Разработка ультразвукового метода и средств автоматизированного контроля плотности нефтепродуктов

• Автор: Шаверин, Никита Владимирович
• Шифр специальности: 05.11.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 210 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ И СРЕДСТВА КОНТРОЛЯ ПЛОТНОСТИ ЖИДКИХ СРЕД
1.1. Характеристика объекта контроля
1.2. Методы и средства для автоматизированного контроля плотности жидкости
1.3. Ультразвуковые методы измерения плотности жидкости..
1.4. Методы измерения скорости распространения ультразвука в жидкости
2. РАЗРАБОТКА МЕТОДА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЛОТНОСТИ ЖИДКОСТИ ИЗ КЛАССА СО СХОЖИМИ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ
2.1. Исследование особенностей распространения ультразвуковых волн в углеводородах и их смесях
2.2. Разработка метода определения плотности нефти и нефтепродуктов
2.3. Исследование метрологических характеристик метода
3. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО КОНТРОЛЯ ПЛОТНОСТИ НЕФТЕПРОДУКТОВ
3.1. Разработка схемы контроля плотности
3.2. Разработка электронных схем и алгоритмов работы системы АВТОМАТИЗИРОВАННОГО КОНТРОЛЯ плотности нефтепродуктов.
3.3. Методика проведения калибровки и результаты испытаний системы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЯ
ВВЕДЕНИЕ
1. Актуальность работы
Развитие современной техники характеризуется массовым внедрением систем автоматизированного управления и регулирования в различные отрасли промышленности. Это вызвано использованием микропроцессорной техники, применением цифрового способа представления и передачи информации и ее программной обработкой, что обуславливает уменьшение стоимости, повышение надежности и эффективности производственного процесса. Однако на предприятиях нефтяной промышленности внедрение подобных систем управления производится не достаточно интенсивно, вызывая тем самым необходимость содержания многочисленного персонала для обслуживания производства и его значительное функциональное усложнение. Измерительные приборы, применяемые в настоящее время на предприятиях нефтепереработки и нефте-продуктообеспечения, предназначены, в основном, для проведения дискретных или лабораторных измерений и, следовательно, их использование в автоматизированных системах сбора информации невозможно. Зарубежные средства измерения более полно удовлетворяют требованиям, предъявляемым к подобным системам, однако они не всегда доступны по цене для отечественного потребителя и их техническое обслуживание в отсутствие фирмы-изготовителя весьма затруднительно. Кроме того, необходимо учитывать жесткие климатические условия, в которых должны работать измерительные приборы, а также взрывоопасность нефтепродуктов как среды контроля.
Плотность следует считать универсальным и наиболее доступным для измерения качественным показателем нефти и нефтепродуктов. Ее автоматизированное измерение позволяет контролировать процесс переработки нефти, отслеживать выпуск некондиционной продукции, сортировать выпускаемые нефтепродукты, контролировать качество принимаемых и отпускаемых нефтепродуктов, вести массовый учет нефтепродуктов. Поэтому возникает необхо-
димость в разработке новых автоматизированных средств измерения плотности, обеспечивающих регламентированную точность, способных работать в сильно изменяющихся климатических условиях, удовлетворяющих требованиям взрывобезопасности и доступных по цене для отечественного потребителя.
Наиболее перспективным методом измерения плотности нефтепродуктов, удовлетворяющим вышеизложенным требованиям, следует считать ультразвуковой метод. Широкое распространение получили ультразвуковые плотномеры, основанные на измерении затухания ультразвуковых волн при прохождении через нефтепродукт. Метод измерения плотности, использующий непосредственное измерение скорости распространения ультразвуковых волн в нефтепродукте до настоящего момента не нашел широкого применения из-за посредственных метрологических характеристик. Тем не менее, с учетом предварительного установления вида контролируемого нефтепродукта и пере-счетных зависимостей, применение данного метода позволяет существенно упростить конструкцию первичных преобразователей и электронной схемы, обеспечить регламентируемую точность измерения плотности, существенно повысить его чувствительность и выполнить требования взрывозащиты.
2. Цель
Разработка ультразвукового метода автоматизированного контроля плотности нефтепродуктов и аппаратуры для его реализации.
3. Научная новизна
1. Найден и сформулирован новый критерий разделения нефтепродуктов по подгруппам на основании изотермической зависимости скорости распространения ультразвука от плотности;
2. Разработан новый способ определения плотности нефтепродуктов путем нахождения оптимальной функциональной зависимости скорости распространения ультразвука от плотности;

да или стенка герметичной капсулы [112]. Акустическое давление р ультразвуковой волны, поступающей в приемник 3 после трансформации из волны Лэмба 1, имеет следующую зависимость от коэффициента (3 затухания, обусловленного реакцией жидкости на волновод 5[30]:
* р = к-р0-Г1-е-{№°>1, (1.15)
где р0 — акустическое давление возбужденной волны Лэмба; I — расстояние, которое проходит волна по волноводу; р() - коэффициент затухания волны в волноводе при отсутствии жидкости; к - постоянный коэффициент.
С целью повышения точности и информативности метода один из ультразвуковых преобразователей размещают на плоскопараллельном участке волновода, а второй - на клиновидном его участке и производят двойное измерение по выражению (1.15) при нормальном падении ультразвукового луча и под не-щ которым углом а [1]. Измерение плотности может производиться введением в
волновод широкоспектрального импульса ультразвуковых колебаний с последующим измерением несущей частоты принятого импульса [12].

Рис. 1.5 Схема метода импедансной реакции волновода 1 - ультразвуковая волна Лэмба; 2 - жидкость; 3,4- приемник и излучатель волны; 5 - волноводный слой; 6, 7 - звукопроводы
Скоростные методы базируются на определении скорости распространения ультразвуковых колебаний в жидкости, так как эта скорость, согласно выражению (1.9) является функцией ее плотности. Данные методы имеют однозначную зависимость регистрируемого параметра, определяемого скоростью