Устройство для непрерывного контроля плотности и вязкости жидкости в трубопроводе — SU 1746252 (original) (raw)

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 9 у .ЪР Ц ц 5 60 1 00 ГОСУДАРСТВЕННЫЙПО ИЗОБРЕТЕНИЯМПРИ ГКНТ СССР ОМИТЕТОТКРЫТИЯМ РЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ ЕТЕЛЬСТВУ Изобретенной технике, в декса корреля может быть ис ческого углеро нефтеперераб дородное сырь ие относится частности кии углеводор ользовано на да, а также на тки, произво к измеритель- измерению инодного сырья, и заводах технипредприятиях дя,щих углевоо для идкой рещено уждее устроист вязкости ж камертонн ого разме ва для воэ иства являетс ния эа счет за отерь, возник опровода с рез я сни- вихре- ающих ат ПИСАНИЕ ИЗ(71) Киевский политехнический институт им,50-летия Великой Октябрьской социалистической революции(56) Авторское свидетельство СССР(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОГОКОНТРОЛЯ ПЛОТНОСТИ И ВЯЗКОСТИЖИДКОСТИ В ТРУБОПРОВОДЕ(57) Изобретение позволяет определить индекс корреляции сырья для производства Известно вибрационноизмерения плотности истей. содержащее полыйзонатор, внутри которобтекаемое тело, устройстния и съема колебаний,, Недостатком устрожение точности измерений и гидравлических ив узле сочленения труб техуглерода в потоке при одновременном сокращении времени определения по сравнению с используемым лабораторным экспресс-методом более чем в два раза. Это достигается тем, что для измерения кинематической вязкости по времени истечения объема жидкости через капилляр используют столб жидкости фиксированной высоты, а плотность определяют путем измерения времени формирования фиксированного объема жидкости, состоящего из двух частей. Первая из них пропорциональная плотности жидкости, а время формирования второй определяют путем измерения ее времени истечения через турбулентный гидродроссель под воздействием силы тяжести столба жидкости фиксированной высоты. Предлагаемое техническое решение позволяет также повысить точность определения индекса корреляции. 1 з.п.ф-лы, 1 ил. ром, низкая надежность работы, обусловленная сложностью конструкции.Наиболее близким к предлагаемому потехнической сущности и достигаемому положительному эффекту является устройстводля измерения плотности и вязкости жидких.сред, содержащее проточный резонатор,выполненный в виде полой спирали, соединенной последовательно с трубопроводом,систем возбуждения колебаний, измерениячастоты и амплитуды колебаний,Недостатками известного техническогорешения являются обусловленное, сложностью конструкции снижение надежности работы и точности измерения за счетдополнительных погрешностей, возникающих из-за взаимного влияния амплитудногои частотного сигналов и влияния динамикипотока контролируемой жидкости, а также сложность обработки результатов измерения.Цель изобретения - повышение точности определения индекса корреляции углеводородного сырья путем повышения точности измерения плотности и вязкости при одновременном повышении надежности работы устройства.Поставленная цель достигается тем, что устройство для определения индекса корреляции, содержащее блок измерения кинематической вязкости и блок измерения плотности, дополнительно снабжено блоком термостатировайия, емкостью фиксированного уровня, средством отображения инфср:.;эцио и вычислительно управляющим блоком, При этом блок измерения кинематической вязкости выполнен в виде снабженной патрубком слива емкости для фиксирования объема жидкости, сообщенной посредством ламинарного гидродросселя с емкостью фиксированного уровня, Блок измерения плотности выполнен в виде снабженной патрубком слива второй емкости для фиксирования объема жидкости, сообщенной посредством кромки перелива со второй емкостью фиксированного уровня, снабженной патрубком слива.