УДК 519.6

ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЫХОДНОГО СИГНАЛА ВОЛНОВОГО ИЗМЕРИТЕЛЯ КАЧЕСТВА НЕФТИ

Коптева Александра Владимировна
Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»
кандидат технических наук, ассистент кафедры электротехники, электроэнергетики, электромеханики

Аннотация
В статье описывается необходимость применения радиоизотопного излучения как высокоточного и эффективного средства контроля качества нефтяных потоков. Приведена имитационная модель выходного сигнала на блок детектирования измерительной системы на платформе LABWIEV.

Ключевые слова: гамма-излучение, градуировка, мониторинг, распределение Вейбулла, фотон


SIMULATION MODELING OF THE OUTPUT SIGNAL OF THE WAVE METER OIL QUALITY

Kopteva Alexandra Vladimirovna
National University of mineral resources "Mountain"
Ph.D., assistant professor of electrical engineering, power engineering, еlectromechanics

Abstract
This article describes the need for radioisotope radiation as precise and effective means of quality control of oil flows. The simulation model of the output signal to the detection of the measuring system by LABWIEV presented.

Keywords: Gamma radiation, graduations, photon, Weibull distribution


Библиографическая ссылка на статью:
Коптева А.В. Имитационное моделирование выходного сигнала волнового измерителя качества нефти // Современная техника и технологии. 2014. № 5 [Электронный ресурс]. URL: http://technology.snauka.ru/2014/05/3847 (дата обращения: 02.10.2017).

В настоящее время существует около 120 государственных стандартов и регламентов на выполнение контроля качества транспортируемого потока углеводородов для нефтетранспортных компаний, и в полном объеме ни один их этих нормативов не выполняется [1]. Это является следствием несовершенства контрольно-измерительных участков и отсутствия современных и высокоточных приборов в реестре предприятий. На кафедре Горного университета совместно с ООО «Комплекс-Ресурс» разработана автоматическая бесконтактная система контроля качества траспортируемого сырья, 
обладающая высокими метрологическими характеристиками и основанная на гамма-излучении, которое пропускается сквозь трубопровод в вертикальном сечении.
При прохождении через поток ионизирующего излучения включений, таких как свободного газа, воды и т.д., в сечении контролируемого потока степень поглощения изменяется и соответственно изменяется интенсивность достигающего детектора гамма-излучения, что, в свою очередь, изменяет среднюю частоту следования соответствующих зарегистрированным гамма-квантам электрических импульсов с датчика. Изменение средней частоты импульсов далее фиксируется электронной схемой, которая вырабатывает используемый в технологическом процессе сигнал об изменении плотности вещества в виде набора градуировочных характеристик. Для получения стабильных и достоверных результатов о потоке необходимо или увеличивать активность гамма-источника и проводить предварительную градуировку с целью нахождения градуировочных характеристик, связывающих показания указанных средств с измеряемым параметром, или вводить сложные системы преобразования получаемой информации с помощью ЭВМ и определять плотность вещества по его излучению.
Способ многопараметрического мониторинга нефтяных потоков заключается в том, что формируют эмпирические модели о составе многофазных многокомпонентных потоках на основании априорной информации о параметрах наблюдаемой системы; формируют имитационную модель для конкретных условий наблюдения на основании априорной информации о статистических свойствах контролируемого потока; строят на основе имитационной модели и эмпирических моделей алгоритмы распознавания объекта; осуществляют распознавание контролируемого объекта с помощью перебора построенных алгоритмов распознавания путем проверки гипотез, генерируемых имитационной моделью; осуществляют сравнение результатов наблюдения объекта на основе параметра быстродействия; передают сигнал тревоги на устройство индикации. 

