автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.13, диссертация на тему:Термоакустический анализатор концентрации воды в углеводородных эмульсиях

^ \ 1 2 1-» -ь

АЗЕРБАЙДЖАНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ НЕФТЯНАЯ АКАДЕМИЯ

На правах рукописи

МАХМУДОВ ЧИНГИЗ КЯЗИМ оглы

ТЕРМОАКУСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗАТОР КОНЦЕНТРАЦИИ ВОДЫ В УГЛЕВОДОРОДНЫХ ЭМУЛЬСИЯХ

Специальность 05.11.13 — Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Баку —

1992

Работа выполнена о Азербайджанском государственной нефтяной тякадемии.

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Л. В. ПЛЯСОВ

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Р. М. КАСИМОВ, кандидат технических наук, доцепт Т. М. КАСИМ-ЗАДЕ.

Ведущая организация: АзНПО «Нефтегазавтомат».

Защита состоится «2.9» . ^ . . 1992 г. в час.

на заседании специализированного совета К 054.02.05 по присуждению у чей'1 *' с ¡степп кандидата технических наук в Азербайджанской государств иной IX фтяпон академии (370601, г. Баку, пр. Азадлыг- 20).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Академии. Автореферат разослан . К^.')1. Л . . 1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета, к. т. н., доцент

Э. А. ТУРГИЕВ.

-3-. '"^7

ОБДЛЯ XAPAKTÜ?ЛСТЛКА РАБОШ .....-'cü/

Актуальность проблема.

Проблз..1а качества стоит в ряду в&кнейлих экономических задач. Ведущая- роль при рзленчн вопроса улучшения качества отводится в иеэтзперерабаклзающей я нефтедобывающей отраслях промышленности подсистзче аналитического контроля, базирующейся на различные анализаторах состава физкко-хи:шческ;гх' свойств и показателей качества сирья и конечных продуктов. Просчеты при управлении современными установками первичноЛ переработки нефти, годность которых достигает 6-I.J млк.т в год, недопустимы. Это определяет десткяе требования к контроля качества-потоков в лз$тзлэрорабл,т;ыза.ощок л нефтедобывающей лоомиплекнос-ти.

Одно из важнейших значений имеет определение содержания воды в нефтях л нефтепродуктах, представляющих собой углеводородные эмульсии типа вода в масле. Контроль указа:шогс параметра осуществляется либо с помощью лабораторных методов и средств, либо- промышленных анализаторов, которые в основном на обеспечизают необходимую скорость и точность получения измерительной информации, сло:лш и громоздки в исполнении, мало-надааш в -эксплуатации, и что очень существенно, чувствительны к место рождению аефтн при анализе нефтяных э;<ульсл?..

Вылеизлахенное подчеркивает нзобход.мость и актуальность решения задачи по созданию нозых эффективных методов и средств контроля за содержанием воды в углеводород-шх эмульсиях - з частности в нефтях. При выбора диапазона разрабатываемых анализаторов концентрации воды в нефтяных'.эмульсиях необходимо исходить из того факта, что он доляен охватывать нормативные значения содержания воды в нефтях, поступающих с нефтедобывающих предприятий на нефтеперерабатывающие предприятия /I У', об./.

Одним из перспективных методов контроля за содержанием воды в углеводородных эмульсиях введу простоты конструктивного исполнения и надежности в эксплуатации является термоаку-ст гаеский метод. Однако известные в настоящее время аналитические средства, реалиг.ующиэ гермоакустический нринцип измерения, дающее качественную и количественную оценку содержания воды в углеаодорэдних ^.гульемях, и представляющими собой

собок усгри«.стза с непрерывным тепловым воздействием на анализируемое вз-цэство, ;шют малоз быстродействие я низкие метрологические характеристики.

В свете вилзсказанного, представляется целесообразны!.! и актуальным проведение исследований л разработок, направленных .на создание быстродзйствузодих тзрмоакустическж средств контроля не уступающих по техническим л глетрологичесйка характеристикам су-цэствукцим средствам и инвариантных к м9сторо:адению анализируемых нефтяных эмульсий.

