Статья опубликована в №27 (ноябрь) 2015
Разделы: Техника
Размещена 25.11.2015. Последняя правка: 30.11.2015.
Просмотров - 2907

КОНТРОЛЬ УРОВНЯ ЖИДКОСТИ. НКТ

Несветайло Татьяна Владимировна

Омский государственный технический университет

студент

Пеннер Виктор Андреевич, кандидат технических наук, доцент (ВАК)

УДК  620.193.1 

В связи с высокой стоимостью вновь приобретаемых насосно-компрессорных труб (НКТ) и штанг и, как следствие, значительных затрат на их приобретение и транспортировку до мест эксплуатации все большую актуальность приобретает ремонт труб. НКТ, бывшие в эксплуатации, должны быть очищены от грязи, отложений парафина, солей. Для решения данной задачи предназначен цех мойки и диагностики, разработанный с учётом использования в производстве современных систем контроля и управления технологическими процессами. Работы проводятся с набором необходимого основного  и основного технологического оборудования.

К основному оборудованию относят моечные машины НКТ, а также контрольно-диагностическое оборудование. Наружная и внутренняя поверхность трубы проводится мойкой пароводяным способом. Она осуществляется горячей водой (температура t=90-95°С), подаваемой под напором 0,4-0,5 МПа. Для более качественной очистки труб в технологический процесс мойки  включают активные добавки к воде.

В состав вспомогательного оборудования входят механизмы осевой подачи (рольганги), механизмы  перегрузки (съемоукладчики), механизмы  вращения, подъемники, распределители карманные, стеллажи, скаты [2].

Качество процесса контроля приемлемо, если достоверна измерительная информация, что достигается проведением измерений с погрешностью, не превышающей допустимую. Задача разработки методики технических измерений, исключающей методические погрешности,  является весьма актуальной.  

Для измерения уровня воды используются различные датчики и уровнемеры, некоторые из которых представлены на Рис.1.

                                                                        Рис.1. Индикаторы уровня жидкости

Известно, что при изменении уровня жидкости величина суммарной ёмкости конденсатора изменятся, т.е. при включении конденсатора в электрическую цепь, можно отследить изменение ёмкости. А, значит, можно однозначно судить об изменении уровня жидкости.

Рассмотрим классификацию  типов датчиков по принципу действия.

1. Емкостной датчик уровня (Рис.2)  работает на высоких частотах радиозлучения. Основное достоинство – отсутствие чувствительности к налипанию контролируемого материала. В ситуации, где невозможно применить вибрационный датчик или другие сигнализаторы, данный датчик является отличным решением.

Принцип работы основан на свойстве конденсатора: при изменении состава и распределения материала диэлектрика, разделяющего пластины конденсатора, он изменяет свою емкость. 

                                                                   Рис.2. Общая схема емкостного датчика уровня

Емкостные датчики прочны и надежны, за счет отсутствия подвижных элементов. Недостатками являются температурная зависимость и нахождение в жидкости.

2. Поплавковый датчик уровня имеет достаточно простую конструкцию. Существует несколько конфигураций, выдающих на выходе как дискретный, так и непрерывный сигнал, последние можно разделить на две категории – механические и магнитострикционные [1].

Дискретный выходной сигнал используется для «пошагового» мониторинга уровня жидкости в резервуаре. Таким образом, дискретный датчик уровня (Рис.3) сообщает, достиг ли уровень жидкости конкретной отметки или нет. Если необходимо поддерживать постоянный уровень жидкости в резервуаре, выходной сигнал может непосредственно управлять силовым реле, открывающим/закрывающим входной/выходной клапан резервуара.

Рис. 3. Общая схема поплавкового датчика уровня с дискретным выходом

Дискретные поплавковые датчики дёшевы, просты и достаточно надёжны, однако требуют погружения в жидкость и имеют подвижную механику. Датчиками магнитострикционного типа называются  поплавковые датчики, выдающие непрерывный сигнал (Рис. 4). Поплавок, содержащий постоянный магнит, может свободно передвигаться вдоль направляющей, внутри которой располагается волновод из магнитострикционного материала. По временной задержке между отправкой импульса тока и получением механического импульса судят о расстоянии до поплавка, а значит и об уровне жидкости в резервуаре.

