管道原油在线含水含气率测量仪的设计

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1、第!"卷第#期!!!!!!!!!!!!!!!!油!气!储!运*&&*GHGGGGHGG仪器仪表GGHGGGGHG管道原油在线含水含气率测量仪的设计肖洪兵$满庆丰!王喜斌!张盛福!!华北航天工业学院电子工程系"!北京航空航天大学机械工程与自动化学院"肖洪兵!王喜斌等#管道原油在线含水含气率测量仪的设计$油气储运$!$$#$!"!#"&&!&2%!!摘!要!介绍了一种体积小!功耗低!成本低!基于单片机的1射线管道原油含水率测量仪"该测量仪具有量程宽!精确度高的特点#论述了1射线法的测量原理!系统硬件设计和软件设计#采用非接触测量方式"可避免管道内结垢!

2、结蜡对仪表的影响"使仪表运行稳定可靠#!!主题词!原油!!1射线!!含水率!!含气率!!单片机研制开发了基于单片机的1射线含水含气率测量一、前!言仪%由于采用了高性能价格比的单片机$克服了同位素法测量原油含水含气率测量仪投资相对较高的随着科学技术的发展$近年来已有多种类型的缺点%该仪器是一种综合应用核技术&电子学技术&原油含水含气率测量仪应用于油田管道原油含水含计算机技术的高科技产品$在石油行业中有广阔的气在线测量%目前应用于原油含水含气率测量的仪应用市场$还可应用于农业中种子水分含量&工程测表从测量原理划分可分为三类$即电学特性测量原量分析&矿石

3、成分分析&介质低含水含气率测量等’%(领域%理&密度测量原理和同位素法测量原理%原油含水含气率的测量采用电学特性测量法和密度法$这两种方法都是接触式测量$长期稳定性较差$精确度二、测量原理不高%近年来$国内外对采用同位素法测量原油含水含气率的方法很多$尤其是采用1射线法测量含管道原油在线含水含气率测量仪的原理基于同水含气率的应用越来越受到人们的重视%由于其在位素法测量的基本原理%当放射性同位素放射出的多相流测量技术中的应用特点$国内外许多油田正1射线穿过介质时$其强度要衰减$衰减的大小随介在推广这类原油含水含气率测量仪%由于测量仪的质的不同而不同$

4、即取决于介质对1射线的质量吸射线作用于介质的原子$因而不受介质流态的影响$收系数和介质的密度%对于多相介质!如水和油"$而且测量范围宽$精确度高$运行稳定%所配套的二介质吸收1射线而带来1射线强度的变化既与介质次仪表采用计算机技术$功能强大$也可以直接配套种类有关$又与介质各种组分所占的比例有关%利工控计算机$引进与含水含气相关的更多的其它数用这一原理$可实现用1射线测量原油的含水含气据%然而$这类仪器由于需要与工控计算机等设备率%当一定能量的1射线穿过油水气三相混合液配套$投资相对较高$较适用于油田联合站等测量点时$透射1射线的强度将随油水气所占

5、的体积百分较集中的场合$而在单一测量点安装是很不经济的%数不同而变化%所以只要精确测量出在一定时间间针对上述问题$对油田常用的一些国内外计量隔内的1射线透射计数$通过合理的数学分析处理$装置做了初步了解$并在此基础上与有关院校合作$就可精确计算出含水含气率的值%1射线穿过油气!$$0&$$$$河北省廊坊市%"$信箱1分箱)电话#!$"%0"!$,"!#,%&&0&油!气!储!运!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!$$#年!!!"和水的三相混合物的模型见图%#!!#4ZA1*4+++含水率的温度补偿值$与相对于假设1射线的能量为*=$当它穿过油水

6、气三相标定的温度改变量成正比#介质时$在#1时间内所测的透射计数为%所以$测量含水率的最终表达式为%$(&)0&*(%)(P($&MV’I$"4ZA1*4PO%L<(@O!@O"(1O1$)(0)式中!($+++没有测量介质时的#1时间内初始式中!O"+++系数"(温度补偿系数),计数,!!!1+++当前温度值,!!"(&)+++油水气混合液对射线的线性衰减系!!!1$+++参考(基准)温度值#数$在射线穿过介质的径迹&方向$从式(0)可以看出$当获得了一定时间间隔内的每一点上(&)都不同,脉冲计数值$通过程序就可方便地计算出原油的含"!!!0+

7、++被测介质的有效厚度#水率#含气率的计算与含水率的计算相同#三、硬件设计整个系统的硬件电路如图!所示#该系统主要由传感器.输入信号调理电路.单片机处理和键盘-显示等模块组成#1射线放射源.探测器和测量放大电路构成了1射线传感器#输入信号调理部分主图%!油气水三相模型示意图要对经过光电倍增管放大的传感器输出信号作进一!!通过对式(%)求积分$可以得到%步的放大.整形$使之变成频率信号$输入到单片机(P($MV’O$’"’@$2"2@$#"#)*(!)进行计数#’EQ%!#2为#通道单端或!通道差动$’@$2@$#P$(")模拟信号输入的E-W转换

8、器#’EQ&!&为单通道式中!$+++混合介质中纯油的等效厚度,二进制数据输入.#通道模拟信号输出的W-E转换’!!!$2