多相计量中的结垢监测和抑制剂量化技术制造技术

本发明专利技术涉及一种用于检测沉积物或化学抑制剂的系统，沉积物或化学抑制剂靠近电极或检测针的面向液体流的表面或者在电极或检测针的面向液体流的表面上，液体流中可存在油、水、气体以及化学抑制剂这些组分的任何组合，并且其中，电极或检测针被耦接到测量装置，测量装置用于监测所述流的电特性，电特性包括复数阻抗或复介电常数；所述系统包括检测装置，如果在烃连续流的情况下所述复数阻抗的实部或者在水连续流的情况下所述复数阻抗的虚部偏离与所述流的所述电特性有关的预定限度、模型或趋势，则检测装置连续地或周期性地发送指示存在沉积物或化学抑制剂的信号。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于对在处理流中形成在管壁上的沉积物进行早期检测的系统和方法。
技术介绍
在对例如水、油和/或气体流的多相流执行测量中，已知的问题是沉积物可以形成在已经与流接触的测量装置上并且因此影响测量的品质(quality)。该沉积物可以以不同的方式除去或者通过流体被冲掉。清洁的必要性以及清洁的时间间隔可以根据环境和流中的成分而改变。本专利技术将在沉积物影响流测量传感器前检测沉积物的发生(onset)并且提供一种用于对沉积物进行早期处理的装置。在下文中，对于沉积物，我们还考虑被注入到流体中的化学品用以除去可能粘住管、传感器壁以及电极的沉积物。这种化学注入剂，也称作抑制剂，目的在于防止或者除去沉积物并且清洁管和/或传感器。多相流体的成分可以使用测量流体的阻抗的电极来估计，即通过求得流体的介电常数和电导率来估计。例如正如在WO2007/018434、WO2008/085065、WO2005/057142以及US6182504中所讨论的，已知若干这样的解决方案。在所有这些出版物中，该测量通过与液体流接触的电极来执行，并且测量的品质可通过结垢或者积累在电极上的沉积物来降低。WO01/65212A1讨论了与材料的沉积和其他作用于测量性能的环境影响有关的问题，并且提出使用标定液体来补偿误差，但是没有提供检测沉积物的发生的方法，特别是因为该出版物没有包括用以区分沉积物与其他误差源的技术。GB2246866A记载了阻抗测量的使用，然而，其并未深入讨论而仅提及：取决于流体表现为水连续还是油连续，阻抗测量由实部或者虚部支配，同时另一个是可忽略的。因此，所述的全部现有技术没有提供与沉积物检测的应用有关的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种对计量器本体上的沉积物进行实时检测的装置，以便在影响到测量的品质之前的早期可进行清除并且，如果需要的话，可对测量结果进行校准或调整。这由在独立权利要求中说明的方法和系统来实现。此外，本专利技术使得能够开发能够在管道中进行沉积物早期检测的独立传感器。本专利技术基于以下认识：在流体中所测量的某些电特性不对应于流体的本质特性。例如，油连续流不具有显著的电导率，而水连续流根据流的盐分而显示可变电导率但是没有显著的电容。因为这些参数可以通过监测由传感器所测量的管中成分的复数阻抗来进行计算，可以通过分析传感器输出值相对于期望值或者其模型的趋势来检测沉积物的形成。相当普通的方法将是利用电极测量流的复数阻抗。在电阻抗测量背景下，复数阻抗具有实部(电导)和虚部(电抗)，电抗在流测量传感器的情况下主要是电容。作为一般特性，在传感器电极之间流通的流的组分通常随着时间而变化，因此通过传感器所测量的实部和虚部与流的组分成比例地改变。为了感测沉积物或者例如抑制剂的其它化学品的存在，在本专利技术中提出了对传感器输出值中不规则行为的分析。在流测量背景下，所测量的复数阻抗的实部和虚部分别涉及该处理的电导率和介电常数/介电系数。测量在低频率处执行，通常在10MHz下，其中，处理的复数阻抗被直接测量，或者，在高频率处，通常比10MHz更高，其中复介电常数被测量。在高频测量中，通常使用微波探针来执行，复介电常数用于描述该处理的电特性。工作为发送器和接收器的微波探针被用来测量例如相位和振幅的参数，其然后与该处理的复介电常数的实部和虚部有关。相对复介电常数是无量纲量，其比较了材料(ε*)的复介电常数与自由空间的介电常数ε0(ε0＝8.854*10-12F/m)。它描述材料与电场的相互作用并且包括实部ε′r(其表示能量存储能力)和虚部ε″r(其表示损耗)。相对介电常数的实部(ε′r)是来自外部电场的多少能量将由材料储存的度量。它常常被称为“介电常数(dielectricconstant)”并且与流电容有关。对于大多数固体和液体ε′r>1并且对于大多数气体相对介电常数的虚部(ε″r)被称作“损耗因子”并且与流电导率有关。附图说明以下将参考附图详细地描述本专利技术，附图以示例方式示出了本专利技术。图1示出了作为水分数的函数的多相流体的混合物电导率。图2示出了传感器所测量的流体混合物的简化等效电路。图3示出了根据本专利技术的第一实施例的电极丛(electrodeconstellation)。图4示出了对在沉积在油连续流体系中的导电层的情况下由传感器所测量的简化等效电路的变型。图5a、5b示出了使用时间段测量(timeperiodmeasurements)以完成复数阻抗测量的根据本专利技术的信号处理系统的实施例。图6示出了作为水连续流中的油分数的函数的介电常数。图7示出了作为水连续流中的油分数的函数的电导率。图8示出了电极配置，该电极配置包括位于电极的部分上的电容层。