4. Минерализация воды

Растворенные в воде соли являются электролитами, поэтому увеличение их концентрации до определенного предела повысит электропроводность среды и, следовательно, ускорит процесс коррозии.

Уменьшение скорости коррозии связано с тем, что:

1) уменьшается растворимость газов, СО₂ и О₂, в воде;

2) возрастает вязкость воды, а, следовательно, затрудняется диффузия, подвод кислорода к поверхности трубы (к катодным участкам, реакция 4).

5. Давление

Повышение давления увеличивает процесс гидролиза солей и увеличивает растворимость СО₂. (Для предсказания последствий - см. пп. 3 и 4).

6. Структурная форма потока

Относительные скорости течения фаз (газа и жидкости) в газожидкостных смесях (ГЖС) в сочетании с их физическими свойствами (плотностью, вязкостью, поверхностным натяжением и т.д.) и размерами и положением в пространстве трубопровода определяют формирующиеся в них структуры двухфазных (многофазных) потоков. Можно выделить семь основных структур: пузырьковая, пробковая, расслоенная, волновая, снарядная, кольцевая и дисперсная.

Каждая структура ГЖС влияет на характер коррозионного процесса.

Вопрос о связи коррозионных процессов в трубопроводах со структурами потоков, транспортируемых по ним ГЖС, всегда интересовал и продолжает интересовать специалистов по коррозии. Имеющаяся информация о связи структур течения ГЖС с коррозией является еще недостаточно полной.

Но тем не менее известно, например, что кольцевая (дисперсно-кольцевая) структура ГЖС снижает интенсивность коррозии трубопровода; снарядная (пробково-диспергированная) может способствовать коррозионно-эрозионному износу трубопровода по нижней образующей трубы на восходящих участках трассы, а расслоенная (плавная расслоенная) - развитию общей и питтинговой корозии в зоне нижней образующей трубы и в, так называемых, "ловушках" жидкости (особенно при выделении соленой воды в отдельную фазу).

31 современные методы измерения дебита скважины

 К устройствам, определяющим объемный расход вещества, могут быть отнесены следующие расходомеры: переменного перепада давления, турбинные, ультразвуковые,

звуковые, индукционные, гидродинамические), основанные на ядерном резонансе, тепловые, ионизационные, создающие различные метки потока. Такие расходомеры могут быть разделены на две группы.

К первой группе относятся устройства, в которых чувствительный элемент непосредственно преобразует скорость потока в измерительный сигнал. К этой группе относятся, например, крыльчато-тахометрические расходомеры, термоанемометры с охлаждаемой нитью и другие устройства.Ко второй группе относятся устройства, в которых в потоке создаются промежуточные измерительные параметры, по изменению которых можно судить о величине скорости, а следовательно, и объемного расхода. Такими промежуточными параметрами могут являться звуковые и ультразвуковые колебания, возбуждаемые или распространяющиеся в потоке, ионизация потока, формирование в движущейся среде ионного тока, создаваемого под действием внешнего магнитного поля, и т. п. К этой группе расходомеров относятся индукционные, ультразвуковые, некоторые тепловые, а также расходомеры, создающие метки в потоке.В настоящее время крыльчато-тахометрические расходомеры с различными устройствами регистрации числа оборотов ротора получили достаточно широкое распространение в разных областях техники. Эти расходомеры являются устройствами универсального применения, пригодными для измерения расходов различных веществ вне зависимости от их физических свойств.

Индукционные расходомеры получили достаточно широкое распространение при контроле расходов проводящих жидкостей

В таком применении эти расходомеры обладают совершенно очевидными преимуществами перед всеми другими типами расходомеров. Однако область их применения ограничивается в основном проводящими жидкостями.

Ультразвуковые расходомеры получили пока незначительное распространение. Однако эти устройства являются достаточно перспективными. В настоящее время определилось несколько направлений разработки таких устройств, основными среди которых являются:

а) определение скорости потока по фазовому сдвигу ультразвуковых колебаний;

б) определение скорости потока по частоте следования пачек ультразвуковых колебаний;

в) определение скорости потока путем дифференциального включения двух приемных ультразвуковых преобразователей.

Эти расходомеры являются универсальными и могут применяться для контроля большого числа жидкостей, за исключением только некоторых особо вязких жидкостей.

