Reka bentuk sensor meter aliran ultrasonik Minyak Mentah

pengenalan

Pada masa ini, salah satu masalah sukar yang dihadapi dalam pengekstrakan minyak mentah di medan minyak ialah pengukuran dalam talian bagi minyak mentah yang diekstrak. Sebab utama ialah komposisi minyak mentah adalah sangat kompleks. Minyak mentah mengandungi minyak, air, gas dan kekotoran lain. Ia adalah cecair berbilang fasa dan kompleks, dan minyak mentah telaga tunggal mengalir secara berselang-seli, jadi meter aliran ultrasonik am tidak dapat memenuhi keperluan. Kertas kerja ini mereka bentuk sistem pengukuran berdasarkan pengiraan aliran korelasi gelombang ultrasonik, yang menyelesaikan masalah pengukuran dalam talian tanpa sentuhan minyak mentah.

Prinsip meter aliran ultrasonik

Kaedah korelasi menggunakan teknik yang berkaitan untuk mengukur aliran bendalir. Ketepatan pengukuran bagi transduser flowmeter ultrasonik tiada kaitan dengan kelajuan bunyi dalam bendalir, dan ketepatan pengukuran adalah tinggi. Ia sesuai untuk pengukuran aliran berbilang fasa dan cecair gangguan yang besar. Apabila cecair mengalir dalam saluran paip, jika ia mengandungi kekotoran lain, akan terdapat pelbagai gangguan rawak di dalam, yang akan menghasilkan isyarat aliran yang berkaitan dengan keadaan aliran dan mempunyai ciri statistik tertentu. Struktur meter aliran kaedah korelasi ditunjukkan dua set transduser pemancar dan penerima ultrasonik, dan L ialah jarak antara transduser hulu dan transduser hiliran. Apabila isyarat ultrasonik melalui saluran paip, isyarat ultrasonik akan dimodulasi oleh bunyi dalam bendalir. Isyarat ultrasonik termodulat mengandungi maklumat medan halaju bendalir. Isyarat ultrasonik dianalisis untuk mengekstrak isyarat aliran A(t) dan B(t), dan melakukan operasi korelasi pada A(t) dan B(t).

2 Struktur sistem pengukuran aliran ultrasonik minyak mentah telaga tunggal

Sistem pengukuran aliran telaga tunggal terutamanya terdiri daripada tiga bahagian: prarawatan pengasingan gas-cecair, pengesanan ultrasonik dan pemprosesan isyarat. Tiga bahagian dianalisis secara berasingan di bawah.

2.1 Bahagian prarawatan pengasingan gas-cecair

Struktur bahagian prapemprosesan ditunjukkan. Fungsi bahagian prarawatan adalah untuk menjalankan pengasingan cecair-gas (minyak mentah yang dipam oleh unit pam mengandungi gas dan kekotoran lain sebagai tambahan kepada campuran minyak. Gas akan membawa ralat yang lebih besar kepada pengukuran minyak, jadi minyak Pemisahan gas-cecair mesti dijalankan semasa pengukuran); yang kedua adalah untuk menyelesaikan masalah pengukuran paip penuh semasa aliran terputus-putus (minyak mentah yang dipam keluar setiap kali apabila unit pengepaman berfungsi tidak sama, dan ia mengalir secara berselang-seli, supaya minyak dalam saluran paip mungkin tidak penuh, atau Bawa ralat pengukuran yang besar). Atas sebab-sebab ini, pra-rawatan perlu dijalankan sebelum pengukuran minyak. Selepas pra-rawatan, pemisahan gas-cecair dan paip berisi minyak melalui paip minyak pemeteran untuk mengurangkan ralat pengukuran. Prinsip kerjanya ialah: minyak mentah memasuki tangki simpanan minyak dari salur masuk minyak melalui tangki pemendapan, dan minyak dan gas diasingkan dalam tangki simpanan minyak. Gas yang diasingkan adalah keluaran daripada injap (injap keluar) pada tangki simpanan minyak melalui saluran paip gas. Apabila minyak mencapai ketinggian tertentu, bola terapung terapung ke atas untuk membuka injap bawah (injap keluar minyak), dan pada masa yang sama injap atas menyekat port gas untuk membina tekanan. Minyak dalam tangki simpanan minyak mengalir ke saluran keluar minyak melalui saluran paip pengukur di bawah tindakan tekanan. Apabila tangki simpanan minyak jatuh ke tahap tertentu, bola terapung tenggelam untuk menyekat injap bawah dan membuka injap atas, supaya kerja berulang menyelesaikan pemisahan gas-cecair.

