क्रूड ऑयल अल्ट्रासोनिक फ्लोमीटर सेंसर का डिज़ाइन

परिचय

वर्तमान में, तेल क्षेत्रों में कच्चे तेल के निष्कर्षण में आने वाली कठिन समस्याओं में से एक निकाले गए कच्चे तेल की ऑनलाइन माप है। मुख्य कारण यह है कि कच्चे तेल की संरचना बहुत जटिल है। कच्चे तेल में तेल, पानी, गैस और अन्य अशुद्धियाँ होती हैं। यह एक बहु-चरण और जटिल तरल पदार्थ है, और एकल-कुआँ कच्चा तेल रुक-रुक कर बहता है, इसलिए सामान्य अल्ट्रासोनिक प्रवाह मीटर आवश्यकताओं को पूरा नहीं कर सकते हैं। यह पेपर अल्ट्रासोनिक तरंग सहसंबंध प्रवाह गणना के आधार पर एक माप प्रणाली डिजाइन करता है, जो कच्चे तेल के गैर-संपर्क ऑनलाइन माप की समस्या को हल करता है।

अल्ट्रासोनिक फ्लोमीटर का सिद्धांत

सहसंबंध विधि द्रव प्रवाह को मापने के लिए संबंधित तकनीकों का उपयोग करती है। की माप सटीकता अल्ट्रासोनिक फ्लोमीटर ट्रांसड्यूसर का द्रव में ध्वनि की गति से कोई लेना-देना नहीं है, और माप सटीकता अधिक है। यह बहु-चरण प्रवाह और बड़े हस्तक्षेप द्रव के माप के लिए उपयुक्त है। जब पाइपलाइन में द्रव प्रवाहित होता है, यदि इसमें अन्य अशुद्धियाँ होती हैं, तो अंदर कई प्रकार की यादृच्छिक गड़बड़ी होगी, जो प्रवाह की स्थिति से संबंधित प्रवाह संकेत उत्पन्न करेगी और इसमें कुछ सांख्यिकीय विशेषताएं होंगी। सहसंबंध विधि प्रवाहमापी की संरचना में अल्ट्रासोनिक ट्रांसमिटिंग और प्राप्त करने वाले ट्रांसड्यूसर के दो सेट दिखाए गए हैं, और एल अपस्ट्रीम ट्रांसड्यूसर और डाउनस्ट्रीम ट्रांसड्यूसर के बीच की दूरी है। जब अल्ट्रासोनिक सिग्नल पाइपलाइन से गुजरता है, तो अल्ट्रासोनिक सिग्नल तरल पदार्थ में शोर से नियंत्रित होगा। मॉड्यूलेटेड अल्ट्रासोनिक सिग्नल में द्रव वेग क्षेत्र की जानकारी होती है। प्रवाह सिग्नल ए(टी) और बी(टी) को निकालने के लिए अल्ट्रासोनिक सिग्नल का विश्लेषण किया जाता है, और ए(टी) और बी(टी) पर सहसंबंध संचालन किया जाता है।

2 सिंगल-वेल क्रूड ऑयल अल्ट्रासोनिक संबंधित प्रवाह माप प्रणाली संरचना

एकल-कुआं प्रवाह माप प्रणाली मुख्य रूप से तीन भागों से बनी है: गैस-तरल पृथक्करण प्रीट्रीटमेंट, अल्ट्रासोनिक डिटेक्शन और सिग्नल प्रोसेसिंग। नीचे तीनों भागों का अलग-अलग विश्लेषण किया गया है।

