DK168836B1 - Apparat og fremgangmsåde til måling af strømningsparametre for flerfaset fluidum såsom råolie - Google Patents

Description

i DK 168836 B1

Den foreliggende opfindelse angår måleapparater og fremgangsmåder til måling i almindelighed og i særdeleshed måleapparater og fremgangsmåder til måling af strømningsparametre for en råoliestrøm, som kan være flerfaset og omfatte en eller flere af gas, olie og vand.

5 Opfindelsen har til formål at anvise forbedringer i måleapparater og fremgangsmåder af denne art.

Fra US patentskrift nr. 3 635 082 kendes et apparat til måling af en strømningsparameter for en strøm af blandet fase, omfattende kun én celle af elektrisk ikke-ledende materiale til passage af en strøm af 10 blandet fase, samt en første og en anden føleindretning monteret på cellen med en forud bestemt indbyrdes afstand langs med strømmen, idet hver af føleindretningerne omfatter en første og en anden elektrode, som udgør pladerne i en kondensator, og som er indrettet til at frembringe et signal, som er et udtryk for kapaciteten af strømmen, idet den strømmer 15 imellem elektroderne, idet den første og den anden elektrode i den første føleindretning har stort set samme størrelse og udformning som den første og den anden elektrode i den anden føleindretning, idet signalbehandlingsmidler er forbundet til hver af føleindretningerne til at bestemme et mål for strømmens hastighed ud fra signalerne.

20 I dette kendte apparat anvendes der to i det væsentlige identiske, kapacitive følere placeret med indbyrdes afstand langs en fluidumstrøm, som indeholder findelte partikler, idet der nævnes kul eller jernmalm i en strøm af komprimeret luft eller ilt.

Ifølge opfindelsen tilvejebringes et apparat af den indledningsvis 25 angivne art, hvilket apparat er ejendommelig ved, at apparatet er indrettet til at måle en strømningsparameter for en strømmende råoliestrøm og omfatter en tredje og en fjerde føleindretning monteret på cellen, idet den første, anden, tredie og fjerde føleindretning ligger med indbyrdes afstande langs med strømmen, idet den tredie og den fjerde føle-30 indretning hver især omfatter en første og en anden elektrode, som danner pladerne i kondensatoren, og som er indrettet til at frembringe et signal, der er et udtryk for kapaciteten af strømmen, idet den strømmer mellem elektroderne, og hvor elektroderne i den tredie og den fjerde føleindretning er arrangeret i rumlige konfigurationer, som er indbyrdes 35 forskellige og forskellige i forhold til konfigurationen af elektroderne i den første og den anden føleindretning, og idet signalbehandlingsmidlerne er forbundet til alle føleindretningerne for at bestemme et mål for hastigheden af strømmen ud fra det første og det andet signal, og DK 168836 Bl 2 for at udlede en indikation om tilstedeværelsen og/eller den relative rummelige fordeling af i det mindste et første og et andet blandt forskellige fluider inden for den strømmende råoliestrøm ud fra det første, det tredie og det fjerde signal.

5 Ifølge opfindelsen tilvejebringes endvidere en fremgangsmåde som angivet i krav 5.

En udførelsesform ifølge opfindelsen vil nu blive beskrevet ved hjælp af eksempler og under henvisning til den ledsagende tegning, hvorpå: 10 fig. 1 viser et råoliestrømningsmåleapparat, opbygget ifølge opfindelsen, dels i længdesnit og dels i forenklet blokdiagramform, fig. 2 viser et mere detaljeret længdesnit af en del af en føle-indretning som vist i fig. 1, 15 fig. 3A, 3B og 3C viser forskellige former for kondensatorplader til de føleindretninger, som er vist i fig. 1, og fig. 4 er et forenklet blokdiagram af en føleindretning som vist i fig. 1.

20 Under henvisning til fig. 1 er en målecelle 4 fremstillet af ikke-1 edende materiale såsom et plastisk materiale konstrueret således, at den kan være en integreret del af en rørledning, som fører en råoliestrøm, som kan være flerfaset og omfatte en eller flere af gas, olie og vand. Målecellen 4 har fittings 8, 10 og 12 fastgjort til den for til - 25 slutning til en rørledning (ikke vist). Kapacitetsføleanordninger 16, 20, 26 og 35 er anbragt på målecellen 4 og frembringer henholdsvis signalerne El, E2, E3 og E4, som repræsenterer kapaciteten af råoliestrømmen, eftersom den flyder gennem målecellen 4 som forklaret i det følgende. Signalerne El til E4 føres til mikrocomputerindretningen 40.