Устройство содержит также гидроподьемник гидролифт), выполненный в виде поплавка, размещенного внутри наливной камеры. К поплавку гидроподъемника прикреплен поплавок вытеснения, При этом вторая емкость для фиксирования объема жидкости посредством, турбулентного гидродросселя сообщена с емкостью фиксированного уровня, а наливная камера гидроподъемника, выполненная в виде снабженной патрубком слива емкости фиксированного уровня, через ромку перелива сообщена со второй емкостью фиксированного уровня. Для обеспечения возможности автоматического управления работой устройства патрубки слива емкостей для фиксирования объема жидкости, второй емкости фиксированного уровня и наливной камеры гидроподъемника снабжены клапанами, исполнительные механизмы которых, а также средство отображения информации подключены к вычислительно-управляющему блоку.Для повышения точности путем обеспечения узкопредельного измерения плотности устройство снабжено жестко соединенным с поплавком вытеснения дополнительным поплавком, наружный объем которого удовлетворяет соотношениюУдоем ПЬс/Рт,где гпс - масса поплавков: гидроподъемника, дополнительного и вытеснения, и элементов их крепления, кг;р т - верхний предел диапазона иэме нения плотности контролируемой жидкости, кг/м .На чертеже схематически. изображеноустройство.Устройство содержит блок термостати рования, выполненный, например, в видебака 1 с теплообменником 2 (типа "водяной бани" ). Внутри бака 1 размещены первая 3 и вторая 4 емкости фиксированного уровня, снабженные патрубками 5 и 6 слива, Ем кость 3 фиксированного уровня снабженапереливным патрубком 7 и сообщается посредством ламинарного гидродросселя 8 с первой емкостью 9 для фиксирования обьема жидкости, а посредством турбулентного 20 гидродросселя 10 - с второй емкостью 11для фиксирования объема жидкости. Емкости 9 и 11 снабжены патрубками 12 и 13 слива, а также сигнализаторами 14 и 15 уровней контролируемой жидкости в них со ответственно, Вторая емкость 11 для фиксирования объема жидкости посредством кромки 16 перелива сообщена также со второй емкостью 4 фиксированного уровня, которая, в свою очередь, посредством кромки 30 17 перелива сообщена с выполненной в виде емкости фиксированного уровня с патрубком 18 слива наливной камерой гидроподъемника 19, внутри которой размещен поплавок гидроподъемника 20, При 35 этом кромка 17 перелива размещена вышекромки 16 перелива. Внутри второй емкости 4 фиксированного уровня размещен поплавок 21 вытеснения, жестко соединенный посредством элементов 22 крепления с 40 поплавком гидроподъемника 20, Подводконтролируемой жидкости в первую емкость 3 фиксированного уровня осуществлен посредством трубопровода 23, а в наливную камеру гидроподьемника 19 и че реэ нее во вторую емкость 4 фиксированного уровня - посредством трубопровода 24.Подача контролируемой жидкости в трубопроводы 23 и 24 осуществляются посредством змеевика 25, размещенного внутри 50 бака 1, Патрубки слива: второй емкости 16фиксированного уровня, первой 12 и второй 13 емкостей для фиксирования объемов жидкости, наливной камеры гидроподъемниМа 18 снабжены клапанами 26-29, испол нительные механизмы 30 - 33 которых поуправлению подключены к вычислительноуправляющему блоку 34, Входы сигнализаторов 14 и 15 подключены к соответствующим входам вычислительноуправляющего блока 34, выход которогоподключен к средству 35 отображения информации,Кроме того, устройство снабжено дополнительным поплавком 36, соединеннымс поплавком 21 вытеснения посредствомжесткой связи 37, Причем наружный объемдополнительного поплавка 36 удовлетворяет соотношению (1),Устройство работает следующим образом.В исходном состоянии клапаны 26 - 29патрубков слива открыты, Теплообменник 2обеспечивает постоянное кипение жидкости, например воры, в баке 1 блока термостатирования. Контролируемая жидкость,проходя через находящийся в слое кипящейжидкости змеевик 25, нагревается до 100 С.