Работа выполнялась в соответствия с планом НИР в области петрологии'и стандартизации на I¿87-30 г.г. Госкомитета по на-", родному образованна ССР/приказ Минвуза СССР и- 727 от Ю» 10 • 87/ и в ра;жах Государственных планов экономического и социального развития Азарб.ССР на 1936-90 г.г. по госбюджетной тематике /постановление С.»1 Азерб.ССР Р 385 от I2.I2.B5 г./.

Поль работы: создание теоретических основ работы термоакустических средств аналитического контроля, оснозанных на • импульсном тепловом воздействии на анализируемую гробу и регистрации 'возникающего при этом акустического сигнала; разработка принципов их построения и методики расчета, а также решение актуальной задачи - создание быстродействующего, простого и надеяного в эксплуатации анализатора концентрации воды в углеводородных эмульсиях, в том числе нефтях, инвариантного к месторождению анализируемой нефтяной эмульсии.

Научная новизна: обоснована теоретически и проверена экспериментально возможность реализации оперативного термоакустического "контроля содержания воды в углеводородных эмульсиях и найдено новое релеше задачи анализа концентрации воды в нефти и нефтепродуктах.

Создана математическая модель сигнала термоакустического ( анализатора, основанная на совместном релении уравнений нестационарной теплопроводности для импульсного теплового воздействия на анализируемую эмульсию и уравнений акустики.

Предложены схемы и конструктивное решение первичного измерительного преобразователя и термоакустического анализатора концентрации воды в углеводородных эмульсиях, обеспечивающие простоту изготовления и надежность в эксплуатацч:;,

• Разработана методика расчета термоакустичэокого анализа-

тора концентрации зоды в углеводородных эмульсгах, основанная на созданных математических моделях и заданних его характеристиках.

Результаты разработок завидены авторски: свидетельством.

Практическая ценность работа; при-мэненне тзрмоакуст-.гчаских средств аналитического контроля, основанных ¡¡я кз-лзрэнки акустического сигнала, сопровождающего импульсный прогрев анализируемой з:гульсл[;, позволяют релить задачу оперативного контроля концентрации воды в нефти и нефтепродуктах.

Проведенные исследования позволили разработать принцип построения быстродействующего термоакустического анализатора концентрации воды в углеводородных эмульсиях, в том числе нефтяных, с >айтульсньг,{ подводом тепли к анализируемой пробе, сигнал которого не зависит от месторождения исследуемых неф-тей, определить его рациональную конструкцию и релсимныэ параметры. Созданная математическая модель работы термоакустических средств аналитического контроля и разработанная на ее основе методика расчета позволяют с достаточной для практики аналитического приборостроения точностью осуществить проектирование названных средств.

Внедрение термоакустического анализатора концентрации воды в углеводородных эмульсиях позволяет при высокой надежности в эксплуатации и простоте конструкции проводить оперативный контроль за содержанием зоды в нефти и нефтепродуктах и тек самым значительно повысить -эффективность управления производственными процессами в нефтеперерабатывающей и нефтедобывающей отраслях промышленности.

Экономическая эффективность применения разработанного термоакустического анализатора подтверздена актом внерения.

Апробация работы. Основное содержание и результаты работы доложены ка научно-технической конференции .молодых ученых посвященной 70-лепаз Азербайдяанского -индустриального университета /г.Баку, 1ЭЭ1 г./, I национальной конференции "йгЬор- • :-"4;;экяыо и управляющие систе.-сд экологических проблем технологи-! в ::зфтяной, химической и нефтехимической промы-иленпос-тч" /г.Сумгаит, 1Э92 г./.

Публикации. Основныэ результаты исследований изложены 4 пуслда&цнях, защищены авторским свидетельством.