2.1 गैस-तरल पृथक्करण पूर्व उपचार भाग

प्रीप्रोसेसिंग भाग की संरचना दिखाई गई है। प्रीट्रीटमेंट भाग का कार्य तरल-गैस पृथक्करण करना है (पंपिंग इकाई द्वारा पंप किए गए कच्चे तेल में तेल मिश्रण के अलावा गैस और अन्य अशुद्धियाँ होती हैं। गैस तेल माप में अधिक त्रुटि लाएगी, इसलिए माप के दौरान तेल गैस-तरल पृथक्करण किया जाना चाहिए); दूसरा रुक-रुक कर प्रवाह के दौरान पूर्ण पाइप माप की समस्या को हल करना है (पंपिंग इकाई के काम करने पर हर बार बाहर निकलने वाला कच्चा तेल बराबर नहीं होता है, और यह रुक-रुक कर बहता है, जिससे पाइपलाइन में तेल पूरा नहीं हो सकता है, या बड़ी माप त्रुटि ला सकता है)। इन कारणों से, तेल माप से पहले पूर्व-उपचार किया जाना चाहिए। पूर्व-उपचार के बाद, माप त्रुटि को कम करने के लिए गैस-तरल पृथक्करण और तेल से भरा पाइप मीटरिंग तेल पाइप से गुजरता है। कार्य सिद्धांत यह है: कच्चा तेल अवसादन टैंक के माध्यम से तेल इनलेट से तेल भंडारण टैंक में प्रवेश करता है, और तेल और गैस को तेल भंडारण टैंक में अलग किया जाता है। अलग की गई गैस गैस पाइपलाइन के माध्यम से तेल भंडारण टैंक पर वाल्व (आउटलेट वाल्व) से आउटपुट होती है। जब तेल एक निश्चित ऊंचाई तक पहुंचता है, तो फ्लोटिंग बॉल निचले वाल्व (तेल आउटलेट वाल्व) को खोलने के लिए ऊपर तैरती है, और उसी समय ऊपरी वाल्व दबाव बनाने के लिए गैस पोर्ट को अवरुद्ध कर देता है। तेल भंडारण टैंक में तेल दबाव की क्रिया के तहत मापने वाली पाइपलाइन के माध्यम से तेल आउटलेट में प्रवाहित होता है। जब तेल भंडारण टैंक एक निश्चित स्तर तक गिर जाता है, तो फ्लोटिंग बॉल निचले वाल्व को अवरुद्ध करने के लिए डूब जाती है और ऊपरी वाल्व को खोल देती है, ताकि बार-बार किया जाने वाला काम गैस-तरल पृथक्करण को पूरा कर सके।

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2.2 अल्ट्रासोनिक परीक्षण भाग

पता लगाने वाला हिस्सा मुख्य रूप से अल्ट्रासोनिक सेंसर के दो जोड़े से बना है। अल्ट्रासोनिक सेंसर का पता अल्ट्रासोनिक तरंगों की ऊर्जा संचारित और प्राप्त करके किया जाता है। ट्रांसड्यूसर का मूल (अल्ट्रासोनिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करना या विद्युत ऊर्जा को अल्ट्रासोनिक ऊर्जा में परिवर्तित करना। प्रतिवर्ती ट्रांसड्यूसर का मतलब है कि ट्रांसड्यूसर की ऊर्जा के दो रूप एक दूसरे में परिवर्तित हो जाते हैं)। सामान्य अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर में पीजोइलेक्ट्रिक क्रिस्टल वाइब्रेटर, मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव वाइब्रेटर आदि शामिल हैं। संबंधित प्रवाह माप के लिए उपयोग की जाने वाली अल्ट्रासोनिक तरंगों के आम तौर पर दो रूप होते हैं: साइन तरंग और पल्स तरंग। स्पंदित अल्ट्रासोनिक और साइन तरंग के संबंधित प्रवाहमापी प्रवाह वेग प्राप्त करने के लिए प्रवाह क्षेत्र के क्रॉस सेक्शन की वेग जानकारी को एकीकृत करते हैं। यह डिज़ाइन 200 किलोहर्ट्ज़ की केंद्र आवृत्ति के साथ एक पीजोइलेक्ट्रिक क्रिस्टल अल्ट्रासोनिक सेंसर का उपयोग करता है। खड़ी तरंगों के प्रभाव को दूर करने के लिए, अल्ट्रासोनिक एक चरण-लॉक लूप पल्स सिग्नल जनरेटर का उपयोग करता है।

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2.3 सिग्नल प्रोसेसिंग भाग

सिग्नल प्रोसेसिंग भाग मुख्य रूप से अल्ट्रासोनिक रिसीविंग ट्रांसड्यूसर से बना होता है। सिग्नल कंडीशनिंग सर्किट एक रिसीविंग ट्रांसड्यूसर, एक तीन-चरण एम्पलीफायर सर्किट, एक फिल्टर सर्किट और एक लिफाफा डिटेक्शन सर्किट से बना होता है। प्रीएम्प्लीफायर MAX410 इंस्ट्रूमेंट एम्पलीफायर मॉड्यूल से बना है, सेकेंडरी एम्पलीफायर और फाइनल एम्पलीफायर INA128 प्रिसिजन कम पावर इंस्ट्रूमेंट एम्पलीफायर से बना है; फ़िल्टर सर्किट एक बैंड पास फ़िल्टर है जो MAX275 एनालॉग इंटीग्रेटेड फ़िल्टर से बना है, केंद्र आवृत्ति 200 kHz है, एक कम-पास फ़िल्टर TL14 द्वारा बनता है, और पता लगाने के बाद सिग्नल मुख्य रूप से बाहर निकाल दिया जाता है। लिफाफा डिटेक्शन सर्किट एक पीक डिटेक्टर बनाने के लिए एक डायोड और एक कैपेसिटर से बना होता है।