Тепловые расходомеры разработаны сравнительно давно, и арсенал их схемных решений достаточно широк. Однако в последнее время разработан ряд новых устройств, избавленных от основных недостатков устройств этой группы. Такими недостатками является влияние на показания расходомера не только скорости потока, но его температуры и давления.

Расходомеры, в которых для измерения скорости потока в последнем создаются специальные метки, составляют отдельную группу устройств. Метки потока могут создаваться либо путем периодического возникновения в потоке промежуточного измерительного параметра (например, ионизационных или тепловых меток), либо путем введения в поток инородных веществ (например, доз непрозрачного порошка или доз радиоактивного вещества).

Эти устройства обладают несколько усложнёнными схемами, но в ряде специальных случаев только с их помощью предтавляется возможным измерять скорость потока.

Отдельную группу составляют расходомеры, определяющие расход по скоростному напору. Эта группа представлена обширным и разнообразным рядом устройств. Основным их преимуществом является простота устройства. В тех случаях, когда нужно простыми средствами, надежно и со средним уровнем точности определять скорость потока, эти устройства являются наиболее приемлемыми.

Принципы измерения, используемые в перечисленных устройствах, позволяют определять объемные расходы веществ в нестационарных потоках. Для получения массовых расходов по показаниям таких расходомеров необходимо знать изменение плотности измеряемого вещества. В некоторых расходомерах этой группы применяется совместное включение датчиков плотности с соответствующими чувствительными элементами расходомеров. Такие системы позволяют измерять массовые расходы.

Ниже последовательно рассмотрен каждый из перечисленных типов объемных расходомеров.

  РАСХОДОМЕРЫ ПЕРЕМЕННОГО ПЕРЕПАДА ДАВЛЕНИЯ

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ.

 Принцип действия расходомеров данного типа, объединенных единым методом измерений, основан на измерении перепада давления, образующегося в результате местного изменения скорости потока жидкости, газа или пара

 Для измерения расхода жидкостей, газов и паров по перепаду давления необходимы три элемента, объединенные общим понятием расходомер переменного перепада:

1.      устройство, создающее перепад давления в потоке измеряемой среды за счет местного изменения скорости потока или по величине (сужающие устройства), или по направлению (изогнутые участки трубы);

2.      измерительный прибор — дифференциальный манометр (сокращенно дифманометр), измеряющий перепад давления;

3.      соединительное устройство, передающее перепад давления от потока к дифманометру.

Иногда к этим элементам добавляются еще вторичный преобразователь, преобразующий показания дифманометра в электрический или пневматический' сигнал, и вторичный прибор для регистрации этого сигнала.

ТУРБИННЫЕ РАСХОДОМЕРЫ ОБЩИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

 Крыльчато-тахометрические (турбинные) расходомеры относятся к скоростным расходомерам, в которых для создания крутящего момента на измерительной крыльчатке используется кинетическая энергия измеряемого потока.

Турбинные расходомеры являются наиболее точными приборами для измерения расхода жидкостей. Приведенная погрешность измерения расхода турборасходомерами составляет величину порядка 0.5 – 1.0 % (известны турборасходомеры с приведенной погрешностью 0.1 – 0.2 %).

Приборы просты no конструкции, обладают большой чувствительностью и большими пределами измерений (для одной модификации 10:1 и более), возможностью измерения как малых (от 5^.10^-9 м³/с), так и больших (до 1 м³/с)расходов жидкостей с широким диапазоном физико-химических свойств, малой инерционностью и вследствие этого относительно малыми динамическими ошибками при измерении средних и мгновенных значений пульсирующих расходов. Их применяют там, где требования к точности измерений имеют превалирующее значение — в ракетной, авиационной технике, химической и нефтедобывающей промышленности. К недостаткам турбинных расходомеров существующих модификаций, препятствующим более широкому применению данных приборов, можно отнести:

В настоящее время отечественным приборостроением разработаны и осваиваются турбинные расходомеры с безопорными датчиками, с устройствами автоматической коррекции показаний при изменении вязкости измеряемой среды, у которых два последних недостатка отсутствуют.

 Принцип действия крыльчато-тахометрических расходомеров, предназначенных для измерения потоков, заключается в следующем. В измеряемый поток помещается сбалансированная легкая крыльчатка, вращающаяся в подшипниках, обладающих малым трением. Крыльчатка под давлением движущегося потока совершает вращательное движение. При стационарном режиме скорость ее вращения пропорциональна скорости потока. Конструктивно крыльчатка может быть выполнена аксиальной или тангенциальной.

