Тема 22. Методы и приборы для измерения уровня.
Классификация уровнемеров. Промышленные уровнемеры.
Резервуары представляют собой весьма многочисленную группу технологических объектов, которые являются принадлежностью нефтяных промыслов, резервуарных парков, раздаточных и перевалочных баз разветвленной системы нефтеснаба. Во всех случаях в резервуарных парках выполняются две основные задачи —учет и хранение жидкости.
Количество нефти и нефтепродуктов в резервуарах учитывают измерением их объема и массы. Объем жидкости определяют умножением измеренного значения уровня на известную площадь их поперечного сечения. Массу жидкости можно найти двумя способами: 1) измерением уровня и плотности с последующим вычислением массы жидкости и 2) непосредственным измерением массы жидкости.
Измерение уровня в скважинах выполняют для контроля изменения пластового давления, исследования характера притока жидкости из пласта и определения режима эксплуатации глубиннонасосных скважин.
Классификация уровнемеров
Под уровнем понимают расстояние от поверхности раздела двух сред до любой произвольно выбранной отметки выше или ниже этой поверхности.
Приборы для измерения уровня жидкости можно классифицировать по следующим признакам.
- уровнемеры абсолютного значения уровня.
- сигнализаторы уровня (дают информацию о превышении
или понижении уровня относительно заданной отметки).
- измерители раздела сред.
По принципу действия различают уровнемеры:
- Механические.
- Буйковые.
- Гидростатические.
- Акустические.
- Емкостные.
- Радарные.
Механические: поплавковые с чувствительным элементом, находящимся на поверхности измеряемой жидкости и передающим значение уровня указателю с помощью мерной ленты или троса;
Буйковые, имеющие в качестве чувствительного элемента буек, связанный с компенсационным устройством, реагирующим на изменение выталкивающей силы, действующей на буек при изменении уровня погружения его в жидкость.
Пьезометрические: барботажные, представляющие собой пневматическую трубку, имеющую выход для воздуха на фиксированном положении от дна резервуара. Уровень определяется по давлению воздуха, прокачиваемого по трубке.
Манометрические, определяющие уровень по давлению пьезометрического столба жидкости, воспринимаемого манометром.
Электрические: кондуктометрические, основанные на изменении электропроводности измеряемых сред, применяемые в основном для контроля раздела сред.
Емкостные, основанные на различии диэлектрических свойств воздуха и измеряемой жидкости.
Радиоактивные, основанные на поглощении измеряемой жидкостью у-лучей, излучаемых радиоактивным излучателем.
Радиоинтерференционные, основанные на изменении частоты радиоволн в зависимости от глубины погружения антенны колебательного контура в измеряемую жидкость.
Ультразвуковые, измеряющие уровень по времени распространения ультразвуковых волн в измеряемой среде.
По способу передачи показаний уровнемеры бывают с местным отсчетом и дистанционного действия.
В нефтяной и газовой промышленности применяют преимущественно поплавковые буйковые и в ограниченном числе пьезометрические уровнемеры.
Рис 1. Промышленные уровнемеры
Некоторые разновидности промышленных уровнемеров показаны на рис. 1
Буйковый уровнемер
Принцип действия буйкового уровнемера (рис. 2) основан на определении уровня по выталкивающей силе, действующей на погруженный в рабочую жидкость буёк. На буёк (в соответствии с законом Архимеда) действует выталкивающая сила, пропорциональная уровню погружения буйка и, соответственно, уровню жидкости. Действие этой силы воспринимает весочувствительный элемент.
При изменении уровня жидкости сила, равная разности выталкивающей силы и силы сжатия пружины 5, ведет к незначительному вертикальному перемещению буйка 6, связанного с подвижным сердечником 3 ДТП 2. Изменение положения сердечника вызывает изменение напряжения на выходе ДТП. Электронная схема 1 преобразует изменение напряжения в выходной сигнал устройства.
Рис.2 Буйковый уровнемер: 1 - электронная схема; 2 - дифференциально-трансформаторный преобразователь (ДТП); 3 - подвижной сердечник ДТП; 4 - изолирующая трубка; 5 -пружина; 6 - буёк
Буйковые уровнемеры предназначены для измерения уровня в диапазоне до 10 м при температурах -50...+120 С (в диапазоне 60... 120 °С при наличии теплоотводящего патрубка, при температурах 120...400 °С приборы работают как индикаторы уровня) и давлении до 20 МПа, обеспечивая точность 0,25... 1,5 %. Плотность контролируемой жидкости 0,4...2 г/см3.
Буйковые уровнемеры часто применяют для измерения уровня раздела фаз двух жидкостей. Возможно также их использование для определения плотности рабочей среды при неизменном уровне.
Гидростатический уровнемер
В гидростатическом уровнемере (рис. 3) уровень налива жидкости определяют по изменению гидростатического давления:
Рис.3 Гидростатический уровнемер