दूसरा भाग मॉड्यूल से बना डेटा अधिग्रहण और प्रसंस्करण सर्किट है। का यह सर्किट अल्ट्रासोनिक जल प्रवाह सेंसर TI कंपनी की TMS320F2812DSP चिप का चयन करता है। वर्तमान प्रक्रिया नियंत्रण क्षेत्र में, यह सबसे उन्नत डीएसपी माइक्रोप्रोसेसर है। पारंपरिक सिंगल-चिप माइक्रो कंप्यूटर की तुलना में, इसमें मजबूत कार्य, समृद्ध संसाधन और कम बिजली की खपत जैसे उत्कृष्ट प्रदर्शन हैं। इसमें उत्तम प्रदर्शन और सर्वोत्तम एकीकृत परिधीय इंटरफ़ेस है। यह फ्लैश मेमोरी, हाई-स्पीड ए/डी कनवर्टर, हाई-परफॉर्मेंस कैन मॉड्यूल आदि को एकीकृत करता है।

माप के दौरान, अपस्ट्रीम और डाउनस्ट्रीम ट्रांसमीटर ट्रांसड्यूसर उच्च आवृत्ति अल्ट्रासोनिक तरंगों का उत्सर्जन करते हैं। जब अल्ट्रासोनिक तरंगें तरल पदार्थ में फैलती हैं, तो प्रवाह संकेत अल्ट्रासोनिक तरंगों को आयाम, चरण और आवृत्ति में नियंत्रित करेगा। ट्रांसड्यूसर द्वारा प्राप्त उच्च-आवृत्ति मॉड्यूलेटेड सिग्नल को प्राप्त और फ़िल्टर किया जाता है। डिमोड्यूलेशन और प्रवर्धन के बाद, प्रवाह संकेत प्राप्त किया जाता है और डेटा संग्रह के लिए ए/डी कनवर्टर को भेजा जाता है, और एकत्रित जानकारी को द्रव की प्रवाह दर प्राप्त करने के लिए संबंधित प्रसंस्करण के लिए भेजा जाता है।

3 सिस्टम प्रोग्रामिंग

सॉफ़्टवेयर सिस्टम में इनिशियलाइज़ेशन, गणना मॉड्यूल, फ़्लो डिस्प्ले, इंटरप्ट प्रोसेसिंग मॉड्यूल और अन्य भाग शामिल हैं। मुख्य प्रोग्राम फ़्लो चार्ट दिखाया गया है। मुख्य प्रोग्राम प्रारंभ होने के बाद, यह नमूना किए गए डेटा को संसाधित करने के लिए एक लूप प्रोग्राम में प्रवेश करता है, और किसी भी समय बाहरी ए/डी इंटरप्ट अनुरोधों, सीरियल संचार इंटरप्ट अनुरोधों और टाइमर इंटरप्ट अनुरोधों का जवाब देता है। यह निर्धारित करना कि प्रवाह दर प्रदर्शन समय तक पहुंच गया है या नहीं। मुख्य प्रोग्राम उपरोक्त व्यवधान अनुरोधों का जवाब देता है और डेटा संग्रह और प्रसंस्करण को पूरा करने के लिए प्रत्येक संबंधित प्रोसेसिंग प्रोग्राम को कॉल करता है।

आरंभीकरण एक ओर डीएसपी के कामकाजी माहौल को स्थापित करने के लिए है, और दूसरी ओर बाद के सिग्नल प्रोसेसिंग के लिए तैयार करने के लिए है। सिस्टम इनिशियलाइज़ेशन प्रोग्राम में आंतरिक इनिशियलाइज़ेशन शामिल है जो डीएसपी चिप सीपीयू के संचालन को प्रभावित करता है और परिधीय इनिशियलाइज़ेशन जो प्रत्येक परिधीय के काम को प्रभावित करता है, साथ ही परिधीय प्रोग्राम योग्य उपकरणों (जैसे ए / डी, डी / ए, आदि) का इनिशियलाइज़ेशन, विशेष रूप से निम्नलिखित कार्यों को शामिल करता है: घड़ी जनरेटर सेट करें, टाइमर सेट करें, स्टेटस रजिस्टर को इनिशियलाइज़ करें, इंटरप्ट खोलें, आदि।

इंटरप्ट प्रोसेसिंग मॉड्यूल में तीन इंटरप्ट शामिल हैं: टाइमर इंटरप्ट प्रोसेसिंग मॉड्यूल का उपयोग ए/डी कनवर्टर को शुरू करने और नमूना आवृत्ति को नियंत्रित करने के लिए किया जाता है, सीरियल संचार इंटरप्ट प्रोसेसिंग मॉड्यूल का उपयोग ऊपरी कंप्यूटर के साथ संचार करने के लिए किया जाता है, और ए/डी इंटरप्ट प्रोसेसिंग मॉड्यूल का उपयोग ए/डी कनवर्टर डेटा के नमूने को पढ़ने के लिए किया जाता है, और इसका फ़्लोचार्ट चित्र में दिखाया गया है।