 Измерение числа оборотов крыльчатки может производиться различными способами: электрическим, радиоактивным, фотоэлектрическим и др. Полученный пульсирующий электрический сигнал, число пульсаций которого в единицу времени пропорционально числу оборотов крыльчатки, после усиления подается на частотомер, измерительный сигнал с которого

Основными эксплуатационными факторами, существенно влияющими на точность измерения расхода турбинными расходомерами, являются:

1.      изменение вязкости измеряемой среды;

2.      износ опор;

3.      закрутка потока, вызванная влиянием местных сопротивлении.

Вследствие этого данные приборы мало пригодны для измерения расхода загрязненных или абразивных сред, а также жидкостей, сильно меняющих свою вязкость при числах Рейнольдса, меньших критических (переход ламинарного течения к турбулентному).

Влияние местных сопротивлений, закручивающих поток, в значительной мере устраняется, если перед турбинным датчиком установить специальные направляющие или сопловые аппараты. В этом случае для нормальной эксплуатации турбинных датчиков не требуется столь длинных прямых участков трубопровода как для других типов расходомеров.

Сравнительно редко применяют турбинные расходомеры для измерения расхода газов.

 ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ (ИНДУКЦИОННЫЕ) РАСХОДОМЕРЫ

 Для контроля нестационарных потоков нашли применение некоторые прикладные области магнитной гидродинамики — науки, которая изучает взаимодействие электромагнитного поля с жидкими или газообразными проводящими потоками. Для определения скорости потока используются различные методы непосредственного или косвенного измерения разности потенциалов, индуцируемых при движении жидкости в трубопроводе при наличии поперечного магнитного поля.

 ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ  В проводнике, пересекающем силовые линии магнитного поля, индуктируется э.д.с., пропорциональная скорости движения проводника. При этом направление тока, возникающего в проводнике, перпендикулярно направлению его (проводника) движения и направлению магнитного поля. Это известный закон электромагнитной индукции — закон Фарадея.

Если заменить проводник потоком проводящей жидкости, текущей между полюсами магнита, и измерять э.д.с., наведенную в жидкости по закону Фарадея, можно получить принципиальную схему (рисунок 3.6) электромагнитного расходомера.

В таких расходомерах плоскости измерительных электродов должны располагаться вертикально во избежание разрыва электрической цепи между ними из-за образования газовой подушки под верхним электродом или осаждения. непроводящих твердых частиц на нижнем электроде.

Патрубок датчика такого расходомера должен выполняться из немагнитного материала с большим электрическим сопротивлением. Это уменьшает искажения магнитного потока стенкой трубы и уменьшает токи Фуко. Наиболее часто приемлемым материалом является аустенитная сталь.

Пластмассовые и неметаллические материалы с большим электрическим сопротивлением и большой механической прочностью могут применяться в тех случаях, когда они обладают достаточной стойкостью по отношению к измеряемым средам.

В случае изготовления патрубка расходомера из металла его внутренняя поверхность должна иметь изоляционное покрытие, не допускающее короткого замыкания э. д. с., наводимой в потоке. Покрытие должно проходить по всей длине патрубка по поверхности соединительных фланцев. В качестве материалов для изоляции используются неопрен, флуон, стекло и др. При измерении расходов агрессивных жидкостей в таких расходомерах используются преимущественно электроды из нержавеющей стали. При этом важное значение имеет надежность уплотнения измерительного электрода в патрубке датчика.

Электромагнитные расходомеры могут быть выполнены как с постоянными магнитами, так и с электромагнитами, питаемыми переменным током частотой f. Обе эти разновидности электромагнитных расходомеров имеют свои достоинства и недостатки, определяющие области их применения.

Электромагнитные расходомеры малоинерционны по сравнению с расходомерами других типов. Поэтому они незаменимы в тех процессах автоматического регулирования, где запаздывание играет существенную роль, или при измерении быстро меняющихся расходов.

Датчики электромагнитных расходомеров не имеют частей, выступающих внутрь трубопровода, сужений или изменений профиля. Бпагодаря этому гидравлические потери на датчике минимальны. Кроме того, датчик расходомера и технологический трубопровод можно чистить и стерилизовать без демонтажа. Отсутствие полых углублений исключает застаивание и осаждение измеряемого продукта.

