних ємностях виводів [5] Прототипом до запропонованого пристрою обрано датчик, що містить два об'ємних хвильових резонатори - газових камер з генератором хитних частот, високочастотною вимірювальною ЛІНІЄЮ, комп'ютерним аналізатором та кріпленням до продуктопроводу [10] Робота датчика базується на вимірюванні фазочастотних параметрів на фіксованій смузі частот основного резонансу обраного типу хвиль в вимірювальному об'ємному хвильовому резонаторі - газопроточній камері [6] В описуванні пристрою-прототипа підкреслюється факт необхідності його частотного та амплітудного калібрування ВІДПОВІДНО змін робочої температури та тиску, які вимірюються окремими датчиками з ВІДПОВІДНИМИ до класу точності похибками (21)2002032501 (О ю 57961 З основних недоліків прототипа також треба виділити відсутність конструктивного врахування змін фазового стану компонент суміші та залежність результатів від параметрів термостатованого зразкового об'ємного хвильового резонатора В основу винаходу поставлена задача зробити такий датчик, який за рахунок використання двох ідентичних, симетрично розміщених в порожнині діючого продуктопроводу об'ємних хвильових резонаторів - камер з тисковирівнюючою камерою, забезпечить можливість безпосереднього та безперервного технологічного контролю фактичного відносного об'ємного вмісту кристалогідратів рухливої вологої газоподібної суміші у повному спектрі режимних параметрів и транспортування Для вирішення поставленої задачі у відомому датчику, що містить два об'ємних хвильових резонатори, генератор хитних частот,високочастотну вимірювальну ЛІНІЮ, мікроконтролерний аналізатор частотних характеристик резонаторів та кріплення до продуктопроводу, принцип виміру якого заснований на ЗМІНІ діелектричних характеристик суміші у вимірювальному об'ємному резонаторі, що є проточним щодо даної суміші, у порівнянні з герметичним зразковим об'ємним резонатором додаються тисковирівнююча камера з мембраною і перепускними клапанами, СІТКОВІ роздільники у газопроточних і очисних вікнах вимірювального об'ємного хвильового резонатора, виконано термосиметричне встановлення об'ємних камеррезонаторів та розміри резонаторів згідно діапазону максимального поглинання електромагнітних хвиль пдратуючими компонентами вологої газоподібної суміші Суттєвий склад винаходу полягає у вимірі датчиком відносного об'ємного вмісту гідратоутворень в газоподібній суміші вимірювальної газопроточної камери - об'ємного хвильового резонатора шляхом порівняльного аналізу програмними засобами мікроконтролерного обчислювача результатів частотного сканування по характерних частотних смугах збудження двох конструктивно-ідентичних об'ємних хвильових резонаторів для випадків газоізольованної суміші газів та реальної газоподібної суміші порожнини діючого продуктопровода в ідентичних початкових електродинамічних і газодинамічних умовах та суттєво-різних поточних місцевих газодинамічних умовах Технічний результат, який може бути отриманий при здійснені винаходу полягає в можливості оперативного контролю фактичного відносного об'ємного вмісту кристалогідратів рухливої вологої газоподібної суміші безпосередньо в обраному МІСЦІ порожнини діючого продуктопроводу у повному спектрі режимних параметрів и транспортування Поставлена задача вирішується за рахунок наступних конструктивних рішень прототип доповнено тисковирівнюючою камерою з мембраною, передбачені клапани підключення до камери перевірочної перемички, додані проточні і очисні вікна вимірювальної камери з сітковими роздільниками, застосовано симетричне відносно поперечного розрізу продуктопроводу встановлення резонато рів, обрано розміри резонаторів для можливості збудження характерних за частотою електромагнітних хвиль, які максимально поглинаються гідратами На фіг приведена конструкція датчика До продуктопроводу 1 установлюється фланець 2 болтами кріплення 3, на якому приварені тисковирівнююча камера 4 з мембраною 5 усередині і корпус 6 для розміщення електронної схеми 7 зовні продуктопроводу, яка містить високочастотну вимірювальну ЛІНІЮ з генератором хитних частот та мікроконтролерним аналізатором частотних характеристик резонаторів і підключена до контрольно-вимірювальних стояків та блоку живлення через кабель підключення 8 3 обох сторін від мембрани встановлені клапани 9 для підключення балона з сумішшю типового складу за допомогою перепускної перевірочної перемички (показано штрихпунтиром) До куполу камери кріпляться зразковий резонатор 10 і вимірювальний резонатор 11, який має впускні і випускні