- о -

Оо"ач работн. Длг.сартацполная работа состоит из ьзодс-:ыя, пяти глав, заключен-«! и списка лепояьзованшге иг.точилкоз, изло:хеннчх' на Мо страшщах мачлноп :сного текста, лллюстри -руется 32 рисунками, оодор.члт 9 таЗлнц. Список использованных источников вгл.тет 72 -иш'гсгювиипя. 3 пр;1Лохэна:1 г. диссертации прлг.егпнч: програ:гч.-! расчзга :^л'олатггссской чодзли термоакустич-юкого анализатора, д:кв-лчкя чзчонаиля рабочего об"е:.!.-'. го иречо!(и, расчет термгаи'.уст.т-юского анализатора концентрации ;юд>-1 з углвчодородких эмульсиях,' акт внедрения термоакуотичеслсого анализатора.

СОДеР-КАНИЕ РаШШ

Ео з^дмнии а ¿.ктуальяэоть рг5ст:;, сформулиро-

вана цель исследования, пр;:;-оде!гл результаты л поло-

:?.знля, которые представляется автором к за.'/дте.

Б гсеово^. главе "О^зор соЕозмегии.-тх методов ч средств опоецеления содетхг.аиня води б нзфти и нефтзпредуктах" лопзо-деиа классификация .узтодое л средств контроля содержания води в неЬти и нефтепродуктах. Их могсчо подразделить на метод:-;, основаш-ие на:

- измерении физических величин, соирово:;;дащих хи:лические превращения анализируемого ведества;

- измерении физических вел'.'Ч'/л, понсуцих анализируемому веэеству.

Приведены принципиальные схеми, изложена теория работы . и технические характеристики средств аналитического контроля, основанных на даннкх методах анализа. Показано, что среди существуя цих на- сегоднялний день .методов контроля годи в углеводородных змульслях нет метода, удовлетворяющего одкозреиен-цо требованиям по быстродействию, точности измерения в заданной диапазоне концентраций, простоте обслухгаалл;:, а л случае г "Г.'д-'.-лсния содержания воды р нефтях л грзбован:по ':;сар;:ант-ости результата измерения ' к :'пс':оро;тдо;г:,:о анализируемой нефти. Выделены перспективные технические срслстпа - тор-моакусгические средства аналитического контроля. Отмечена гооотота й надежность устройств, реализующих тер.моакустичес-кпй метод. Указывается, что извесишч в настоятее врогля тзр-моакустические средства контроля содерглния зо;;;: ь нефти л

изутогтоолук?4*« .•..;эя юкгсэа бивг.оэдеИстяж» и ¡юдостаточнуэ зосиронзподимость результатов, оо'ладаюг резервами для сонер-азнствозшмя.

и) евзтз вы неуказанного сделен вывод о целесообразности дальнзйлзго развития тормоакустлчзского метода и теории оперативного тер.юаКуотлчзского анализа. С^ормулирогана задача нс-следоначня, заключающаяся з создании тзоротичэских основ ¡а-. )Огы, ¡тнципоз построения и «¿годики'расчета 'шотрол;е1;стаую— дн'С анализаторов гочцчнтрации-воды в углеводородных эмульсиях, и частности л нофти, инвариантных к мзетороддэняю анализируемо« ле.чти, разработке послодн.к исследовании их характеристик.

"Теоратическлэ основ! I работы тердаакусти- • чео/ик соадсгп контроля содор.'.'.ания води з нефти и нефтепродуктах с ялульенги зсплов:» возде.".стзиэм на аналлзируаууа эмульсию" 'пезя^зна описании принципа дэ«.стзия, ехэ'лц терлга-акуса'ичзского первичного пзмер-.г.-эльного преобразователя /ТАИШМ/, матезатичзоно^у чодзлнроваи.ш сигнала этого лреоб-рнзопатзчя.

