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:
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:
где μ – среднее, а n – число элементов в Х последовательности значений.
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:
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.
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
- Автоматизация и метрологическое обеспечение измерений в нефтяной и газовой промышленности: межвузовский научно-тематический сборник – Уфа: Изд-во Уфим. нефт. ин-та. 1984.
- 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.
- Веников, В.А. Физическое моделирование электрических систем. М., 1956.