...

2.2 Bahagian ujian ultrasonik

Bahagian pengesanan terutamanya terdiri daripada dua pasang sensor ultrasonik. Pengesanan sensor ultrasonik dilakukan dengan menghantar dan menerima tenaga gelombang ultrasonik. Teras transduser (menukar tenaga ultrasonik kepada tenaga elektrik atau menukar tenaga elektrik kepada tenaga ultrasonik. Transduser boleh balik bermaksud kedua-dua bentuk Tenaga transduser ditukar kepada satu sama lain). Transduser ultrasonik biasa termasuk penggetar kristal piezoelektrik, penggetar magnetostrictive dan sebagainya. Gelombang ultrasonik yang digunakan untuk pengukuran aliran berkaitan umumnya mempunyai dua bentuk: gelombang sinus dan gelombang nadi. Meter aliran berkaitan gelombang ultrasonik dan sinus berdenyut menyepadukan maklumat halaju keratan rentas medan aliran untuk mendapatkan halaju aliran. Reka bentuk ini menggunakan sensor ultrasonik kristal piezoelektrik dengan frekuensi pusat 200 kHz. Untuk mengatasi pengaruh gelombang berdiri, ultrasonik menggunakan penjana isyarat nadi gelung berkunci fasa.

...

2.3 Bahagian pemprosesan isyarat

Bahagian pemprosesan isyarat terutamanya terdiri daripada transduser penerima ultrasonik. Litar penyaman isyarat terdiri daripada transduser penerima, litar penguat tiga peringkat, litar penapis dan litar pengesan sampul surat. Preamplifier terdiri daripada modul penguat instrumen MAX410, penguat sekunder dan penguat akhir terdiri daripada penguat instrumen kuasa rendah ketepatan INA128; litar penapis ialah penapis pas jalur yang terdiri daripada penapis bersepadu analog MAX275, frekuensi tengah ialah 200 kHz, penapis lulus rendah dibentuk oleh TL14, dan isyarat selepas pengesanan dikeluarkan terutamanya. Litar pengesan sampul surat terdiri daripada diod dan kapasitor untuk membentuk pengesan puncak.

Bahagian lain ialah litar pemerolehan dan pemprosesan data yang terdiri daripada modul. Litar ini daripada sensor aliran air ultrasonik memilih cip TMS320F2812DSP Syarikat TI. Dalam bidang kawalan proses semasa, ia adalah mikropemproses DSP yang paling maju. Berbanding dengan mikrokomputer cip tunggal tradisional, ia mempunyai prestasi cemerlang seperti fungsi yang kuat, sumber yang kaya dan penggunaan kuasa yang rendah. Ia mempunyai prestasi sempurna dan antara muka persisian bersepadu yang terbaik. Ia menyepadukan memori denyar, penukar A/D berkelajuan tinggi, modul CAN berprestasi tinggi, dsb.

Semasa pengukuran, transduser pemancar huluan dan hiliran memancarkan gelombang ultrasonik frekuensi tinggi. Apabila gelombang ultrasonik merambat dalam bendalir, isyarat aliran akan memodulasi gelombang ultrasonik dalam amplitud, fasa dan frekuensi. Isyarat termodulat frekuensi tinggi yang diterima oleh transduser diterima dan ditapis. Selepas penyahmodulasi dan penguatan, isyarat aliran diperoleh dan dihantar ke penukar A/D untuk pengumpulan data, dan maklumat yang dikumpul dihantar ke pemprosesan yang berkaitan untuk mendapatkan kadar aliran bendalir.

3 Pengaturcaraan sistem

Sistem perisian termasuk permulaan, modul pengiraan, paparan aliran, modul pemprosesan gangguan dan bahagian lain. Carta aliran program utama ditunjukkan. Selepas atur cara utama dimulakan, ia memasuki program gelung untuk memproses data sampel, dan bertindak balas kepada permintaan gangguan A/D luaran, permintaan gangguan komunikasi bersiri dan permintaan gangguan pemasa pada bila-bila masa. Menentukan sama ada masa paparan kadar aliran tercapai. Program utama bertindak balas kepada permintaan gangguan di atas dan memanggil setiap program pemprosesan yang sepadan untuk melengkapkan pengumpulan dan pemprosesan data.