30 Fig. 2 viser detaljer i føledelen af føleindretni ngen 16. Alle fø-leindretningerne er ens, undtagen med hensyn til arrangementet af kondensatorpladerne (elektroderne), som beskrives nærmere i det følgende. Målecellen 4 har tre perifert forløbende riller til hver af føleindret-ningerne. Elektroderne 45 og 46 er lagt i den midterste rille og er for- 35 bundet til elektronik, som skal beskrives nærmere i det følgende, men ikke er vist i fig. 2. Elektroderne 45 og 46 er yderligere adskilt fra hinanden, og der er ingen elektrisk forbindelse imellem dem. Skærmplader 50, 52, 70 og 72 er anbragt i de to andre riller. Et beskyttende, ikke- DK 168836 B1 3 ledende dække af glasfiber klæbestrimmel kan være anbragt til at holde elektroderne 45, 46 og skærmpladerne 50, 52, 70, 72 på plads og til at beskytte dem i barske omgivelser. Elektroden 45 og skærmpladerne 50 og 52 holdes ved signaljordspotentiale. Det vil sige, at signalernes El til 5 E4 amplituder har signal jord som reference. Skærmpladerne 70 og 72 holdes på det samme potentiale som elektroden 46.

Ligeledes anbragt på målecellen 4 findes monteringsblokkene 57 og 60. Monteringsblokken 57 anvendes for enden af en serie af føleindret-ninger, medens monteringsblokken 60 anvendes internt i serierne af føle-10 midlerne 16 til 26. Det bør bemærkes, at føleindretningerne 35 kun bruger monteringsblokkene 57. Formålet med monteringsblokkene 57 og 60 er at støtte afskærmning rundt om kondensatorelektroderne 45 og 46. I den anledning holdes skærmen 64 ved signaljordspotentiale og yder afskærmning, og skærmen 66 holdes ved potentialet af elektroden 46. Desuden 15 holdes en yderligere skærm 68 ved en beskyttelsesjord, såsom rørledningens jordforbindelse, for at nedsætte støjen fra rørledningen, således at den ikke påvirker målingerne.

Under henvisning til figurerne 3A, 3B og 3C er der vist de tre forskellige arrangementer af kondensatorpladerne til føleindretningerne 20 henholdsvis 16, 20 og 26.

Under henvisning til fig. 3A og 3B er kondensatorpladerne i det væsentlige ens, bortset fra, at fig. 3B afviger med 90° i forhold til fig.

3A. Fig. 3C viser konfigurationen af kondensatorpladerne i føleindret-ningen 26.

25 I dette eksempel bruger føleindretningen 35 den samme kondensatorpi adekonfiguration som føleindretningen 16, men er anbragt i en kendt afstand fra føleindretningen 16. Dette resulterer i, at signalet E4 afviger fra signalet El med en tidsfaktor, som står i forhold til råoliestrømmens hastighed.

30 Under henvisning til fig. 4 omfatter føleindretningen 16 en RC oscillatorindretning 75. Kondensatoren til RC oscillatorindretningen 75 udgøres af elektroderne 45 og 46, anbragt på målecellen 4 med råoliestrømmen flydende mellem elektroderne 45 og 46. Modstanden (ikke vist) har en kendt modstandværdi, og derfor står det signal, som frembringes 35 af RC oscillatorindretningen 75, i forhold til kapaciteten af det dielektriske medium mellem elektroderne 45 og 46. Variationer i den di-elektriske konstant af den råoliestrøm, som flyder gennem målecellen 4, resulterer i tilsvarende ændringer i frekvensen af signalet fra oscilla- 4 DK 168836 B1 torindretningen 75. Eftersom råoliestrømmen flyder imellem de forskellige kondensatorplader, vil bølger eller områder med gas, bobler af gas, mere vand, mindre vand og så fremdeles ændre kapaciteten mellem kondensatorpladerne og få signalet El til at variere i overensstemmelse her-5 med. En fasel åsesiøjfeindretning 80 er forbundet med oscillatoren 75 til at frembringe pulssignaler, hvis pulsrepetitionshastighed er repræsentativ for den affølte kapacitet.

