Конструкция датчика ультразвукового потока сырой масла

введение

В настоящее время одной из трудных проблем, с которыми сталкивается извлечение сырой нефти на нефтяных месторождениях, является онлайн -измерение извлеченной сырой нефти. Основная причина в том, что состав сырой нефти очень сложный. Сырая нефть содержит нефть, воду, газ и другие примеси. Это многофазная и сложная жидкость, а одноприемная сырая нефть периодически течет, поэтому общие ультразвуковые расходомеры не могут соответствовать требованиям. Эта статья разрабатывает систему измерения, основанную на расчете потока ультразвуковой волны, которая решает проблему бесконтактного онлайн-измерения сырой нефти.

Принцип ультразвукового потока

Метод корреляции использует связанные методы для измерения потока жидкости. Точность измеренияультразвуковой транс -датчик потокане имеет ничего общего со скоростью звука в жидкости, и точность измерения высока. Он подходит для измерения многофазного потока и большой интерференционной жидкости. Когда жидкость течет в трубопроводе, если она содержит другие примеси, внутри будет множество случайных нарушений, которые будут генерировать сигналы потока, связанные с условиями потока, и иметь определенные статистические характеристики. Структура потока метода корреляции показана двумя наборами ультразвуковых передавающихся и принимающих преобразователей, а L - расстояние между преобразователем вверх по течению и датчиком нижнего течения. Когда ультразвуковой сигнал проходит через трубопровод, ультразвуковой сигнал будет модулироваться шумом в жидкости. Модулированный ультразвуковой сигнал содержит информацию о поле скорости жидкости. Ультразвуковой сигнал анализируется для извлечения сигнала потока A (T) и B (T) и выполнения операций корреляции на A (T) и B (T).

2 Структура системы измерения потока, связанная с одноклетой, ультразвуковая система измерения потока

Система измерения потока с одним сквозом в основном состоит из трех частей: предварительная обработка газо-жидкости, ультразвуковое обнаружение и обработку сигналов. Три части анализируются отдельно внизу.

2.1 Часть предварительной обработки газо-жидкости

Структура предварительной обработки показана. Функция детали предварительной обработки заключается в проведении разделения жидко-газа (сырое нефть, накачанное насосным блок -ликидное разделение должно быть проведено во время измерения); Второе состоит в том, чтобы решить проблему полного измерения труб во время прерывистого потока (сырое масло выкачивается каждый раз, когда насосное устройство работает не равным, и оно течет периодически, так что масло в трубопроводе не может быть заполнено или Принесите большую ошибку измерения). По этим причинам предварительная обработка должна проводиться до измерения масла. После предварительной обработки разделение газа и жидкость и заполненная нефтью трубы проходят через дозирующую масляную трубу, чтобы уменьшить ошибку измерения. Принцип работы: сырая нефть входит в бак для хранения нефти с входа нефти через седиментационный резервуар, а нефть и газ отделяются в баке для хранения нефти. Отдельный газ выводит из клапана (выпускной клапан) на баке для хранения нефти через газопровод. Когда масло достигает определенной высоты, плавающий шарик плавает, чтобы открыть нижний клапан (вытекающий клапан масла), и в то же время верхний клапан блокирует газовый порт, чтобы наращивать давление. Масло в резервуаре для хранения масла течет к выходу масла через измерительный трубопровод под действием давления. Когда резервуар для хранения масла падает на определенный уровень, плавающий шарик раковится, чтобы заблокировать нижний клапан и открывает верхний клапан, так что повторная работа завершает отделение газа жидкости.

...

2.2 Ультразвуковая часть тестирования

Часть обнаружения в основном состоит из двух пар ультразвуковых датчиков. Обнаружение ультразвуковых датчиков осуществляется путем передачи и получения энергии ультразвуковых волн. Ядро преобразователя (преобразование ультразвуковой энергии в электрическую энергию или преобразование электрической энергии в ультразвуковую энергию. Обратимый преобразователь означает, что две формы энергии преобразователя преобразуются друг в друга). Общие ультразвуковые преобразователи включают пьезоэлектрические кристаллические вибраторы, магнитострикционные вибраторы и так далее. Ультразвуковые волны, используемые для измерения связанного потока, обычно имеют две формы: синусоидальная и пульсная волна. Связанные потоки импульсной ультразвуковой и синусоидальной волны интегрируют информацию о скорости поперечного сечения поля потока, чтобы получить скорость потока. В этой конструкции используется пьезоэлектрический кристаллический ультразвуковой датчик с центральной частотой 200 кГц. Чтобы преодолеть влияние стоящих волн, Ultrasonic использует генератор импульсного импульса с фазовой петлей.

...

2.3 Часть обработки сигнала

Часть обработки сигнала в основном состоит из ультразвукового приемного преобразователя. Схема кондиционирования сигнала состоит из приемного преобразователя, трехступенчатой ​​схемы усилителя, цепи фильтра и цепи обнаружения оболочки. Предварительный усилитель состоит из модуля усилителя прибора MAX410, вторичный усилитель и конечный усилитель состоят из усилителя с низкой мощностью INA128; Цепь фильтра представляет собой полосовый проходной фильтр, состоящий из аналогового фильтра MAX275, центральная частота составляет 200 кГц, TL14 образуется в низком частоте фильтра, а сигнал после обнаружения в основном вывозится. Схема обнаружения оболочки состоит из диода и конденсатора для формирования пикового детектора.