Из змеевика 25 контролируемая жидкостьчерез трубопроводы 23 и 24 непрерывноподводится в первую емкость 3 фиксированного уровня и наливную камеру гидроподъемника 19, Для обеспеченияпостоянного обновления информации поизмеряемому параметру в емкости 3 онаснабжена патрубком 5 слива, проходное сечение которого выбирается таким, чтобыоно обеспечивало слив только некоторой части контролируемой жидкости, поступающей в емкость 3 из трубопровода 23 (этазадача может быть решена путем установкина патрубке 5 клапана с ручным управлением), Этим обеспечивается постоянный перелив контролируемой жидкости черезверхний срез переливного патрубка 7 и поддержание постоянного значения уровня Н 1контролируемой жидкости в емкости 3, Таким образом, на ламинарном гидродросселе 8 создается перепад давления ЬР,определяемый гидростатическим давлением столба контролируемой жидкости фиксированной высоты Н 1ЬР- РдН 1, (2)где р - плотность контролируемой жидко з,р - ускорение свободного падения,м/с .. Под воздействием этого перепада происходит истечение контролируемой жидкости через ламинарный гидродроссель 8 впервую емкость 9 для фиксирования объемажидкости. Объемный расход жидкости 0при этом описывается известной формулойПуазейляжблЬР50 ним, что в исходном состоянии клапаны 26;28 и 29 открыты, поэтому вторая емкость 4фиксированного уровня, вторая емкость 11для фиксирования объема жидкости и наливная камера гидроподъемника 19 опорожнены (жидкость, поступающая в емкость 11 через турбулентный гидродроссель 10, а в наливную камеру 19 - через трубопровод24, отводится соответственно через патрубки 13 и 18 слива). По команде вычислительно-управляющего блока 34 клапаны 26 и 29 Из выражения (3) с учетом подстановкиформулы (2) получими= К 1 КЧ, (4)ЛОлдН 15 д 128 1 Ч, 1 (5)Процесс истечения контролируемойжидкости через ламинарный гидродроссель8 происходит непрерывно, однако при открытом клапане 27 вся поступающая в ем 10 кость 9 контролируемая жидкость тут жеотводится иэ емкости через патрубок слива12. Измерение вязкости (измерение первойвремяизмерительной схемой блока 34 времени истечения 1 фиксированного объема15 контролируемой жидкости Чф 1 через ламинарный гидродроссель 8) начинается с момента закрытия клапана 27 по командевычислительно-управляющего блока 34. После достижения уровнем контролируемой20 жидкости в емкости 9 заданного значенияНф 1 (т.е, после истечения через гидродроссель 8 фиксированного объема Чф 1 контролируемой жидкости) сигнализатор 14уровня формирует сигнал, при поступлении25 которого на вход блока 34 последний фиксирует значение времени истечения 1, отсчитанного к этому моменту первойвремяизмерительной схемой. Зафиксиро ванное значение времени истечения посту 30 пит в вычислительное устройство блока 34,которое, реализовав формулу (4), вычислитзначение вязкости контролируемой жидкости при 100 С Р 1 оо и запомнит его для использования в дальнейших расчетах. После35 срабатывания сигнализатора 14 уровняблок 34 подает команду на открытие клапана 27 - мерная емкость 9 опорожняется иподготавливается к следующему измерению,40 Аналогично создается перепад давления на турбулентном гидродросселе 10. Изменение этого перепада при неизменномзначении уровня Н 1 в емкости 3 легкодостигается соответствующим перемещением45 гидродросселя 10 в вертикальной плоскости. Подготовка устройства к измерениюплотности контролируемой жидкости осуществляется следующим образом, Напомзакрываются, отвод жидкости, поступающей в наливную камеру 19 из трубопровода 24, прекращается, и наливная камера 19 заполняется контролируемой жидкостью, Всплывая, поплавок гидроподьемника 20 переместит вверх жестко соединенный с ним поплавок 21 вытеснения,Достигнув высоты кромки перелива 17, контролируемая жидкость переливается через него во вторую емкость 4 фиксированного уровня, иэ которой после ее заполнения сливается через кромку 16 перелива во вторую емкость 11 фиксирования объема жидкости через открытый клапан 28 патрубка 13 слива и отводится в слив беэ накопления в емкости 11. Подготовка к измерению плот ност и завершена. Измерение плотности начинается с подачи вычисли- тельно-управляющим блоком 34 на исполнительный механизм 33 команды на открытие клапана 29 патрубка 18 слива наливной камеры гидроподьемника 19, Уровень жидкости в наливной камере 19 начинает снижаться (требуемая скорость снижения уровня, а следовательно, и скорость опускания поплавков 20 и 21 регулируется выбором соответствующей степени открытия клапана 29). Поступление контролируемой жидкости иэ наливной камеры 19 во вторую емкость 4 фиксированного уровня прекратится и уровень контролируемой жидкости в ней опустится до фиксированного значения (излишек жидкости сольется через кромку 16 перелива),Вычислительно-управляющий блок 34 формирует команды на закрытие клапана 28 .