 डिस्प्ले मॉड्यूल तात्कालिक प्रवाह मूल्य और संचयी प्रवाह मूल्य प्रदर्शित करने के लिए नियमित रूप से मीटर को ताज़ा करता है। सिस्टम प्रोसेसिंग प्रक्रिया समय अवधि निर्धारित करने के लिए होती है, टाइमर एक रुकावट उत्पन्न करता है, यह रुकावट ए/डी कनवर्टर शुरू करती है, रूपांतरण के बाद, ए/डी कनवर्टर डीएसपी से डेटा रुकावट को पढ़ने का अनुरोध करता है, और डीएसपी ए/डी कनवर्टर रुकावट अनुरोध का जवाब देता है, ए/डी इंटरप्ट प्रोसेसिंग मॉड्यूल को कॉल करता है, नमूना डेटा पढ़ता है, और इसे डेटा बफर पर भेजता है। चूंकि द्रव रुक-रुक कर बहता है, डीएसपी को अपस्ट्रीम और डाउनस्ट्रीम सिग्नल का एन-पॉइंट डेटा प्राप्त होने के बाद, यह यह निर्धारित करने के लिए डेटा पर फूरियर विश्लेषण करता है कि द्रव बह रहा है या नहीं। यदि यह प्रवाहित हो रहा है, तो नमूना किए गए डेटा पर संबंधित संचालन करने और संबंधित कार्यों को खोजने के लिए गणना कार्यक्रम को बुलाया जाता है। पारगमन समय टी निर्धारित करें, और उपकरण मापदंडों और तापमान मुआवजे के अनुसार तात्कालिक प्रवाह मूल्य और संचयी प्रवाह मूल्य प्राप्त करें, और परिणाम को प्रदर्शन उपकरण द्वारा प्रदर्शित करने के लिए डेटा भंडारण इकाई में संग्रहीत करें।

सहसंबंध प्रवाह माप में, प्रमुख मुद्दों में से एक पीतल अल्ट्रासोनिक फ्लोमीटर सेंसर सहसंबंध फ़ंक्शन की गणना विधि है, जिसके लिए बड़ी संख्या में यादृच्छिक मॉड्यूलेशन सिग्नल, सहसंबंध एकीकरण गणना और सहसंबंध फ़ंक्शन की चरम खोज के अधिग्रहण की उच्च गति और सटीक पूर्णता की आवश्यकता होती है। सहसंबंध फ़ंक्शन एल्गोरिदम में मुख्य रूप से दो प्रकार की ध्रुवीयता पुनरावृत्ति विधि और शून्य क्रॉसिंग विधि होती है। ऑपरेशन की गति में सुधार करने के लिए, यह प्रणाली आवृत्ति डोमेन में सहसंबंध ऑपरेशन को अपनाती है। एफएफटी द्वारा इनपुट डेटा को परिवर्तित करने के बाद, आवृत्ति डोमेन में सहसंबंध संचालन प्राप्त किया जा सकता है। फिर समय डोमेन में सहसंबंध परिणाम IFFT के माध्यम से प्राप्त किया जा सकता है, जिसका उपयोग चरम खोज के लिए किया जा सकता है।

4 निष्कर्ष

तेल क्षेत्र में एकल कुएं की कामकाजी परिस्थितियों के विश्लेषण और संबंधित प्रवाह माप के सिद्धांत के आधार पर, एकल कुएं कच्चे तेल की पैमाइश के लिए उपयुक्त एक उपकरण डिजाइन किया गया था। फ़ील्ड परीक्षण में 2% से कम त्रुटि के साथ अच्छे परिणाम प्राप्त हुए हैं। हालाँकि, अभी भी निम्नलिखित समस्याएँ हैं: सबसे पहले, सिग्नल में बहुत उतार-चढ़ाव होता है, जिसमें मुख्य रूप से कच्चे तेल में गैस और अशुद्धियाँ होती हैं। इसलिए, सिग्नल अंतर बड़ा है, और डिटेक्शन सर्किट को एजीसी सर्किट को बढ़ाने की जरूरत है। दूसरे को सुधार गुणांक निर्धारित करने में कठिनाई होती है। अलग-अलग कुओं में पानी की मात्रा और तेल की चिपचिपाहट अलग-अलग होती है। साथ ही, तेल की तरलता अलग-अलग तापमान पर बहुत भिन्न होती है, इसलिए इसे अलग-अलग वातावरण में कई बार समायोजित किया जाना चाहिए। सुधार कारक उपयोग में असुविधा लाता है। तीसरा, प्रवाह दर कम होने पर त्रुटि अपेक्षाकृत बड़ी होती है। ये वे क्षेत्र हैं जिनमें भविष्य के अनुसंधान में सुधार किया जाना है।