Det skal bemærkes i et netop vist eksempel, at føleindretningen 16 og føleindretningen 35 har deres plader anbragt rumligt på samme måde, 10 men med en forudbestemt afstand imellem sig, således at strømmens hastighed nu kan bestemmes ud fra tidsforskellen mellem signalerne El og E4. Mikrocomputerindretningen 40 er af en konventionel type, som anvender en mikroprocessor med tilhørende hukommelser. I hukommelserne er lagret opslagstabeller for de forskellige kapacitetsværdier, som er for-15 bundet med forskellige fluidumfordelinger indenfor målecellen 4. Det procentvise rumfang af vand, gas og olie kan bestemmes ved at bruge op-slagstabelhukommelsen.

Måleapparatet og fremgangsmåden ifølge opfindelsen kan give kvalitative oplysninger såsom grafisk optegning af kapacitet kontra tid. Ap-20 paratet kan måle hastighed og længde af væskebølger. Apparatet kan, for ethvert tidspunkt, måle tilnærmelsesvise tværsnitsfordelinger af fluidum ved en sammenligning af signalerne El, E2 og E3, og dette fører videre til en bestemmelse af rumfangsbrøker og udfyldningsgrader. (Udfyldningsgraden betegnes inden for dette fagområde som hold-up og er defineret 25 som tværsnitsarealet af væskestrøm, divideret med tværsnitsarealet af røret). Apparatet og fremgangsmåden kan yderligere bestemme strømningsmønsteret eller strømningssystemet af en råoliestrøm ud fra de målte tværsnitsfordelinger og deres tidsforløb. Apparatet kan også måle strømningshastighederne for de enkelte fluider for visse strømningssystemer.

30

Claims (8)

1. Apparat til måling af en strømningsparameter for en strøm af blandet fase, omfattende en celle (4) af elektrisk ikke-ledende ma-5 ten ale til passage af en strøm af blandet fase, en første og en anden føleindretning (16,35) monteret på cellen med en forud bestemt indbyrdes afstand langs med strømmen, idet hver af føleindretningerne omfatter en første og en anden elektrode (45,46), som udgør pladerne i en kondensator, og som er indrettet til at frembringe et signal (E1,E4), som er et 10 udtryk for kapaciteten af strømmen, idet den strømmer imellem elektroderne, idet den første og den anden elektrode i den første føleindret- ning (16) har stort set samme størrelse og udformning som den første og den anden elektrode i den anden føleindretning (35), idet signalbehandlingsmidler (40) er forbundet til hver af føleindretningerne (16,35) til 15 at bestemme et mål for strømmens hastighed ud fra signalerne (E1,E4), KENDETEGNET ved, at apparatet er indrettet til at måle en strømningsparameter for en strømmende råoliestrøm og omfatter en tredje og en fjerde føleindretning (20,26) monteret på cellen, idet den første, anden, tredie og fjerde føleindretning (16,35,20,26) ligger med indbyrdes afstande 20 langs med strømmen, idet den tredie og den fjerde føleindretning hver især omfatter en første og en anden elektrode (45,46), som danner pladerne i kondensatoren, og som er indrettet til at frembringe et signal (E2,E3), der er et udtryk for kapaciteten af strømmen, idet den strømmer mellem elektroderne, og hvor elektroderne i den tredie og den fjerde fø-25 leindretning (20,26) er arrangeret i rumlige konfigurationer, som er indbyrdes forskellige og forskellige i forhold til konfigurationen af elektroderne i den første og den anden føleindretning (16,35), og idet signalbehandlingsmidlerne (40) er forbundet til alle føleindretningerne for at bestemme et mål for hastigheden af strømmen ud fra det første og 30 det andet signal (E1,E4), og for at udlede en indikation om tilstedeværelsen og/eller den relative rumlige fordeling af i det mindste et første og et andet blandt forskellige fluider inden for den strømmende råoliestrøm ud fra det første, det tredie og det fjerde signal (El,E2,E3).