Датчики электромагнитных расходомеров можно монтировать а любом положении на расстояниях, равных не менее 20 диаметров трубопровода после местных сопротивлений, нарушающих осесимметричное течение потока, и не менее 8 диаметров до местных сопротивлений.

Конструкция датчиков позволяет применять новейшие изоляционные, антикоррозийные и другие покрытия, что дает возможность измерять расход агрессивных и абразивных жидкостей.

Электромагнитные расходомеры применяют для измерения очень малых (3*10^-9 м³/сек) расходов (например, для измерения расхода крови по кровеносным сосудам) и очень больших расходов (3 м³/сек) жидкостей. Причем диапазон измерения датчика одного типоразмера достигает величины 10: 1, т.е. достаточно велик.

 УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ РАСХОДОМЕРЫ

 Для определения скоростей нестационарных потоков жидкостей и газов разработаны специальные ультразвуковые методы и соответствующая аппаратура. Определение скорости потока в данных системах производится по изменению параметров ультразвуковых колебаний. Принцип действия ультразвукового расходомера основан на том, что при распространении ультразвуковых колебаний в движущейся среде скорость ультразвука относительно неподвижной системы координат (стенок трубопровода) равна векторной сумме скорости ультразвука относительно среды и скорости самой среды относительно трубопровода. Поэтому если в трубопроводе установлены два пьезоэлектрических преобразователя, излучающих ультразвуковые колебания по направлению потока и против него, и соответственно два приемника ультразвука, расположенных на одинаковом расстоянии от излучателей, то при движении жидкости в трубопроводе сигналы в двух ультразвуковых каналах приходят к приемникам с акустической разностью хода, величина которой однозначно зависит от скорости жидкости.

Принцип действия ультразвуковых расходомеров может быть основан на измерении:

1)      времени прохождения ультразвуковых колебаний по потоку и против него;

2)      сдвига фаз между ультразвуковыми колебаниями, направляемыми по потоку и против него;

3)      разности частот ультразвуковых колебаний, создаваемых автоколебательной схемой и направляемых одновременно по потоку и против него;

4)      величины сноса потоком луча ультразвуковых колебаний.

По акустическим свойствам все конструкции датчиков можно разделить на два основных типа:Оптимальный тип датчика для данного конкретного случая измерения расхода жидкости должен определяться условиями измерения и в особенности характеристиками измеряемого вещества.

В большинстве случаев при измерении расхода агрессивных жидкостей и пульп поверхность пьезоэлементов должна быть защищена от соприкосновения с контролируемой средой посредством звукопроводящих элементов, параметры которых должны учитываться при расчетах.

Необходимо отметить, что одноканальные схемы ультразвуковых расходомеров в принципе обеспечивают гораздо более высокую точность измерений, чем соответствующие двухканальные схемы.

Зависимость показаний ультразвуковых расходомеров от числа Рейнольдса объясняется тем, что они измеряют не среднюю скорость потока по сечению трубы, а среднюю скорость по линии ультразвукорого луча. Соотношение между этими скоростями является функцией числа Рейнольдса.

Кроме малой точности измерений, к недостаткам ультразвуковых расходомеров относят большую сложность их измерительной части и вредное влияние ультразвуковых колебаний на физико-химические свойства некоторых промышленных жидкостей и газов.

В общем можно отметить, что ультразвуковые расходомеры более приемлемы для измерения высоких расходов. При этом, чем меньше скорость потока по отношению к скорости распространения звука в контролируемой среде, тем, как правило, сложнее и точнее должна быть применяемая аппаратура.

 ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА В ЕДИНИЦАХ МАССЫ (МАССОВЫЕ РАСХОДМЕРЫ)

Необходимость автоматического контроля массовых расходов нестационарных потоков относится к тем областям промышленности, где вес (масса) рабочего агента является критерием оценки качественных и технико-экономических показателей различных промышленных процессов. Например, при непрерывных химических процессах получение химического продукта с требуемыми физико-химическими свойствами возможно лишь при точном весовом соотношении составляющих его компонентов. В нефтяной промышленности, где товарная продукция нефтедобывающих скважин представляет собой смесь нефти и газов, в физико-химических процессах, где имеют место кипящие жидкости, многофазные пульпы, эмульсии, пылевые потоки, также необходимо производить измерение и автоматический контроль массовых расходов.