ирлнцнгт действия ТА! II ЛЯ, реализующего термоакустический принцчп осчован на я.чпульсном прогреве анализируемой эмульсии о покп.ыо подвижного тзпловцдалчя^го элемэнта и измерении генерируемого лри чтом •лкуст.тзского енгнчла посредством а;к-ро.Ьона, расположенного непосредственно в .икзритильной камере. Лзмерлемый акустически!1, сигнал ллллотся рззультатом затухающих колебания, генерируемых в среде при закипании глобу I дисперсной ^азн /воды/, присутотзуяднх в чмульсин.

11.з:'.:ц:шиальная сх«з':а представлена ни рис. I.

Аналчз'лрузмая эмульзяя через атуде? X подается в изме-рлтолънуй камеру '¿. Переливная трубка 3 обеспечивает постоянство уровня аги.'.ллзлруе',!Ой пробы. Чзэез цтуцер 4 анализи-руо. ал про5а умиляется из измерительной камеры по окончании анализа. Над измерительной камерой располагаете! нагреватель 5 с тепловыделяющим стержнем 6, способным пзрзмедатьСя под действием пневматического привода 7 и принимать два фиксированных положения. В режиме "Подготовка", стержень б располагается в центре нагревателя 5 и принимает заданную температуру. В режиме "Анализ" под действием пневматического

Ь-

[гтпгт

I-

Ш

с

ПР

•2 6

В БЮк. ЫР4Ш1

& &лок регулирования /пемлсеавч/ры

& измерительной Елок.

рис. 4

привода стержень 6 перемещается в нишое фиксированное положение и погружается в анализируемую пробу. При этом часть эмудьсйи, прилегающая к стораню прогревается до рабочей температуры к, содержащиеся в ней глобулы дисперсной фазы закипают, вызывая'акустический сигнал, который воспринимается микрофоном 8 и посьлается в измерительный блок.

• Для термаакуст'.яаского анализатора, в состав которого входит описанный ТАШШ была получена математическая модель, ocнoвaшiaя на р&аоюш уравнений нестационарной теплопроводно- • сти, сопровождающей импульсный прогрев анализируемой эмульсии, уравнений акустики и ряда упрощающих предположений, касающихся дисперсности эмульсий и условий теплопередачи, в частности представления тепловыделяющего стержня в виде тонкой нити с бесконечно малым радиусом введу малой теплоемкости и'области

локализации последнего в сравнении с теплоемкостью и размерами анализируемой пробы.

Импульсное тепловое воздействие на анализируемуи пробу,' положенное в основу работы ТАйШ является сложным процессом, при котором тепловой источник действует на небольлом участке анализируемой эмульсии, оставляя после себя направленный тепловой поток, а следовательно, и нестационарное температурное возмущение, которое имеет вид пространственно-временной Лун-кции: _

.2

где - количество теплоты, вцделивлееся в течение импульса на участке источника единичной длины; 2 -радиальная координата; .Д - коэффициент теплопроводности; С1 - коэффициент температуропроводности; Т - момент времени.

Температура закипания глобул воды, а следовательно и начала генерации акустического сигнала определяется с учетом уравнения Лапласа

ЛР =

2(5

Я *» ' / 2 /

где Т - поверхностное натядение на границе вода-масло;

- наиболее вероятное значение радиуса глобул дисперсной фазы. Тогда, преобразовывая уравнение./I/, момно получить зависимость удаления фронта температуры Тр от источника теплового'воздействия во времени:

г(т) = 2УатЬт£

4лАтТр /37

Отсюда, зависимость об"ема эмульсии, прогретой до температуры не ниш Тр во времени имеет ввд:

ЧЫ-Мат'епт&г*. /4/

где С - глубина погружения тепловыделяющего стержня. Анализ функции /4/ поззоляет определить момент времени, когда температурой не шпа Тр охвачен наибольший об"ем пробы.

Т — У л .

<-тая — у, „ л _-»- / О /

ЯЗГ Д е Тр

По мере продвижения фронта те.мпе_>-.туры Тр в направле-

- 10 -

л

нии от источника импульсного теплового воздействия в анализируемую эмульсию в процессе генерации акустического сигнала последовательно вносят вклад все новые элементарные слои, содержащие глобулы дисперсной фазы..