Другая часть - схема сбора данных и обработки данных, состоящая из модулей. Эта схемаУльтразвуковой датчик потока водыВыбирает чип TMS320F2812DSP компании TI. В текущем поле управления процессом это самый продвинутый микропроцессор DSP. По сравнению с традиционными однокопных микрокомпьютерами, он обладает выдающейся производительностью, такой как сильные функции, богатые ресурсы и низкое энергопотребление. Он имеет идеальную производительность и лучший интегрированный периферийный интерфейс. Он интегрирует флэш-память, высокоскоростной конвертер A/D, модуль высокопроизводительного CAN и т. Д.

Во время измерения преобразователи передатчика вверх и вниз по течению испускают высокочастотные ультразвуковые волны. Когда ультразвуковые волны распространяются в жидкости, сигнал потока будет модулировать ультразвуковые волны в амплитуде, фазе и частоте. Высокочастотный модулированный сигнал, полученный преобразователем, получен и отфильтрован. После демодуляции и усиления сигнал потока получается и отправляется на конвертер A/D для сбора данных, а собранная информация отправляется в соответствующую обработку для получения скорости потока жидкости.

3 Системное программирование

Программная система включает в себя инициализацию, модуль расчета, дисплей потока, модуль обработки прерываний и другие детали. Показана основная программная блок -схема. После того, как основная программа будет инициализирована, она входит в программу цикла для обработки отобранных данных и отвечает на внешние запросы на прерывание A/D, запросы на прерывание последовательных коммуникаций и запросы на прерывание таймера в любое время. Определение того, достигается ли время расстояния расхода. Основная программа отвечает на приведенные выше запросы на прерывание и вызывает каждую соответствующую программу обработки для завершения сбора и обработки данных.

Инициализация, с одной стороны, для настройки рабочей среды DSP, а с другой стороны, чтобы подготовиться к последующей обработке сигнала. Программа инициализации системы включает в себя внутреннюю инициализацию, которая влияет на работу ЦП DSP CHIP и периферическую инициализацию, которая влияет на работу каждого периферийного устройства, а также инициализацию периферических программируемых устройств (таких как A/D, D/A и т. Д. .), В частности, включая следующие функции: установите генератор часов, установите таймер, инициализируйте регистры состояния, открытые прерывания и т. Д.

Модуль обработки прерывания включает три прерывания: модуль обработки прерываний таймера используется для запуска конвертера A/D и управления частотой выборки, модуль обработки прерываний последовательной связи используется для связи с верхним компьютером и обработкой прерывания A/D Модуль используется для считывания образцов конвертера A/D, а его блок -схема показана на рисунке.

Модуль дисплея регулярно обновляет счетчик, чтобы отобразить мгновенное значение потока и совокупное значение потока. Процесс обработки системы должен установить период времени, таймер генерирует прерывание, это прерывание запускает конвертер A/D после преобразования A/D преобразователь запрашивает DSP для прочтения прерывания данных, а DSP реагирует на запрос преобразования преобразователя A/D, вызовите модуль обработки прерывания A/D, считывайте методы выборки и отправляйте его в буфер данных. Поскольку жидкость периодически течет, после того, как DSP получает N-точечные данные вверх по течению и нижестоящих сигналах, он выполняет анализ Фурье на данные, чтобы определить, течет ли жидкость. Если он протекает, программа расчетов вызвана для выполнения соответствующих операций на отобранных данных и поиска связанных функций. Определите время транзита t и получите мгновенное значение потока и кумулятивное значение потока в соответствии с параметрами прибора и температурной компенсацией, и сохраните результат в блоке хранения данных для отображения инструментами дисплея.

В измерении корреляционного потока один из ключевых вопросовЛатунный ультразвуковой датчик потокаявляется методом расчета корреляционной функции, который требует высокоскоростного и точного завершения получения большого количества сигналов случайной модуляции, расчетов интеграции корреляции и пикового поиска корреляционной функции. Алгоритм функции корреляции в основном имеет два вида метода повторения полярности и метод нулевого пересечения. Чтобы улучшить скорость работы, эта система принимает операцию корреляции в частотной области. После того, как входные данные преобразуются FFT, операция корреляции в частотной области может быть получена. Затем результат корреляции во временной области может быть получен через IFFT, который может использоваться для пикового поиска.

4. Вывод

На основании анализа условий труда одной скважины в нефтяном поле и принципа смежного измерения потока было разработано устройство, подходящее для измерения одного скважина нефти. Полевой тест достиг хороших результатов с ошибкой менее 2%. Тем не менее, все еще есть следующие проблемы: во -первых, сигнал сильно колеблется, что в основном имеет сырую нефть, содержит газ и нечистоту. Следовательно, разность сигналов велика, и цепь обнаружения должна увеличить цепь AGC. Второе имеет сложность установления коэффициента коррекции. Различные скважины имеют различное содержание воды и вязкость нефти. В то же время текучесть масла сильно варьируется при разных температурах, поэтому она должна регулироваться несколько раз в разных средах. Коэффициент коррекции доставляет неудобства для использования. В -третьих, ошибка относительно большая, когда скорость потока низкая. Это области, которые нужно улучшить в будущих исследованиях.