и (одновременно) на включение второй времяизмерительной схемы, Поплавок 21 вытеснения, по мере сливания жидкости из наливной камеры .19 плавно опускается в контролируемую жидкость, наполняющую емкость 4 фиксированного уровня, вытесняя ее в емкость 11, После того, как поплавок гидроподъемника 20 полностью выйдет из контролируемой жидкости, уходящей из наливной камеры 19 через открытый клапан 19 патрубка слива 18, весь вес конструкции, включающий поплавок гидроподъемника 20, поплавок 21 вытеснения и жестко соединяющие их элементы 22 крепления (для краткости в дальнейшем эта конструкция именуется поплавковой системой), будет удерживаться на плаву в емкости 4 только выталкивающей силой, возникающей на по- груженом в контролируемую жидкость поплавке 21 вытеснения за счет вытеснения им некоторого количества жидкости. При этом вытесненный поплавком 21 объем жидкости перетечет из емкости 4 во вторую емкость 11 для фиксирования объема жидости через кромку 16 перелива, Усилиеравновесия, обеспечивающее плавучестьпоплавковой системы в контролируемойжидкости, согласно закона Архимеда, будет5 иметь видОпс =1 в, (6)где Опс = п 1 псд - вес поплавковой системы,Н;т.е = Р дЧп - выталкивающаЯ (ЭРхимеДО 10 ва) сила, Н;гппс - масса поплавковой системы, кг;р- плотность контролируемой жидко з,Ч, - обьем погруженной части поплавка15 вытеснения 21, эоавный объему вытесненнойим жидкости, м,Откудап 1 пс= р Чп (7)При постоянной массе поплавковой си 20 стемы впс обьем погружения поплавка 21вытеснения, а равно и объем жидкости, вытесненный из емкости 4 в емкость 11, будетопределяться только величиной плотностиконтролируемой жидкости. Таким образом,25 из емкости 4 во вторую емкость 11 для фиксирования обьема жидкости через кромку 16перелива перельется вытесненный поплавком 21 объем жидкости Чп, величина которого однозначно определяет величину30 . плотности р контролируемой жидкости. Поэтому для определения плотности р контролируемой жидкости необходимоизмерить величину объема Чп. Это осуществляется следующим образом,35 Как известно, расход жидкости черезтурбулентный гидродроссель От с площадью его отверстия 1 т и с перепадом давления Л Р связан зависимостью40 От =т 1 тХ 2 Л Р/р (8)где,и т - коэффициент расхода дросселя,Если перепад давления на дросселеобеспечивается гидростатическим давлением столба жидкости, то, подставляя (2) в 45 последнее выражение, получимОт = р т 1 т "Г 29 Н 1, (9)т,е, расход От не зависит от свойства жидкости, а определяется только высотой столба Н 1, Поскольку в емкости 3 уровень контролируемой жидкости является фиксированным (постоянным), то исключается возможность колебаний значения От по этому каналу воздействия. Как известно, для 55 турбулентных дросселей с малым отношением длины к диаметру коэффициент расхода может быть рассчитан по формуле5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 в которой коэффициент потерь доследует рассматривать, как коэффициент местных потерь на входе в дроссель, т.е.= 4 вх, а для дросселя с остроконечной входной кромкой 4 вх = 0,5, Таким образом, все величины, входящие в правую часть выражения (9), являются постоянными, а следовательно, и расход жидкости через турбулентный гидродроссель 10 СЬ является величиной постояннойой.Во второй емкости 11 для фиксирования объема жидкости с помощью сигнализатора 15 устанавливается требуемое значение фиксированного объема Чф 2, которое фиксируется по достижении уровнем контролируемой жидкости в указанной емкости отметки Нф 2, Отметим, что фиксированное значение объема заполнения емкости 11 Чф 2 (этот объем формируется из двух частей, первая из которых равна вытесненному объему Чп, а вторая - объему, оставшемуся до достижения значения Чф 2, т,е, равному разности Чф 2 - Чп) должно превышать максимально возможное значение объема Чп, вытесняемого поплавком 21 из емкости 4 (оно будет иметь место при минимальной плотности р контролируемой жидкости). После этого определяется время заполнения фиксированного объема Чф 2 только за счет истечения контролируемой жидкости в опорожненную емкость 11 через турбулентный гидродроссель 10. Пусть, например, это произойдет за время тф 2. Следовательно, изменению объема контролируемой жидкости в емкости 11 от нуля до Чф 2 (или уровня от нуля до Нф 2) можно поставить в соответствие временной отрезок от нуля до тф 2, т.