При достижении температурой Тр расстояния наибольшего удаления от источника теплового воздействия акустический сигнал прекращается. Такта образом, длительность акустического сашала равна времени Тты . Скорость изменения об"ема, охва- . ченкого температурой не ниже Тр, можно представить в виде производной функций У(т) по времени.

Очевидно, что амплитуда сигнала зависит от числа участвующих в его генерации глобул в данный момент времени, и, следовательно, имеет максимальное значение при наибольшей скорости продвижения фронта температуры Тр , Это связано с там, что - * большее число глобул, как элементарных источников зву- . ка участвует в генерации акустического сигнала в единицу времени.

Анализ функции

показывает, что максимальная скорость удаления фронта температуры Тр от источника теплового воздействия, а следовательно, наибольший сигнал имеет место в начальный момент времени.

Масса воды в об"еме пробы У 'Т), прогретом не нп:;е температуры Тр в момент времени Т определяется

М У(г), . /7/

где X - массовая концентрация воды,

М~тп (т), /3/

где 171 - масса одной глобулы; П (Т) ' - число глобул в данный момент времени, прогретых не- н.п-'.е температуры Тр •

. Тогда из /7/ и /8/ модно найти

з_ х -УГт) / , /

а * ЛП'^я- '

где - плотность воды.

Если акустическое давление, производимое ощной глобулой, составляет' Р. , то суммарное звукогэе давление, создаваемое в момент воемени Т*

П(т)

где П!(т) - число глобул, прогреваемых до температуры ТР в единицу времени. С учетом затухания звуковой'волны в анализируемой эмульсии, в воздухе и прохождения ее через границу раздела двух сред /эмульсия-воздух/, для звукового давления, производимого на мембрану микрофона, можно получить:

-8.2.

Р= Р<п(г)р "■ 9 V/, /и/

где - коэффициент затухания звуковой волны в анализируемой эмульсии; 2, - средняя глубина расположения глобул в рабочей области; Ог - коэффициент затухания звуковой волны в воздухе; - расстояние от поверхности анализируемой эмульсии до микрофона; V/ - коэффицлент прохождения границы двух соед.

Исходя из того, что выходной сигнал мжрофона мояет быть описан в виде:

Ы= 'И Р , . /12/

где К - коэфф!Щиент передачи микрофона, то математическая модель сигнала ТАШ/Я будет иметь следующий вид:

Количество теплоты, выделившееся в течение импульса на участке источника единичной длины,определяется по формуле:

^ ГПст Сет [Тст-Т> )

Цл =*-- ' /14/

где /7?сг ~ масса тепловыделяющего стержня; Сст -теплоемкость материала стеряня; Тст - температура тепловыделяющего стертом; Та - начальная температура анализируемой эмульсин.

Акустическое давление выражается через давление в глобуле ^

9 = ' /15/

где Т^а/», ~ акус то-механический коэффициент полезного действия.

Тогда математическая модель термоакустического анализатора с учетом обработки сигнала ТАШЛП /змерительной системой,

примет зц",

К*?' ^ Ля

т/ ,. .. К*>>

где }\ - коэффициент, учитывающий коэффициенты передачи измерителя шума, преобразователя напряжения и регистратора; У(сЪ - об"емная концентрация воды.

Семейство кривых, описываемых уравнением /16/, показано на рис. 2 Аппроксимация функции и(т) методом наймет лих квадратов функцией вида т

ну

позволяет интерпретировать эту кривую как реакцию динамического _звена на импульсное воздействие

/ £ -функция/.