Inisialisasi adalah di satu pihak untuk menyediakan persekitaran kerja DSP, dan di sisi lain untuk menyediakan pemprosesan isyarat seterusnya. Program pemula sistem termasuk pemula dalaman yang mempengaruhi operasi CPU cip DSP dan pemulaan persisian yang mempengaruhi kerja setiap peranti, serta pemulaan peranti boleh atur cara persisian (seperti A/D, D/A, dsb.), khususnya termasuk fungsi berikut: tetapkan penjana jam, tetapkan pemasa, mulakan daftar status, dsb.

Modul pemprosesan gangguan termasuk tiga gangguan: modul pemprosesan gangguan pemasa digunakan untuk memulakan penukar A/D dan mengawal kekerapan pensampelan, modul pemprosesan gangguan komunikasi bersiri digunakan untuk berkomunikasi dengan komputer atas, dan modul pemprosesan gangguan A/D digunakan untuk membaca Penukar A/D mengambil sampel data, dan carta alirnya ditunjukkan dalam rajah .

 Modul paparan menyegarkan meter secara kerap untuk memaparkan nilai aliran serta-merta dan nilai aliran terkumpul. Proses pemprosesan sistem adalah untuk menetapkan tempoh masa, pemasa menjana gangguan, gangguan ini memulakan penukar A/D, selepas penukaran, penukar A/D meminta DSP untuk membaca gangguan data, dan DSP bertindak balas kepada penukar data A/D, pemprosesan sampukan A/D, pemprosesan sampukan A/D. dan hantar ke penimbal data. Memandangkan bendalir mengalir secara berselang-seli, selepas DSP menerima data titik-N bagi isyarat huluan dan hiliran, ia melakukan analisis fourier pada data untuk menentukan sama ada bendalir itu mengalir. Jika ia mengalir, program pengiraan dipanggil untuk melaksanakan operasi berkaitan pada data sampel dan mencari fungsi yang berkaitan. Tentukan masa transit T, dan dapatkan nilai aliran serta-merta dan nilai aliran kumulatif mengikut parameter instrumen dan pampasan suhu, dan simpan hasilnya dalam unit penyimpanan data untuk paparan oleh instrumen paparan.

Dalam pengukuran aliran korelasi, salah satu isu utama bagi sensor meter aliran ultrasonik tembaga adalah kaedah pengiraan fungsi korelasi, yang memerlukan penyiapan berkelajuan tinggi dan tepat pemerolehan sejumlah besar isyarat modulasi rawak, pengiraan integrasi korelasi dan carian puncak fungsi korelasi. Algoritma fungsi korelasi terutamanya mempunyai dua jenis kaedah pengulangan kekutuban dan kaedah persilangan sifar. Untuk meningkatkan kelajuan operasi, sistem ini menggunakan operasi korelasi dalam domain frekuensi. Selepas data input diubah oleh FFT, operasi korelasi dalam domain frekuensi boleh diperolehi. Kemudian hasil korelasi dalam domain masa boleh diperolehi melalui IFFT, yang boleh digunakan untuk carian puncak.

4 Kesimpulan

Atas dasar menganalisis keadaan kerja telaga tunggal dalam medan minyak dan prinsip pengukuran aliran berkaitan, peranti yang sesuai untuk pemeteran minyak mentah telaga tunggal telah direka bentuk. Ujian lapangan telah mencapai keputusan yang baik dengan ralat kurang daripada 2%. Walau bagaimanapun, masih terdapat masalah berikut: Pertama, isyarat turun naik dengan ketara, yang kebanyakannya mempunyai minyak mentah mengandungi gas dan kekotoran. Oleh itu, perbezaan isyarat adalah besar, dan litar pengesanan perlu meningkatkan litar AGC. Yang kedua mempunyai kesukaran untuk menetapkan pekali pembetulan. Telaga yang berbeza mempunyai kandungan air dan kelikatan minyak yang berbeza. Pada masa yang sama, kecairan minyak sangat berbeza pada suhu yang berbeza, jadi ia mesti diselaraskan beberapa kali di bawah persekitaran yang berbeza. Faktor pembetulan membawa ketidakselesaan untuk digunakan. Ketiga, ralat agak besar apabila kadar aliran rendah. Ini adalah bidang yang perlu diperbaiki dalam penyelidikan masa depan.