е, мерную емкость 11 можно условно проградуировать (по уровню и объему жидкости в ней) в единицах времени,Итак, как уже было показано выше, после открытия клапана 29 поплавковая система начинает опускаться вниз, переток контролируемой жидкости из наливной камеры 19 в емкость 4 фиксированного уровня прекращается, уровень жидкости в емкости 4 занимает фиксированное значение и переток жидкости из емкости 4 во вторую емкость 11 для фиксирования объема жидкости также прекращается, По команде блока 34 закрывается клапан 28 и одновременно включается вторая времяизмерительная схема блока 34 (с момента закрытия клапана 28 мерная емкость 11 начинает заполняться контролируемой жидкостью через турбулентный дроссель 10), После этого, как описано выше, в емкость 11 через кромку перелива 16 перетекает вытесненный поплавком 21 объем Чп, пропорциональный измеряемой плотности р контролируемойжидкости. Непременное условие; переливвытесненной жидкости из емкости 4 в емкость 11 (т,е, формирование первой частификсированного объема Чф 2) должен заканчиваться раньше, чем через турбулентныйгидродроссель 10 в емкость 11 истечет вторая (оставшаяся до достижения фиксированного значения объема Чф 2) частьконтролируемой жидкости, чтобы можнобыаО четко зафиксировать время заполнения емкости 11 до уровня Нф 2. Время формирования (перелива) объема Чп в емкости11 не измеряется; а измеряется время истечения жидкости через турбулентный дроссель 10 до заполнения оставшейся частификсированного объема Чф 2, равной Чф 2- Чп, т,е, время формирования второй частиобъема Чф 2 в емкости 11.Фиксация измеренного второй времяИЗМЕРИтЕЛЬНОй СХЕМОЙ ВРЕМЕНИ Ти 2 ПРОИСходит в момент достижения уровнемзначения по срабатыванию сигнализатора15, сигнал с выхода которого поступает ввычислительно-управляющий блок 34, Затем вычислительное устройство блока 34вычисляет, какому временному отрезку соответствует величина объема Чп, а следовательно, какому временному отрезку трсоответствует определяемая вытесненнымобъемом Чп плотность контролируемой жидкости,О: Т = Тф 2 ти 2По измеренному значению т р вычисленное устройство блока 34 рассчитывает значение плотности контролируемой жидкостипо формулер=К; тр, (11)где К р - коэффициент преобразования поканалу измерения плотности.Следует иметь в виду, что.полученноетаким образом значение плотности соответствует плотности контролируемой жидкостипри температуре 100 С, а для вычисленияиндекса корреляции используется значениеплотности при температуре 20 С - р 2 о Переход от р 1 оо к р 2 о осуществляется вычислительным устройством блока 34 по.общеизвестной формуле,После измерения значений т и тр вычислительно-управляющий блок 34 подаеткоманду на открытие клапанов 26-29 и емкости 4, 9, 11 и 19 опорожняются - начинается подготовка устройства к следующемуциклу измерений, Значения т и т;: поступают в вычислительное устройство блока 34,где осуществляется вычисление значенийР 1 оо и р 2 о, а затем по известной формулеИ К = 915,97 р 2 о + 23, 68/ 1 г 1 оо - 199,63 хх ( Р 20) - 629,76вычисляется значение индекса корреляции ИК, значение которого поступает на вход средства 35 отображения информации.Узкопредельное (дифференциальное) измерение плотности контролируемой жидкости осуществляется следующим образом,При плотности контролируемой жидкости, равной верхнему пределу измерения Р т, поплавок вытеснения 21 будет удерживаться (подъемной силой дополнительного поплавка 36) над поверхностью контролируемой жидкости в емкости 4, при этом объем вытесненной жидкости Чп = О, а измеренное время истечения через гидродроссель 10 будет равно времени истечения полного объема Чф 2, т.