Цм В 5 Ч

3 2 Ч

0001 04 01 {2 2а 24 21 % С Ри

С другой стороны формула /17/ представляет собой реакцию апериодического звена I порядка, на ¿-функцию. Таким образом ТА/ГШ можно аппроксимировать апериодическим звеном первого порядка по каналу температура- выходной сигнал. Коэффициенты уравнения /17/, найденные при аппроксимации отражают динамические параметры звена: коэффициент передачи К и постоянную времени Т . С учетом всей измерительной цепи, включающей, последовательное соединение ТАЖ1Ш, измерителя ¡пума,

- 13

преобразователя напряжения и регистратора, передаточную функцию термоакустического анализатора модно представить :

w = к' Kz 'К-*" , . ' /13/

где коэффициенты передачи,соответственно,ТА1ПИП,

измерителя шума, преобразователя напряжения и регистратора;

Tt - постоянная времени ТАШШ.

В тозтьей глапо " Экспериментальные исследования термо-акустпчзского иг.пульсного первичного измерительного преобразователя" изложена методика экспериментальных исследовании, описана созданная экспериментальная установка и конструкция макета ТАЛ.Л, приведены результаты проверки адекватности ^тематической модоли и результаты исследован:« влияния некоторых рзгиплшх пара.мзтроз но золедлих в математическую модель, а т..::в, а такаэ углеводородного состава анализируемой нефтяной эмульсии на сигнал ТАЛ ¿Я.

В математическую модель сигнала ГАШЛ входят все основные режимные и конструктивные параметры, физико-химические свойства анализируемого вещества, что позволило их варьировать при экспериментальной проверке адекватности модели. Конструкция ТАЛЙ1 таюхе была выполнена так:м образом, что. обеспечивалась возможность изменения конструктивных и резинных параметров. -

"Экспериментальная установка включала: систему подготовки воздуха, систему подготовки анализируемой эмульсии, исследуемый ТАШШ, систему регулирования температуры нагревателя и измерительную систему.

При проверке адекватности модели сигнала ТАШШ работа проводилась с нефтями месторождений:"Нефтяные камни", "Бузов-нинское", "Карачухурское", "Сангачальское" и маслами марок: сроднее индустриальное и трансформаторное.

В соответствии с принятым планом последовательно и одновременно варьировались в лироких пределах параметры /концентрация воды Ü-I0 ^ об., температура тепловыделяющего стертая - 180,200,220,240°С, диаметр тепловыделяющего отержня -0,003; 0,005; 0,01 м, глубина погружения тепловыделяющего ■ стерзня - 0,02; 0,04 м и сопоставлялись значения сигналов ТАШШ расчетные и эксперименталышз. При этом плотность

- 14 -

анализируемы:! нефтяных эмульсии варьировалась а пределах 345-353 кг/м3, условная вязкость /ВУзд/ " 2,23-7,43. Кроме того, варьировались следующие величины, оказывающие существенное влияние на выходной сигнал ТАШШ: скорость погружения телловыделкющзгс стерся 1-6 см/с, время диспергирования I-10 минут.

Полученные результаты экспериментальных исследований подтвердили адекватность созданной математической модели сигнала ТАИЛ.Я, а ее точность вполне удовлетворяет требованиям аналитического приборостроения /расхождение мз:;;цу расчетным и экспериментальным значениями составило -/1,7-10,8 %/, а относительная оценка среднетшадратического отклонения не презышаот * 4 что свидетельствует о высокой воспроизводимости результатов проведенных экспериментов.

В ходе проведения экспериментов в качестве меры концентрации воды принималась амплитуда сигнала и его площадь. Полученные результаты свидетельствуют о том, чго оба эти параметра с точки зрения характеристики линейности диапазона измерения и чувствительности практически равноправны. Таким образом, с целью упрощения конструкции и уменьшения стоимости анализатора вполне допустимо исключить интегратор из измерительной системы и в качестве выходного параметра измерять амплитуду сигнала.

Для характеристики инерционности ТАИПШ определялась постоянная времени. .Проверка адекватности отражения математической моделью динамических сзойств'перзичного измерительного преобразователя осуществлялась сопоставлением расчетной кривой с экспериментальной, а также сравнением расчетной и экспериментальной постоянной времени.