В последнее время возникла необходимость осуществления автоконтроля полей массовых скоростей (расходов) на ряде объектов, на которых имеют место нестационарные монолитные или разделенные потоки многофазных сред или сред, представляющих собой растворы и смеси веществ, имеющих различные удельные веса. Проблема осуществления автоконтроля таких потоков сводится в основном к проблеме создания соответствующих датчиков.

В зависимости от возможности универсального измерения массовых расходов различных веществ массовые расходомеры различных принципов действия могут быть разделены на две группы. К расходомерам первой группы относятся такие устройства,   в которых измерение массового расхода является следствием используемого принципа измерения. В таких устройствах измеряется непосредственно массовый расход вне зависимости от физической сущности и свойств измеряемого вещества и его параметров. Такие расходомеры универсальны и могут быть применены для измерения расхода любых веществ. Примерами таких устройств являются турборасходомеры, расходомеры с определением расхода по усилию Кориолиса, гироскопические расходомеры.

К расходомерам второй группы относятся устройства, которые по своему принципу действия не являются измерителями массового расхода, но благодаря применению специальных датчиков и корректирующих схем могут определять массовый расход вне зависимости от физической сущности измеряемого вещества и изменения его свойств и параметров под влиянием внешних условий. Однако, как правило, такие устройства предназначены для определения расходов сравнительно небольшого диапазона веществ, так как определенные физические параметры вещества все-таки оказывают «влияние на точность измерения таких расходомеров. К таким устройствам, в первую очередь, относятся различные скоростные расходомеры, снабженные датчиками плотности и соответствующими корректирующими схемами, а также ультразвуковые и некоторые тепловые расходомеры.

Рациональность применения того или иного типа массовых расходомеров определяется эксплуатационными требованиями. В тех случаях, когда необходимо измерять расходы весьма разнообразных веществ, наиболее рациональным является применение расходомеров первой группы.

Универсальные массовые расходомеры являются единственно пригодными устройствами для измерения многокомпонентных потоков, состоящих из двух (или более) несмешивающихся веществ (например, жидкие потоки с газовыми включениями). При наличии двух и более компонентов в контролируемом потоке, весовые соотношения, удельные веса и вязкости которых могут изменяться в широких пределах, удовлетворительный контроль может быть выполнен только с помощью универсальных массовых расходомеров. Это объясняется тем, что с помощью датчика плотности, корректирующего показания расходомера, не представляется возможным с удовлетворительной точностью проводить непрерывный контроль плотности многокомпонентного потока.

Ввиду того, что в целом ряде объектов приходится выполнять автоматический контроль именно таких многокомпонентных потоков, в настоящее время ощущается острая потребность в массовых расходомерных системах универсального применения.

Принцип действия универсальных расходомеров основан на том, что потоку измеряемого вещества сообщается дополнительное движение, чтобы создать в потоке инерционные эффекты, по которым судят о величине массового расхода. В связи с этим данные расходомеры называют ещё инерционными. В зависимости от того, какое именно дополнительное движение сообщается потоку (при помощи вращающегося или колеблющегося звена), на чувствительном элементе прибора возникает или усилие Кориолиса, или гироскопический, или инерционный момент.

Существуют инерционные расходомеры двух типов: расходомеры с вращающимся или колеблющимся участком трубопровода сложной конфигурации. К ним относятся гироскопические и кориолисовы расходомеры; турборасходомеры.

 МАССОВЫЕ ТУРБОРАСХОДОМЕРЫ Данные приборы из-за простоты конструкции и достаточно высокой точности измерения массового расхода получили широкое применение за рубежом и успешно осваиваются отечественной промышленностью.

Принципиальная схема массового турборасходомера одной из наиболее распространенной конструкции приведена на рисунке 3.8. Прибор работает следующим образом: ведущая турбинка 6, принудительно вращаемая с постоянной угловой скоростью двигателем 7, закручивает поток измеряемого вещества, создавая в нем инерционный момент, пропорциональный массовому расходу Закрученный поток, проходя через ведомую турбинку 5, жестко связанную с упругим элементом 2, поворачивает ее на определённый угол.Кроме того, на показания турборасходомеров влияет изменение вязкости измеряемой среды, а их надежность ограничивается наличием изнашивающихся опор.