Зависимость расхода и давления. Измерение расхода методом перепада давления. Устройства преобразования дельта «Р» в сигнал расхода
Для измерения расхода методом перепада давления существуют много различных видов устройств и приспособлений, которыми пользуются для преобразования перепада давления в сигнал расхода.
Устройства преобразования дельта «Р» в сигнал расхода
Тремя самыми распространенными устройствами являются манометры, мембраны и сильфоны. При помощи манометра можно снимать показание перепада давления непосредственно с прибора. Мембраны же и сильфоны можно подсоединять к контрольно-измерительным приборам.
Изучить последствия истощения запасов нефтяной скважины для оценки условий производства и рассмотреть необходимость искусственного подъема. Рассматриваемая скважина производит с постоянным устьевым давлением 250 фунтов на квадратный дюйм и контролируется дросселем.
Решение Изолируйте производительность резервуара, чтобы визуализировать эффект изменения пластового давления. В качестве узла выбирается текущее забойное давление при средних перфорациях, и, поскольку скважина производит в условиях критического потока, устьевая скважина будет служить в качестве конечного конца системы.
Манометр является одним из самых распространенных приборов, применяемых для контроля и измерения перепада давления. На изображенной схеме манометром измеряют перепад давления, созданный при помощи диафрагмы. Один конец манометра подсоединен к отбору высокой стороны, расположенному вверх по потоку относительно диафрагмы. Другой конец манометра подсоединен к отбору низкой стороны, расположенному вниз по потоку относительно диафрагмы. Во время того, как поток жидкости, газа или пара проходит через диафрагму, манометр воспринимает разницу в давлении, созданную диафрагмой, и показывает эту разницу посредством высоты жидкости в трубке. Шкала манометра позволяет снимать показание этой измеренной дельты «Р» фактически непосредственно с прибора.
Это указывает на то, что скважина не будет течь в этих условиях пласта. На основе этого анализа следует исследовать влияние снижения давления устья скважины, уменьшения размера трубопровода или установки искусственного лифта в начале срока службы скважины для повышения ее работоспособности.
Расчет расхода текучей среды путем считывания потерь давления по ограничению труб является, пожалуй, наиболее часто используемым методом измерения расхода в промышленных приложениях. Падения давления, вызванные широким спектром геометрических ограничений, были хорошо охарактеризованы на протяжении многих лет, и, по сравнению с Таблицей 2, эти первичные или «головные» элементы потока имеют множество конфигураций, каждый из которых имеет особые сильные и слабые стороны приложения, Вариации на тему измерения перепада давления.
Защита манометра от попадания жидкости, газа или пара из трубопровода обычно осуществляется в измерительных системах с помощью изолирующих мембран или с помощью каких-либо других способов.
На рисунке выше изображена схема, на которой мембрана выступает в роли устройства определения дельта «Р». На этой схеме мембрана помещена в камеру, в которую имеются входы с двух сторон. Один вход подсоединен к отбору высокой стороны, а другой вход подсоединен к отбору низкой стороны. Индикаторный рычаг закреплен в верхней части камеры, а его нижний конец крепится к мембране. Разница давлений внутри камеры приводит в движение мембрану, которая, в свою очередь, приводит в движение стрелку, заставляя ее отклоняться то в одну, то в другую сторону. По мере увеличения или уменьшения величины перепада давления механическое движение мембраны передается на индикаторный рычаг.
Включают использование трубок Пито и измерителей переменной площади и обсуждаются далее в этой главе. В 18 веке Бернулли впервые установил связь между статической и кинетической энергией в потоке. Когда жидкость проходит через ограничение, она ускоряется, и энергия для этого ускорения получается из статического давления жидкости. Следовательно, линейное давление падает в точке сужения. Часть падения давления восстанавливается по мере возврата потока на неограниченную трубу. Измеряется разность давлений, разработанная элементом потока, и скорость, объемный расход и массовый расход могут быть рассчитаны с использованием следующих обобщенных формул.
Это схема, в которой для преобразования величины дельты «Р» в механическое движение использованы два гофрированных сильфона. Детали изображенной схемы включают в себя: два соединенных вместе сильфона с перегородкой между ними, рычаг, индикаторную стрелку и шкалу.
Сильфон, обозначенный буквой «А», подсоединяется к отбору высокой стороны, а сильфон под буквой «В» подсоединяется к отбору низкой стороны. Сильфоны помещены в камеру. Перегородка же между сильфонами может свободно перемещаться. С помощью рычага, закрепленного на перегородке, механическое движение сильфонов передается на индикаторную стрелку, которая может перемещаться вдоль шкалы.
Эти параметры могут быть вычислены из уравнений или считаны из графиков и таблиц, доступных из Американского национального института стандартов, Американского института нефти, Американского общества инженеров-механиков и Американской газовой ассоциации и включены во многие из работ, перечисленных в качестве ссылок в конце этой главы. Коэффициенты разряда первичных элементов определяются лабораторными испытаниями, которые воспроизводят геометрию установки. Опубликованные значения обычно представляют среднее значение для этой геометрии в течение минимум 30 прогонов калибровки.
Формула для расчета расхода на основе перепада давления
Формула для расчета расхода звучит так - величина расхода прямо пропорциональна квадратному корню отношения, измеренному в данный момент показанию дельты-Р к величине максимальной дельты-Р в процентном выражении.
Для того, чтобы преобразовать фактическое показание дельты-Р в показание расхода требуются три основные величины: величина максимального расхода в системе, величина максимального перепада давления при максимальном расходе и измеренное показание перепада давления. Упрощенной формулой, в которой для преобразования перепада давления в расход использованы эти три величины, будет следующее выражение:
Неопределенность этих опубликованных значений варьируется от 5% до 3%. Используя такие опубликованные коэффициенты разряда, можно получить достаточно точные измерения расхода без калибровки на месте. Калибровка на месте требуется, если испытательные лаборатории недоступны или если требуется более высокая точность, чем та, которая предусмотрена вышеописанным диапазоном неопределенности. Соотношение между потоком и падением давления зависит от профиля скорости, который может быть ламинарным или турбулентным в зависимости от числа Рейнольдса, который для потоков жидкости может быть рассчитан с использованием соотношения.
Этой формулой будет легче воспользоваться, если разбить ее на три последовательных действия:
1) Разделить измеренное показание перепада давления на величину максимального перепада давления;
2) Вычислить квадратный корень от результата, полученного в первом действии;
3) Умножить полученный результат квадратного корня на величину максимального расхода. Полученный в третьем действии результат равен фактическому расходу в измеряемой системе.
Устройства преобразования дельта «Р» в сигнал расхода
При низких числах Рейнольдса поток является ламинарным, а профиль скорости параболическим. При высоких числах Рейнольдса поток становится полностью турбулентным, и получающееся в результате смешение приводит к равномерной осевой скорости по трубе. Как показано на рис. 1-5, переход между ламинарным и турбулентным потоками может охватывать широкий диапазон чисел Рейнольдса; зависимость от коэффициента разряда зависит от конкретного первичного элемента.
Сегодня многие инженерные общества и организации и большинство. Эти программы включают требуемые данные из графиков, диаграмм и таблиц, а также эмпирические уравнения для коэффициентов потока и коэффициентов коррекции. Некоторые из них включают данные о физических свойствах многих распространенных жидкостей. Пользователь может просто ввести данные приложения и автоматически найти рекомендуемый размер, хотя эти результаты должны быть проверены на разумность вручную.