图9示出了描述电容层对阻抗传感器的电极/检测针的影响的一般电气网络。图10a,10b示出了包括在左边的两个电容层和在左边没有电容层的电极配置。图11示出了根据本专利技术的测量顺序的实施例。具体实施方式Maxwell(1904)、Bruggeman(1935)、Wagner(1973)、Sillars(1937)(参见以下完整的参考)和许多其他人已经形成用于估计两种不同相的均质混合物的有效复介电常数的公式。有效复介电常数是在代替两种或更多种材料的混合物时显示相同电磁行为的虚拟材料的介电常数。为了简便，在这里将讨论成分中的一种成分(盐水)具有与另一成分(油和/或气体)相比的高电导率的情况，并且其目的在于估计油连续流状态和水连续流状态中的正常流有效复介电常数。正常复介电常数在本文件中被限定为在没有沉积物的情况下阻抗传感器或者微波传感器所测量的三相流的有效复介电常数的实部和虚部的期望值。油连续流(油中的水W/O)的情况根据Hanai在1963年的著作(见下面的完成参考文献)，W/O中的混合物有效电导率σm与油电导率σo的关系由下式给出：kσ,m=σmσo=1(1-β)3]]>其中，β是水分数比(waterfractionratio)。图1示出了与油电导率相比的混合物电导率的kσ，m的增加。传感器所测量的混合物的等效电路在图2中示出，其中，Cm和Rm分别是有效介质电容和电阻。尽管Hanai公式仅仅是估计有效混合物电导率的方法中的一种，但是它能够以可接受的精度计算期望值的范围并且与所有已出版作品(Bruggeman等)十本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于对沉积物或化学抑制剂进行实时检测的系统，所述沉积物或化学抑制剂靠近电极或检测针的面向液体流的表面或者在电极或检测针的面向液体流的表面上，所述液体流中可存在油、水、气体以及化学抑制剂这些组分的任何组合，并且其中，所述电极或检测针被耦接到测量装置，所述测量装置用于监测所述流的电特性，所述电特性包括复数阻抗或复介电常数；所述系统包括检测和信号处理装置，如果在烃连续流的情况下所述复数阻抗的实部或者在水连续流的情况下所述复数阻抗的虚部偏离与所述流的所述电特性有关的预定限度、模型或趋势，则所述检测和信号处理装置连续地或周期性地发送指示存在沉积物或化学抑制剂的信号，其中，所述信号处理装置包括：在利用给定轮廊的电流或电压波形激励传感器电极后通过测量所述系统的瞬态响应来同时监测所述复数阻抗的实部和虚部或者所述介电常数的实部和虚部以及将所述瞬态响应的数据与储存在储存介质上的预编制模型相比较，以将结垢的出现与其它环境影响区分开。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.10.16 NO 201313751.一种用于对沉积物或化学抑制剂进行实时检测的系统，所述沉积物或化
学抑制剂靠近电极或检测针的面向液体流的表面或者在电极或检测针的面向液
体流的表面上，所述液体流中可存在油、水、气体以及化学抑制剂这些组分的
任何组合，并且其中，所述电极或检测针被耦接到测量装置，所述测量装置用
于监测所述流的电特性，所述电特性包括复数阻抗或复介电常数；
所述系统包括检测和信号处理装置，如果在烃连续流的情况下所述复数阻
抗的实部或者在水连续流的情况下所述复数阻抗的虚部偏离与所述流的所述电
特性有关的预定限度、模型或趋势，则所述检测和信号处理装置连续地或周期
性地发送指示存在沉积物或化学抑制剂的信号，
其中，所述信号处理装置包括：在利用给定轮廊的电流或电压波形激励传
感器电极后通过测量所述系统的瞬态响应来同时监测所述复数阻抗的实部和虚
部或者所述介电常数的实部和虚部以及将所述瞬态响应的数据与储存在储存介
质上的预编制模型相比较，以将结垢的出现与其它环境影响区分开。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述液体流呈现为烃连续流，并且
所检测到的、所述复数阻抗的实部或者电阻的偏差偏离预定限度或者预期趋势。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述实部的最小预定限度是流过没
有任何沉积物的相同计量器的纯油介质的阻抗的实部的1/40。
4.根据权利要求2所述的系统，其中，所述实部的最小预定限度是流过没
有任何沉积物的相同计量器的纯油介质的阻抗的实部的1/60。
5.根据权利要求2、3或者4所述的系统，其中，所述实部的偏差低于所
述最小预定限度指示沉积物或化学抑制剂的存在。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，初始液体流呈现为水连续流，并且
所检测到的、所述复数阻抗的虚部或者电容的偏差偏离预定限度或者预期趋势。
7.根据权利要求2或者6所述的系统，其中，所述系统包括确定所述流是
烃连续还是水连续的装置。
8.根据权利要求1所述的系统，其中，如果成分和/或分数和/或压力和/
或水的盐分和/或温度和/或速率和/或密度的测量改变了烃连续流体系中的所述
多相流的有效复介电常数的实部或者改变了水连续流体系中的所述多相流的有
效复介电常数的虚部，则所述预定限度或模型使用提供该测量的装置来动态地
进行调整。
...

【专利技术属性】
技术研发人员：迪米特里奥斯·奥伊科诺莫，
申请(专利权)人：朗盛流量测量公司，
类型：发明
国别省市：挪威;NO