3 ходе исследования влияния скорости погружения сигнал ТАШШ было выбрано оптимальное значение этого параметра, соответствующее наибольшей чувствительности и обоснована необходимость стабилизации давления воздуха подаваемого в блок управления пневматическим приводом.

В ходе экспериментальных исследований был осуществлен выбор режима подготовки пробы. Сравнительные экспериментальные исследования глобул по размерам и вызкости эмульсии при диспергировании пробы пропеллерной медалкой и ультразвуковым диспергатором показали, что наиболее воспроизводимое распре-

деление удается получить при подготовке проЗы а течение 10 минут на ультразвуковом диспергаторз с резонансной частотой трансдуцера 22'кГц.

Лсслздованиз злияния углеводородного состава анализируемых нефтяных эмульсин месторождений "Сураханн", "Карадаг", "Еалаханы" на сигнал ТАИЛ,II показало, что применение ультразвукового длспергатора при подготовке анализируемой пробы позволяет получать э..!ульсии с воспроизводимой дисперсностью без применения ПАЗ и лрактэтески исключить влияние различий в вязкости и поверхностном натяяснии, обусловленных разным содер,шшеч парафиновых и нафтеновых углезодородоз.

В четвертой глазе "Разработка терлгоакустического анализатора концентрации воды в углеводеродных э.-лгльсиях" изложена концепция создания, принципиальная схема, работа и технические характеристики, методика расчета и 5е проверка, а такггз применение термоакустического анализатора концентрации воды в углеводородных эмульсиях.

В соотзетсгзнп с требованиями к прибора;.! аналитического контроля и, исходя из специфики применения, был разработан тзрмоакустический анализатор'построенный на блочно-модульных конструкциях с учетом требований поглробезопасиости.

Принципиальная схема анализатора,показана на рис. 3 Разработанный анализатор является прибором циклического действия и работает в режимах "Подготовка" и "Анализ". В релимэ "Ло^готозка" тепловыделяющий стержень I находится з верхнем фиксироканчо.ч положении и принимает температуру нагрезателя 2. 3 то -гв время на диспергаторз типа УЗДН приготавливается анализнрузмая эмульсия. По истечении времени диспергирования аналлзлруе :ая проба подается з измерительную камеру 3 через порожу на входном лтуцерз 4. Затем посредством тумблера блока управления 5 анализатор переключается в ра\1ам "Анализ". При -»том нагр-зтий до заданной температуры тспдовзделяпгрЯ стер, сеггь I ¡промздаотся в тпглке фиксированное положение и погружается а анализируемую пробу. Генерируемый при закипании глобул дисперсной .{ази акустический сигнал воспринимается

¡кроемом б и обрабатываете:: измерительным блоком, в состав которого входит измеритель лума 7, преобразователь напряжз-л 1Я У и регистратор Л

Температура нагревателя регулируется потенциометром 10, датчиком которого является термопара II.

ГТк

ИЗАи

Г»

т

<а

■

3 I 2гоВ

-3 С_

Рис.3

- 17 -

Технические характеристики анализатора: анализируемое вещество - нефть; диапазон измерения /по концентрации воды/ 0-6 % об.; об"ем измерительной камеры - 100 ; температура тепловыделяющего стержня - 240°С; время диспергирована -10 минут; диапазон измерения регистратора 0-10 мБ; скорость перемещения тепловыделяющего стер.шя - 4 см/с; средненоминаль-пая частота полосового фильтра - 8000 Гц. • •

Разработанная методика расчета названного анализатора позволила определить его основные конструктивные и режимные параметры.

Термоакустический анализатор концентрации воды в углеводородных эмульсиях отличается от своих функциональных аналогов быстродействием /время цикла определяется временем подготовки пробы 10 ин/, инвариантностью к углеводородному составу анализируемых нефтяных эмульсий, простотой конструкции.