вікна 12 і очисне вікно 13 До електронної схеми резонатори підключаються коаксіальними або хвильовідними перехідниками 14 му Робота даного пристрою полягає в наступно Вимірювальний резонатор-камера 11 є проточним для газу та відокремленим електропровідними сітками вікон 12 та 13 для електромагнітного випромінювання У випадку виникнення на шляху потоку суміші фізичної або геометричної неоднорідності, зміни газодинамічних умов руху компонентів вологої газоподібної суміші через порожнину діючого продуктопроводу 1 призводять до відхилення сумарних електродинамічних параметрів суміші в вимірювальному резонаторі - камері 11 Причиною цього є пдратування до рідкої або твердої фази окремих компонентів, що зумовлює місцевий перерозподіл парціальних тисків і об'ємних часток компонентів суміші [7] За допомогою швидкодіючої високочастотної вимірювальної лінії і мікроконтролерного аналізатора в схемі 7 реєструється та аналізується розбіжність форм амплітудно-частотних характеристик вимірювальної 11 та зразкової 10 камер [8] Фактично, як і у прототипі вимірюється перемінна напруга на вимірювальному резонаторі, але в умовах вибіркового сканування по характерних для гідратів частотних діапазонах хвиль [9] та конструктивно-вирівняних для вказаних камер-резонаторів початкових електродинамічних та газодинамічних параметрів Використання камери 4 з мембраною 5, перепускних клапанів 9 та симетричної відносно поперечного розрізу продуктопроводу сенсорної частини, забезпечують рівні умови виміру амплітудночастотних характеристик резонаторів за тиском, температурою та основним компонентним складом з програмним урахуванням тільки фактичної різниці саме складу газу відносно зразкової камери 10 Позитивний ефект доповнення конструкції проточними та очисними вікнами 12 і 13 з сітковими роздільниками створюється збільшенням чутливості датчика за рахунок зменшення електромагнітної залежності від сторонніх електромагнітних 57961 полів в порожнині продуктопроводу 1 і електромаприродних и попутных газов - Куйбышев НИИНП гнітних витрат вимірювального об'ємного хвильоТруды, вып 2 , Нефтепромысловое дело, 1960 вого резонатора - газопроточної камери 11 328с Позитивний ефект використання сітки харак2 Бойко В С Довідник З нафтогазової справи терних частот збудження резонаторів створюється Львів, ІФДТУНГ, 1996 -620с чутливістю датчика не тільки до змін форми фазо3 Розгонюк В В Експлуатаційникові газонафтовочастотної характеристики, але і електромагнітної го комплексу - К «РОСТОК», 1998 - 432с добротності хвильового резонатора 11 Це приве4 Гольштейн Л Д Электромагнитные поля и волде до того, що на відміну від прототипу стає можны - М «Советское радио», 1971 - 662с ливим аналізувати безпосередньо на МІСЦІ виміру 5 A Jellonek, L Badian Влияние краевого эффекта характерні для змін відносної КІЛЬКОСТІ пдратоутпри измерении изоляционных материалов - Ргаре ворень зміни на амплітудно-частотній характерисPrzemyst Inst telekomun , 1953, 4, №10, 9-21 с тиці 6 Брандт А А Исследование диэлектриков на сверхвысоких частотах -М ФМ, 1963 -403с Симетричне встановлення резонаторів в порожнині продуктопроводу надасть також можли7 J A Reynolds, J М Hough Формулы для диэлеквість електросиметричного підключення вимірютрической проницаемости смесей - Ргос Phys вального та зразкового хвильового резонатора, що Soc , 1957, 70В, №452, 769-775с спільно з іншими вказаними нововведеннями вре8 Nyfors E G Cylindrical microwave resonator шті надає рівні початкові електродинамічні параsensors for measuring materials under flow метри резонаторів ReportS243, HUT, Espoo, Finland, 2000 - 186p Перелічені вище конструктивні рішення запро9 W A Gumming Диэлектрические свойства льда понованого пристрою дозволять при здійснені вии снега на волне 3,2см - Joura Appl Phys , 1952, находу отримати достатню чутливість датчика для 23, №7, 768-773с КІЛЬКІСНОГО контролю рівня пдратування компонент 10 Андрейчиков Б И , Шубладзе A M , Рафиков суміші та вчасного попередження пдрато - аварійЛ Г и Стасевич И А Способ измерения покомпоних режимів експлуатації продуктопроводу, що нентного расхода трехкомпонентного газожидкостранспортує вологу газоподібну суміш тного потока и устройство для его осуществления Патент РФ №2063615 от 10 07 96 ДЖЕРЕЛА ІНФОРМАЦІЇ 1 Пономарев Г В Условия образования гидратов ФІГ. Комп'ютерна верстка Е Гапоненко Підписано до друку 05 08 2003 Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ТОВ "Міжнародний науковий комітет", вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна