Датчик контроля уровня границы раздела вода-нефть

(51)4 С 01 Р 23/2 УДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ПИСАН ОБРЕТЕНИ(56) 1. Авторское свидетельство СССР У 317915, кл. С 01 Р 23/24, 19 б 9.2. Авторское свидетельство СССР У 252059 ь кл С 01 Р 23/24 1969.3. Комплекс "Сигнализация и управление уровнем раздела фаз вода - нефть". Техническое описание и инструкция по эксплуатации АИС 2 834 002 ТО. - Рязань: Рязанское СКБ НПО "Нефтьхимавтоматика 1979. (54)(57) ДАТЧИК КОНТРОЛЯ УРОВНЯ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ВОДА - НЕФТЬ, содержаИ АВТОРСКОМУ СВ щий электрод в виде соединенного сизмерительным прибором стержня состаканом, наполненным водой, изоляторы стержня и стакана и защитныйпатрон, размещенный на изоляторестержня, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения надежности работы в условиях периодически повторяющихся колебаний давленияи уровня границы раздела, защитныйпатрон выполнен в виде воронки, размещенной на изолированном стержне свозможностью перемещения и состоящейиз двух частей, верхняя из которыхпредставляет собой цилиндр, а нижняя - усеченнъй конус, обращенныйбольшим основанием в сторону стакана, отношение диаметра большего основания конуса к диаметру стакана составляет не менее 1,4, а отношение расстояния между конусом и .стаканом к диаметру стакана находится в пределах 1-1,5.Изобретение относится к контролюуровня и может быть использовано дляконтроля и сигнализации уровня раздела минерализованной воды и нефти.Известны контактные датчики уровня, принцип действия которых основанна замыкании электрической цепи припогружении датчиков в контролируемую жидкость 1,Однако при контролировании уровня раздела воды и нефти электродымогут покрываться изолирующей нефтяной пленкой и солями, что делаетих неработоспособными.Известен датчик уровня для электропроводных жидкостей, содержащийстойку-электрод, связанный с емкостью, вторые электроды в виде стержней, размещенные внутри цилиндрических патронов, открытых снизу. Электрод изолирован втулкой и герметизирован в верхней части патрона. Изолятор защищен от воздействия воды 12,Недостатком этого датчика является незащищенность электрода-стержняот воздействия нефти, в результатечего чувствительность датчика приработе в среде нефть - вода понижается. Кроме того,при резком снижении давления контролируемой среды,возможном в технологических аппаратах, например в насосах объемноговытеснения, в результате резкого расширения газа происходит выброс нефтии газа из патрона и замещение их водой, что при последующем повышениидавления приводит к понижению надежности датчика.Наиболее близким к предлагаемомуустройству является устройство дляконтроля границы раздела вода -нефть, содержащее трубу - корпус,внутри которого концентрично размещен электрод - стержень, изолированный от корпуса по торцам фторпластовыми втулками, а полость между корпусом и электродом залита маслом, нижняя часть электрода помещенав стакан, электрически связанный состержнем и покрытый снаружи изолятором. На корпусе расположен зонт,предупреждающий попадание взвешенныхчастиц в стакан, Корпус . датчика закреплен и электрически связан с металлической емкостью, которая является вторым электродом, Стакан предварительно заливается электропроводной:жидкостью - водой. При работе5 О 15 20 25 30 35 40 45 50 Зазор между патроном и стаканом определяется условиями беспрепятственного подъема контролируемой границы раздела вода - нефть и предотвращения застревания вязкой эмульсии в зоне контроля. в среде минерализованная вода - нефтьв стакане электрода всегда находитсявода, защищающая чувствительную частьот нефти, и при подъеме уровня раздела фаз зеркало электрода очищается 3.Недостатком известного устройстваявляется появление постоянной электрической связи, обусловленной образованием токопроводящих кристаллических структур на поверхности изолятора - втулки прц , в :.:тельном воз"действии минерализова. ной воды.Цель изобретения - повышение надежности работы в условиях периодически повторяющихся колебаний давления и уровня раздела жидкостей.