2. Apparat ifølge krav 1, KENDETEGNET ved, at enhver af de nævnte føleindretninger (16,35,20,26) omfatter en afskærmningsindretning (64, 66. knyttet til elektroderne (45,46), en oscillator (75) forbundet til elektroderne til at frembringe et signal, hvis frekvens på et givet DK 168836 B1 6 tidspunkt er repræsentativ for kapaciteten af den del af råoliestrømmen, som passerer ved dette tidspunkt mellem nævnte første og anden elektrode (45,46), og en faselåsesløjfeindretning (80) forbundet til oscillatoren (75) til at frembringe pulssignaler, hvis pulsrepetitionshastighed er 5 repræsentativ for den afføl te kapacitet.

3. Apparat ifølge krav 1 eller 2, KENDETEGNET ved, at den første og den anden elektrode (45,46) af den tredje føleindretning (20) har i det væsentlige samme størrelse som den respektive første og anden elek-10 trode på den første og den anden føleindretning (16,35), men har en konfiguration, som er arrangeret forskudt i det væsentlige 90° i forhold til konfigurationen af den første og den anden føleindretning omkring længdeaksen af strømmen.

4. Apparat ifølge krav 1, 2 eller 3, KENDETEGNET ved, at den før ste elektrode (45) af den fjerde føleindretning (26) er større end dens anden elektrode (46).

5. Fremgangsmåde til måling af en strømningsparameter i en strøm 20 af blandet fase, omfattende føring af strømmen til at strømme igennem en celle af elektrisk ikke-ledende materiale, afføling af kapaciteten i strømmen, idet den strømmer imellem den første og den anden elektrode inden for hhv. en første og en anden føleindretning monteret i cellen med en forud fastlagt indbyrdes afstand langs med strømmen, idet den 25 første og den anden elektrode i den første føleindretning har stort set samme størrelse og konfiguration, som den første og den anden elektrode i den anden føleindretning, og tilvejebringelse af et første og et andet signal (E1,E4), som er udtryk for de respektive affølte kapaciteter, og behandlingen af det første og det andet signal til at udlede et mål for 30 strømmens hastighed, KENDETEGNET ved, at fremgangsmåden er indrettet for at måle en strømningsparameter for en strømmende råoliestrøm og omfatter afføling af strømmens kapacitet, idet den strømmer imellem den første og den anden elektrode inden for hver af hhv. en tredie og en fjerde føleindretning monteret på cellen, hvor første, anden, tredie og fjerde fø-35 leindretning ligger med indbyrdes afstande langs med strømmen, idet e-lektroderne i den tredie og den fjerde føleindretning har en rumlig fordeling, som er indbyrdes forskellig og forskellig i forhold til elektroderne i den første og den anden føleindretning, samt tilvejebringelsen 7 DK 168836 B1 af et tredie og et fjerde signal (E2,E3), som er udtryk for respektive affølte kapaciteter, idet behandlingstrinnet omfatter behandling af det første og det andet signal (El»E4) for at udlede et mål for strømmens hastighed, og behandling af det første, det tredie og det fjerde signal 5 (E1,E2,E3) for at udlede en indikation om tilstedeværelsen af og/eller den relative rumlige fordeling af i det mindste et første og et andet blandt forskellige fluider inden for den strømmende råoliestrøm.

6. Fremgangsmåde ifølge krav 5, KENDETEGNET ved, at ethvert af 10 nævnte føletrin omfatter afskærmning af elektroderne, frembringelse af et oscillatorisk signal, hvis frekvens på et tidspunkt er repræsentativ for kapaciteten af den del af råoliestrømmen, som passerer på dette tidspunkt mellem nævnte første og anden elektrode, og frembringelse af pulssignaler, hvis pulsrepetitionshastighed er repræsentativ for den af-15 følte kapacitet.

7. Fremgangsmåde ifølge krav 5 eller 6, KENDETEGNET ved, at føle-trinnet, udført ved hjælp af den tredje føleindretning, udføres ved anvendelse af en første og en anden elektrode af stort set samme størrelse 20 som den første henholdsvis den anden elektrode i den første og den anden føleindretning, men i en konfiguration, som er forskudt stort set 90° i forhold til konfigurationen af den første og den anden føleindretning omkring længdeaksen af strømmen.

8. Fremgangsmåde ifølge krav 5, 6 eller 7, KENDETEGNET ved, at føletrinnet, udført af den fjerde føleindretning, udføres ved hjælp af en første elektrode, som er større end den anden elektrode. 30 35