Созданный анализатор внедрен в заводской лаборатории ЕНЗ "Азарнефтяг" на анализе концентрации воды в нефти. ,

В пятой глава " Исследование основных метрологических характеристик термоакустического анализатора концентрации воды в углеводородных эмульсиях" рассмотрены вопросы метрологического обеспечения, приведены анализ погрешности и основные метрологические характеристики названного анализатора.

На основе математической модели сигнала разработана модель погрешности. Сравнение полученного значения максимальной относительной погрешности / - 2 с расчетным значением / * 1,85 '-и! для одинаковой концентрации воды в эмульсии позволило сделать вывод о том, что созданная модель погрешности верно отражает влияние физико-химических свойств анализируемой эмульсия, режимных и конструктивных параметров. Основные метрологические характеристики тэрмоакустичесяого анализатора! чувствительность 0,9 мВ/ об; порог чувствительности об| уровень флуктуационных помех 0,05 мВ; линейный диапазон 100; абсолютная погрешность *0,2 % об; сходимость результатов измерения /СКО/ - 0,1 % об. при X = 6 ?4 об,

ОСЫОЕЧЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОШ

I. На основании современных представлений о кипении кидкостей,.процессах нестационарной теплопроводности распро-зтранения акустических волн получено лзатекатичосвое списание

- 13

термоакустического эффекта, происходящего в измерительной камере термоакустического первичного измерительного преобразователя при импульсном тепловом воздействии на анализируемую пробу.

2. Разработана математическая модель сигнала первичного измерительного преобразователя, основанного на использовании термоакустического эффекта, сопровождающего импульсный прогрев анализируемой эмульсин.

3. Обоснована возможность применения термоакустнческих средств контроля .для экспресс-анализа содержания еоды в неф-тях и нсфтеиродуктах.

4. Подтверздена экспериментально на специально разработанном стенде адекватность полученных ¡»тематических моделей сигнала термоакустического импульсного первичного измерительного преобразователя.

о. экспериментально выбран и обоснован реаим подготовки анализируемой пробы, обеспечивающий инвариантность сигнала анализатора к месторождению исследуемых нефтяных эмульсий.

6. Разработана конструкция термоакустического анализатора концентрации-воды й углеводородных эмульсиях с учетом современных требований унификации средств измерений и блочно-модульного принципа построения средств аналитической техники.

7.' Предложена и экспериментально проверена методика расчета. термоакустического анализатора концентрации воды в углеводородных эмульсияи.

8. Созданный анализатор отличается от своих функциональных аналогов быстродействием, инзариантностыо выходного сигнала к углеводородному составу анализируемых эмульсий, простотой конструкции и надежностью.

9. Термоакустический анализатор концентрации воды в углеводородных эмульсиях внедрен на БНЗ "Азернефтяг" в заводской лаборатории при сравнительных измерениях содержания воды в нефти методом Дина и Старка, имел абсолютную погрешность -0,2 % об.

Время проваденряяанализа составляло 10'минут.

Основное содержание диссертации отражено в следующих публикациях:

. I. Л.В.Елясов, Ч.К.Махмудов. Положительное реяеиие по заявке -1351204/23 /082121/ от IS.04.9I.

2. Л.В.Илясов, Ч.К.Махмудов'. Исследование возможности применения тзрмоакустического метода для определения влалсно-с:и э:«ульсии. Изв.Вузов, Серия "Нефть к газ", !.з 8, 1991, Баку.

3. Ч.К.Махмудов. Использование термоакустического эф-;*лкта возникающего при кипении жидкостей для анализа их состара, Тезисы докладов наунно-технической конференции молодых ученых, посвященной 70-летию Азербайджанского индустриального университета. Баку, 1991 г.

■4. Ч.К.¡Махмуд03* Первичный измерительный преобразователь ■.'ламоакустотеского анализатора влажности эмульсий, I национальная конференция "Информационные и управляющие системы -,.£0Л0гнчэских проблзм технологии в нефтяной, химической и фтехимической гфомыпленности". Сумгаит, 1ЭЭ2 г.

[

'о/и^И