Поставленная цель достигаетсятем, что в датчике контроля уровняграницы раздела вода - нефть, содержащем электрод в виде соединенногос измерительным прибором стержня состаканом, заполненным водой, изоляторы стержня и стакана и защитныйпатрон, защитный патрон выполнен ввиде воронки, размещенной на изолированном стержне с возможностью перемещения и состоящей из двух частейверхняя из которых представляет собой цилиндр, а нижняя - усеченный конус, обращенный большим основаниемв сторону стакана, причем отношение внутреннего объема цилиндрической части к общему внутреннему объемупатрона равно отношению минимальногодавления контролируемой среды к максимальному давлению, отношение диаметра большего основания конуса кдиаметру стакана составляет не менее 1,4, а отношение расстояния между конусом и стаканом к диаметрустакана находится в пределах 1-1,5,Соотношение объемов выбрано так,что при минимальном давлении газ занимает весь. объем патрона, а при максимальном только объем цилиндрической части и внутренняя поверхностьцилиндрической части не смачиваетсяводой, чем обеспечивается поверхностная электрическая прочность изолятора электрода,42837 314В совокупности предлагаемые соотношение диаметров не менее 1,4 и за"зор 1-1,5 обеспечивают, кроме тогонадежную защиту стакана электродаот попадания механических частиц.На чертеже изображен предлагаемыйдатчик,Датчик включает в себя стерженьэлектрода 1 с изолятором 2, стакан3 электрода с изолятором 4 и защитный патрон 5, верхняя часть котороговыполнена в виде цилиндра, а нижняя -в виде конуса, Патрон может передвигаться по изолятору и фиксироватьсяна шпильках 6, при этом объем цилиндрической части может изменятьсяа значит,изменяется и отношение объема цилиндрической части патрона кего объему. Корпус емкости 7 представляет собой второй электрод,Электрод 1 через стакан 3 и корпус емкостиприсоединен к вторичному прибору 8.Датчик уровня работает следующимобразом.При повышении уровня нефти в емкости 7 нефть попадает в патрон 5,затем при повышении давления средыобъем газовой шапкив патроне 5уменьшается до минимального, но занимает всю цилиндрическую частьпатрона, устанавливаемую заранее передвижением патрона относительно изолятора 2 и фиксированием с помощьюгаек на шпильке б. Этот объем гарантирует несмачиваемость части изолятора 2 в случае открытой поверхности воды в патроне при максимальном давлении среды. Эмульгированнаяв воде нефть, оказавшись в зоне датчика, поднимается в конус патрона5, вытесняет воду и образует пленку,толщина которой увеличивается по мере уменьшения диаметра конуса. Водав стакане 3 закрыта нефтью, а электрическая цепь между электродом 1 икорпусом емкости 7 включена на сопротивление.По мере подъема уровня разделавода вытесняет нефть с поверхностиводы в стакане, электрическая цепьзамыкается и вторичный прибор 8 выдает, соответствующий сигнал. Зазормежду стаканом 3 и патроном 5 и соотношение их диаметров обеспечиваетбеспрепятственное прохождение граниВНИИПИ Заказ 6374/38 цы Раздела вверх и вниз относительно зеркала стакана 3, четко фиксируя моменты прохождения границы раздела. Изоляторы 2 и 4 электрода препятствуют случайному замыканию электрической цени вне зоны контроля, При резком снижении давления среды (в момент выравнивания давления с другой емкостью в насосе объемного вытеснения) объем газа, заключенный в цилиндрической части патрона 5, резко расширяется, но при прохождении конусной части по мере увеличения сечения скорость газа уменьшается, а давление увеличивается, препятствуя выбросу из патрона 5 нефти и газа. При дальнейшем понижении уровня раздела жидкостей нефть покрывает зеркало стакана 3, электрическая цепь электрод 1 - корпус емкости 7 размыкается и вторичный прибор 8 выдает соответствующий оперативный сигнал.Таким образом, при любых характерных изменениях давления и уровня в контролируемой среде датчик надежно фиксирует прохождение границы раздела фаз относительно зеркала электрода. Наличие цилиндрической части в патроне 5 обеспечивает возможность установки относительно изолятора и гарантирует несмачиваемость изолятора электрода - стержня, а наличие конуса обеспечивает сбор изолирующего агента - нефти и газа из объема среды, защиту стакана электрода от попадания взвешенных частиц и сохранность изолирующей массы газа и нефти при изменяющихся параметрах среды. Предлагаемые соотношения диаметра конуса патрона к диаметру стакана электрода, а также зазоры между краями патрона и стакана обеспечивают беспрепятственное невозмущающее прохождение контролируемой границы раздела вода - нефть и предотвращают застревание вязкой эмульгированной нефти между стаканом и патроном.Известные вторичные приборы, предназначенные для работы с известными датчиками, не требуют изменений при использовании предлагаемого датчика.Предлагаемое устройство обладает простотой исполнения, удобством обслуживания и высокой надежностью по сравнению с известным.Тираж 717 Подписное 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55