е. 1 ф 2. При уменьшении плотности контролируемой жидкости подъемная сила дополнительного поплавка 36, равная р Чдп, уменьшиться, так как объем его Чдп постоянен. Недостача величины Е до соответствующей условию (6) будет компенсироваться соответствующим погружением поплавка 21 и вытеснением им в емкость 11 объема контролируемой жидкости, пропорционального отклонению текущего значения ее плотности от значения верхнего предела измерения рп. Преобразование величины вытесненного объема жидкости Чп во время осуществляется так же, как было описано выше, а формула вычисления плотности (11) преобразуется к видур= р, - К т,где рт- верхний предел измерения плотности, кг/мЗдесь составляющая К. ту соответствует уже не полному значению плотности р, а только узкому диапазону измерения. Такое решение позволяет не только существенно повысить точность измерения плотности, но и обеспечивает значительное уменьшение габаритов емкости 11 и поплавковой системы в емкости 4,Использование предлагаемого технического решения, реализующего наиболее точные способы определения плотности (ареометрический) и вязкости(истечения через капилляр), при определении индекса корреляции углеводородного сырья в производстве техуглерода позволит повысить качество получаемого технического углерода при более рациональном использовании углеводородного сырья.Формула изобретения, 1, Устройство для непрерывного контроля плотности и вязкости жидкости в трубопроводе, включающее блоки измерения плотности и вязкости, о т л и ч а ю щ е е с яментов их крепления, кг;55 . р т - верхний предел диапазона изменения плотности контролируемой жидкости, кг/мэ. 5 101520 25 3035 40 45 50 тем, что, с целью повышения точности определения индекса корреляции путем повышения точности измерения плотности и вязкости при одновременном повышении надежности в работе, оно содержит блок термостатирования, емкость фиксированного уровня, сообщающуюся посредством ламинарного гидродросселя с блоком измерения вязкости, а посредством турбулентного гидродросселя - с блоком измеренияплотности, средство отображения информации и вычислительно-управляющий блок, при этом блок измерения вязкости выполнен в виде снабженной патрубком слива емкости для фиксирования объема жидкости, сообщенной посредством ламинарного гидродросселя с емкостью фиксированного уровня, а блок измерения плотности выполнен в виде снабженной патрубком слива второй емкости для фиксирования объема жидкости, сообщенной посредством кромки перелива со снабженной патрубком слива второй емкостью фиксированного уровня, гидроподъемника, содержащего наливную камеру и расположенный внутри нее поплавок, поплавка вытеснения, прикрепленного к поплавку гидроподьемника, при этом вторая емкость для фиксирования обьема жидкости посредством турбулентного гидрод росселя сообщена с емкостью фиксированного уровня, а наливная камера гидро- подъемника, выполненная в виде снабженной патрубком слива емкости фиксированного уровня, посредством кромки перелива сообщена с второй емкостью фиксированного уровня, причем, патрубки слива емкостей для фиксирования объема жидкости, второй емкости фиксированного уровня и наливной камеры гидроподъемника снабжены клапанами, исполнительные механизмы которых и средство отображения информации подключены к вычисли- тельно-управляющему блоку,2. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения точности путем обеспечения узкопредельного измерения плотности, оно снабжено жестко соединенным с поплавком вытеснения дополнительным поплавком, обьем которого удовлетворяет соотношениюЧдп " п 1 пс//.где апс - масса поплавков гидроподъемника, дополнительного и вытеснения,и эле1746252 Составитель М,Лукин юкТехред М.Моргентал Корректор П.Гереши Редактор Н.Лазэрен Т оизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул, Гагарина Заказ 2389 ВНИИПИ Гос твенного комитета по 113035, Москва, ЖПодписноебретениям и открытиям при ГКНТ СССРаушская наб., 4/5

Смотреть

Устройство для непрерывного контроля плотности и вязкости жидкости в трубопроводе