                                                                   
Рис. 4. Общая схема магнитострикционного датчика уровня

3. В ультразвуковом датчике уровень определяется следующим образом. Расстояние до поверхности жидкости, т.е. её уровень, определяется временной задержкой между излучением и приёмом, зная скорость распространения ультразвука в данной газовой среде.
4. В радарном датчике уровня (Рис. 5) уровень жидкости определяют по величине задержки сигнала относительно сигнала источника при расположении излучателя-приёмника внутри резервуара. Жидкость отражает излучение локатора. О расстоянии до поверхности жидкости говорит величина частотного сдвига, временная задержка между двумя сигналами.

                                                                                        Рис. 5. Радарный датчик уровня

5. В гидростатическом датчике уровень жидкости в резервуаре определяется путём измерения гидростатического давления столба жидкости над чувствительным элементом датчика, так называемом детектором давления.
Известно, что высота столба определённой жидкости пропорциональна давлению в данной точке (1):

 где:

P – давление в данной точке,
ρ – плотность жидкости,
g – ускорение свободного падения,
h – высота столба жидкости над чувствительным элементом

В результате сравнения различных датчиков уровня можно сделать вывод о диапазоне их применения с учетом достоинств и недостатков. Так, несмотря на простоту и высокую чувствительность емкостных датчиков, влияние внешних электрических полей, относительная сложность измерительных устройств позволяет использовать данные датчики только для измерения угловых перемещений, очень малых линейных перемещений, вибраций. Также возможно использование для воспроизведения заданных функций.

Поплавковые датчики уровня жидкостей применяют в механических измерительных приборах для преобразования показаний в электрические величины, в системе сточных вод. Они являются самыми простыми по конструктивному исполнению и принципу действия. Не предназначены для работы в низких температурах, с липкими и засыхающими веществами.

Измерение уровня жидкости ультразвуковым датчиком уровня требует больших расходов. Но у данных датчиков есть неоспоримое достоинство перед другими датчиками: удобство измерения в труднодоступных резервуарах.

Радарные датчики уровня сравнительно недороги, но при этом обеспечивают высокую точность измерений в небольших резервуарах вне зависимости от условий монтажа, в сложных, в том числе агрессивных и взрывоопасных условиях, а также при больших температурах и давлении. Кроме того, они работают без контакта со средой в диапазоне до 70 метров.

Гидростатический датчик уровня обладает высокой эксплутационной надёжностью. Данный датчик используется в промышленности для измерения уровня жидкости в резервуарах высокого давления: паровых котлах, перегонных кубах, реакторах.

При эксплуатации трубопроводов происходит износ труб и муфт по резьбе и телу, а при наличии коррозионно-активных веществ в продукции скважины они подвергаются коррозионному износу. В скважинах, которые эксплуатируются штанговыми насосами, интенсивно изнашивается внутренняя поверхность труб штангами.

Таким образом, проанализировав современные источники, можно сделать вывод, что именно от состояния внутренней поверхности деталей трубопровода зависит долговечность и экономичность эксплуатации. Очистка трубопровода от внутренних отложений, профилактика парафиновых отложений на стенках должны производиться своевременно для подготовки участка нефтепровода к внутритрубной инспекции и испытаниям. Контроль и определение уровня  жидкости  в совокупности с устройствами, осуществляющими  анализ и вывод информации, представляет собой устойчивую систему управления технологическим оборудованием.

1. Макаров С.А. Модернизация информационной системы диагностики исправности датчиков карьерных автосамосвалов / С.А. Макаров// Дипломная работа. - 2012. - С. 11-21.
2. Пеннер В.А. Цех мойки и Диагностики насосно-компрессорных труб и штанг к насосам / В.А. Пеннер, А.П. Моргунов // Омский научный вестник. - 2012. - С. 97-99.

Рецензии:

26.11.2015, 1:24 Лобанов Игорь Евгеньевич
Рецензия: Работа не оставляет впечатления чисто научной статьи. Приведена классификация диагностических систем без сравнительного анализа. Предлагаю добавить сравнение представленных датчиков между собой и сделать выводы о диапазоне их применения. После внесения исправлений статья может быть рекомендована к публикации.

Комментарии пользователей:

Оставить комментарий