Пронизывая поток (рисунок 1), фотоны (γ-кванты) регистрируются блоками БДИП, БДИρ1  и БДИρ2, т.е. как прямое, пронизывающее поток (регистрируется блоком БДИП как число импульсов  N1, преобразуемое в напряжение постоянного тока = U1) и рассеянное N2 (регистрируется блоками БДИρ1  и БДИρ2, преобразуется в напряжение постоянного тока = U1 и U2 соответственно). Соотношение N1 и N2 дает информацию о плотности транспортируемого потока, и значение этой плотности может быть определено из предварительно отградуированной системы [2]. Обычно снимаются показания N1 и N2 для нескольких сотен измерений, где плотность, соответствующая  {N1, N2} определяется аналитическим (лабораторным путем); результаты измерений с помощью компьютера записываются в виде полинома nой степени и заносятся в однокристальную ЭВМ вторичного прибора как базовая градуировочная характеристика.


Рисунок 1 – Принципиальная схема измерения для построения имитационной модели радиоизотопного измерителя плотности нефти

Блок схема процесса приведена на рисунке 2. Генератор случайных чисел 1 генерирует цифровой поток, подчиняющийся статистике Вейбулла [3] и соответствующий прямому 2 и рассеянному 3 излучению с динамическими коэффициентами с и b, являющийся имитатором сигнала с блока детектирования. Сигнал поступает на вход блока детектирования c усилителем сигнала прямого 4 и рассеянного изучения 5. 
Сигнал с выхода детектора поступает на вход АЦП 6,7 и далее поступает на блок вычисления среднего 8, согласно формуле:

, (2.4)

где n – число элементов в Х последовательности значений; S – отсортированное значение в Х последовательности значений;  .


Рисунок 2.14 – Блок-схема имитационной математической модели выходного сигнала радиоизотопного измерителя плотности

Сигнал с выхода АЦП 6,7 поступает на блок вычисления стандартного отклонения и дисперсии. Вычисление выходного сигнала блока 9 осуществляется по следующим формулам:

, (2.5)

где μ – среднее, а n – число элементов в Х последовательности значений.

, (2.6)

где σ и σ2 – стандартное отклонение и дисперсия соответственно.
Одновременно, сигнал с АЦП 6,7, поступает на блок 10 вычисления среднеквадратичного значения, согласно формуле, приведенной ниже:

, (2.7)

и на блок коррелятора выходных сигналов 11. Выходные сигналы с блока 8,9,10 и 11 передаются в блок сравнения 12, где определяется полезный сигнал о состоянии процесса и срабатывает тревога.
Цель моделирования – повышение точности измерений отдельных компонентов жидких многокомпонентных потоков за счет создания имитатора случайных чисел и проследить динамику процесса с предусмотрением сигнала аварии.
На рисунке 3 приведена виртуальная модель выходного сигнала в системе Labview.


Рисунок 3 – Компьютерная модель процесса в системе Labview

Функции «Slide» и «Slide2» изменяют амплитудное и временное положение сигналов, а световой индикатор «Boolean» позволяет наглядно детектировать сигналы, превышающие заданное значение амплитудного параметра. Так, например, при большом скоплении пузырей свободного газа в пункте контроля и учета нефтепродуктов, персонал незамедлительно получит световой сигнал от индикатора.
Результаты, полученные при моделировании, соответствуют результатам лабораторных испытаний, что доказывает адекватность разрабатываемой имитационной модели. Компьютерно-имитационное моделирование позволяет повысить точность измерений отдельных компонентов жидких многокомпонентных потоков за счет создания имитатора случайных чисел, а также проследить динамику процесса с предусмотрением сигнала аварии.


Библиографический список
  1. Автоматизация и метрологическое обеспечение измерений в нефтяной и газовой промышленности: межвузовский научно-тематический сборник – Уфа: Изд-во Уфим. нефт. ин-та. 1984.
  2. Коптева А.В., Проскуряков Р.М., Войтюк И.Н. Принцип и алгоритм измерения параметров отдельных компонент многокомпонентных многофазных потоков в минерально-сырьевом  и энергетическом комплексах // Фундаментальные и прикладные исследования, разработка и применение высоких технологий в промышленности: сборник статей XI международной научно-практической конференции. – Т.1. – СПб.: Изд-во СПбГПУ. – 2011. – С.378-381.
  3. Веников, В.А. Физическое моделирование электрических систем. М., 1956.


Все статьи автора «Коптева Александра Владимировна»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: