Вопрос.  Устройство и принцип действия уравномера радиоволного

Перспективным методом измерения уровня является радиоволновой метод. Радиоволновыми (радарными)называются уровнемеры, основанные на зависимости параметров колебаний электромагнитных волн от высоты уровня жидкости.

К радиоволновым методам относятся радиолокационный, радиоинтерферационный, эндовибраторный и резонансный.

Работа радиолокационных (радарных) уровнемеров основывается на явлении отражения электромагнитных волн от границы раздела сред, различающихся электрическими и магнитными свойствами.

Скорость распространения электромагнитной волны в среде определяется значениями ее диэлектрической е и магнитной р проницаемостей:

V = с/ ✓εμ ,где с — скорость света в вакууме.

Схема радарного уровнемера (рис. 1) состоит из излучателя 1, приемника электромагнитной энергии 2 и преобразователя 3 измерения интервала времени.

Рис. 1. Схема радиолокационного (радарного) уровнемера:

1 — излучатель; 2 — приемник электромагнитной энергии; 3 — преобразователь измерения интервала времени

Уровень h определяется измерением временного интервала между моментом посылки сигнала излучателем 1 и приходом отраженного сигнала на приемник 2. Эти величины связаны соотношением:

τ = 2(Н-h)✓εμ/c

Обычно локация ведется через газовую среду над жидкостью (в принципе локация может осуществляться и через жидкость, если она неэлектропроводная). Локация через газ предпочтительнее, так как излучатели не подвергаются воздействию жидкости. Кроме того, магнитные и диэлектрические проницаемости газов невелики и практически не зависят от изменения параметров и свойств газа. Это делает показания уровнемера практически не зависящими от свойств жидкости. Недостатком таких уровнемеров является трудность точного измерения малых интервалов времени. Они чувствительны к нахождению в зоне излучения посторонних предметов, например металлических стенок емкостей. Для устранения этого недостатка необходимо применить узконаправленное излучение с помощью рупорных антенн.?

Существуют схемы радиолокационных (радарных) уровнемеров, в которых локация осуществляется через стенку рабочей емкости. Применительно к металлургическому производству таким образом можно контролировать границу раздела шлак — металл либо осуществлять непрерывное измерение уровня (существующие приборы имеют диапазон измерения до 200 мм).

Схема такого прибора представлена на рис. 2.

Рис. 2. Схема радиолокационного (радарного) уровнемера для контроля уровни жидких металлов:

1 — генератор; 2 — рупор; 3 — детектор; 4 — вторичный преобразователь; 5 — стенка; 6 — футеровочный материал

В качестве излучателя радиоволн, генерируемых генератором 1, используется рупор 2, высота раскрытия которого равна диапазону измерения. Изменение уровня среды по высоте рупора приводит к изменению прошедшей и отраженной высокочастотной энергии, вследствие чего изменяется сигнал на детекторе 3 и вторичном преобразователе 4. Для использования этого метода измерения в металлические стенки 5 вставляются рупорные излучатели 2. Внутренний футерованный материал 6 является радиопрозрачным.

Радарные уровнемеры SITRANS LR 300 (фирма Siemens) используют микроволновую импульсную технологию. Они оснащены рупорными или стержневыми антеннами, работающими на частоте 5,8 ГГц. Уровнемеры могут измерять высоту уровня жидких и сыпучих сред в диапазоне до 20 м с погрешностью ±0,15 %. При выходном сигнале 4...20 мА уровнемер может иметь и цифровой в соответствии с протоколами Modbus, HART и Profibus-PA.

В резонансных уровнемерах резонансные колебания возбуждаются в отрезках длинной электрической линии. Этот отрезок длинной линии — первичный преобразователь — либо выполняется в виде отдельного конструктивного элемента, помещенного в резервуар, либо его роль могут выполнять конструктивные элементы технологической установки (например, при измерении уровня жидких металлов в металлургии).

Обычно первичный преобразователь представляет собой тонкостенную металлическую трубу с боковыми отверстиями и соосно расположенным в ней металлическим стержнем (рис. 3).

Рис. 3. Схема преобразователя резонансного уровнемера

Применение резонансных уровнемеров при измерении уровня проводящих жидкостей основывается на шунтировании элементов преобразователя, т.е. уровень эквивалентен подвижной перемычке между трубой и стержнем преобразователя. При изменении уровня изменяется длина линии, что ведет к изменению резонансной частоты преобразователя. Например, при заполнении преобразователя уменьшается его длина и увеличивается резонансная частота. Эта зависимость является нелинейной.

Применительно к конкретным условиям работы могут использоваться преобразователи других конструкций. Например, для кристаллизаторов машин непрерывного литья заготовок большого сечения (не менее 250x550 мм) преобразователь подобен изображенному на рис. 3, но на конце его вместо металлического донышка закреплен виток проволочного проводника. Преобразователь закрепляется таким образом, чтобы виток находился над уровнем металла, при этом его индуктивность будет зависеть от уровня металла. Резонансная частота такой электрической линии с индуктивностью на конце зависит от этой индуктивности, т.е. от уровня металла. Такие уровнемеры жидких металлов имеют диапазон измерения до 200 мм, основная погрешность измерения ± 2 %.

Для кристаллизаторов малого сечения (с максимальным поперечным размером сечения 150 мм) применение преобразователя с индуктивной нагрузкой неэффективно, так как при уменьшении размеров витка уменьшается диапазон измерения. Для таких кристаллизаторов разработан уровнемер (рис. 4), в котором система «металл промежуточного ковша 1 — струя металла 2 — металл кристаллизатора 3» рассматривается как измерительный отрезок длинной электрической линии, длина которого, а следовательно, и резонансная частота определяются уровнем металла в кристаллизаторе.

Рис. 4. Схема резонансного уровнемера для машин непрерывного литья заготовок малых диаметров: 1 — промежуточный ковш; 2 — трубка; 5 — кристаллизатор; 4 — металлическое кольцо; 5 — высокочастотный генератор?

Подвод энергии к колебательной системе может быть осуществлен, например, посредством металлического кольца 4, установленного между ковшом и кристаллизатором на одной оси со струей металла и подключенного к высокочастотному генератору 5. Диапазон измерения такого уровнемера составляет 300 мм.

Резонансный метод измерения использован в уровнемерах для криогенных сред типа УРК-1. Здесь в качестве чувствительного элемента используется отрезок волновода, информационным параметром является его резонансная частота, функционально связанная с контролируемым уровнем. Электронная схема прибора содержит генератор электрических колебаний, частота которых непрерывно поддерживается равной резонансной частоте волновода. Она измеряется частотомером и преобразуется в выходной сигнал.

3 вопрос Описать схему автоматизации функциональную сепаратора  с предварительным сбросом воды:1- сопло ввода газоводонефтяной смеси; 2 - нефтеразливная полка; 3 - сепарацнонный отсек; 4 - регулятор уровня; 5 - распределитель эмульсии; 6 - отстойный отсек; 7 - каплеотбойник; 8, 9 - патрубки вывода нефти; 10, 12 - автоматы вывода нефти и воды; // - сборник нефти; 13 - сборник воды; 14 - каплеобразователь; 15 – перегородка Продукция скважин поступает в сепарационный отсек по соплу 1 и нефтеразливной полке 2, которая обеспечивает более полную сепарацию и предотвращает ценообразование. Отделившийся нефтяной газ через регулятор уровня 4 отводится в отстойный отсек 6, откуда через каплеотбойник 7 и регулятор давления поступает в газосборный коллектор. Уловленная в каплеотбойнике 7 жидкость самотеком поступает в отстойный отсек.Водонефтяная эмульсия из сепарационного отсека 3 в отстойный отсек 6 поступает через каплеобразователь 14 под давлением газа. Допустимый перепад давления между отсеками не более 0,2 МПа (в зависимости от длины каплеобразователя). Для улучшения разделения фаз в каплеобразователь вводится также возвратная вода из УПН, которая содержит ПАВ.Линейный горизонтально расположенный каплеобразователь изготовляют из трех секций труб, диаметры которых увеличиваются в направлении движения потока. За счет этого последовательно происходит укрупнение капель в результате развития турбулентности потока, коалесценции капель при снижении турбулентности и расслоения потока под действием гравитационных сил. Общая длина труб достигает 500 м в зависимости от требуемого времени контакта эмульсии и возвратной воды. При работе без каплеобразователя возвратную воду вводят за 200-300 м до входа в сепаратор.В отстойном отсеке имеются дырчатые распределитель эмульсии 5, сборники нефти 11 и воды 13, предназначенные соответственно для равномерного распределения эмульсии по всему сечению отстойника, сбора нефти и воды.Предварительно обезвоженная нефть и вода автоматически сбрасываются из сепаратора с помощью регуляторов 10 и 12. Два патрубка 8 и 9 для вывода нефти позволяют осуществлять работу установки в режимах полного и неполного заполнения емкости.Конечная ступень сепарации должна обеспечить давление насыщенных паров в пункте сдачи нефти не более 0,066 МПа. Отбор из нефти наиболее летучих углеводородов (пропан, бутан) и получение стабильной нефти, практически неспособной испаряться в атмосферу, называют стабилизацией нефти. Кроме сепарации для получения стабильной нефти предлагалось использовать также ректификацию (испарение я конденсацию в колоннах), которая, однако, не нашла применения на промыслах. Отбор наиболее летучих углеводородов и обеспечение требуемого давления насыщенных паров осуществляют горячей сепарацией и созданием вакуума на конечной (горячей) ступени сепарации.

4вопрос РЕМОНТ СКВАЖИН, ОБОРУДОВАННЫХ ШТАНГОВЫМИ СКВАЖИННЫМИ НАСОСАМИ
Ремонт штанговых насосных скважин заключается в подъеме и спуске насосных штанг или труб; ликвидации обрыва и отвинчивания штанг; проверке и замене клапанов, посадочного конуса или его гнезда; смене насосов; расхаживании заклинившегося плунжера в цилиндре насоса. Разборка и сборка стан к а-к ачалки и устьевого оборудования. Перед началом ремонта насосных •скважин частично разбирают станок-качалку. Установив головку балансира в крайнем верхнем положении и закрепив ее тормозом, на полированном штоке несколько выше крышки устьевого сальника устанавливают штанговый зажим. При креплении зажима следует учитывать, что после посадки его на крышку сальника масса всей колонны насосных штанг будет передаваться на него. Отсоединив канатную подвеску от штока, плавно опускают вниз всю колонну насосных штанг до тех пор, пока нижняя сторона штангового зажима не сядет плотно на крышку сальника. После этого, захватив нижний конец головки балансира станка-качалки канатным штропом, заранее подвешенным на крюк талевой системы, производят плавный подъем. Во время этой операции оператор внимательно следит за движением штропа и головки балансира, подавая рукой сигналы машинисту подъемника, который регулирует скорость вращения лебедки подъемника, а стало быть и скорость спуско-подъемных операций. В процессе дальнейшего подъема головка •балансира станка-качалки поворачивается вокруг шарнира (если она начнет поворачиваться в обратную сторону, по сигналу оператора прекращают подъем и начинают плавный -спуск), а затем тыльной частью ложится на верхнюю полку •балансира и в таком положении находится во время ремонта •скважины.
После отсоединения сальникового штока канатную подвеску присоединяют к штропам талевой системы. Немного приподняв •ее, оттягивают вручную вправо или влево вспомогательный канатик, заранее прикрепленный к головке балансира, при этом последняя отводится в сторону.
После разъединения сальникового штока от головки балансира разбирают устьевое оборудование.
Смена трубного штангового насоса
Смена трубного насоса связана с подъемом и спуском штанг я труб. В случае необходимости при смене насоса — поднимают штанги и трубы, а для ремонта плунжера — только штанги.
Проверка и смена трубного насоса. После разборки станка-качалки и устьевого оборудования из скважины извлекают насосные штанги с плунжером и укладывают рядами на мостках. Затем вместе с цилиндром насоса и защитным приспособлением, присоединенным к его приему, извлекают насосные трубы.
После окончания подъема насоса при помощи глубинной лебедки определяют глубину уровня и забоя в скважине. Если фильтр открыт, то приступают к спуску нового насоса. Если после проверки насоса на поверхности устанавливают, что цилиндр и плунжер его сильно сработаны, то их заменяют. Если же они еще пригодны для дальнейшей эксплуатации, то их промывают керосином и вновь спускают в скважину.
Вначале спускают защитное приспособление (газовый, песочный или газопесочный якорь, сепаратор, фильтр, защитную сетку), затем, присоединив к нему приемную часть,— на трубах насос на заранее намеченную глубину. После этого сажают трубы на планшайбу, спускают плунжер на насосных штангах и, не допуская их на 5—6 м до цилиндра насоса, заливают водой спущенные в скважину насосные трубы. Помещают плунжер в цилиндр насоса и разъединяют приемный клапан, если насос трехклапанный. Заполнив насосные трубы водой до устья, определяют нижнее положение плунжера при максимальном наклоне головки балансира станка-качалки. После сборки устьевого оборудования скважины и станка-качалки, присоединения сальникового штока к головке балансира при помощи канатной подвески скважину запускают в работу. Так как насосные трубы до ее пуска были заполнены водой, то при первых же качаниях балансира начинается подача жидкости насосом.
Поднятый из скважины отработанный насос отправляют в промысловый ремонтньрй пункт для соответствующего осмотра и определения пригодности его к дальнейшей работе в других скважинах.
Замена клапанов. Для замены клапанов штанги вместе с плунжером насоса поднимают из скважины. Если насос трехклапанный, то предварительно ловят приемный клапан при помощи захватного приспособления, смонтированного на нижнем конце плунжера. Замена только шарика или седла, или же переворачивание седла не разрешается, так как на заводе седло притирается к шарику только с одной стороны.
После смены отработанных клапанов плунжер спускают в трубы на насосных штангах. Установив плунжер в цилиндр и отсоединив приемный клапан от нижнего его конца (если насос трехклапанный), штанги обмывают водой. Затем спущенные в скважину трубы заполняют водой, устанавливают устьевое оборудование, собирают станок-качалку, сальниковый шток присоединяют к канатной подвеске и пускают станок-качалку в работу.
В целях увеличения срока службы клапанных узлов прибегают к гуммированию шариков в седла клапанов, либо впрессовывают втулки из высокопрочной резины, полиуретана и других износостойких материалов.
Проверка и смена захватных приспособлений. У двухклапанных трубных штанговых скважинных насосов захватным приспособлением приемного клапана является соединительный шток, а у трехклапанных — байонетное захватное устройство или специальный замок. В зависимости от того, какой вид захватного приспособления вышел из строя, проводят подъем штанг или труб.
Если у двухклапанного насоса произошел обрыв соединительного штока, то обычно поднимают насосные трубы, так как •спуск ловильного приспособления в цилиндр насоса для ловли конца оставшегося соединительного штока, ввинченного в клет--ку приемного клапана, может привести к порче втулок. В случае отвинчивания нижнего конца соединительного штока от -клетки приемного клапана последний вылавливают. Для этого на штангах спускают специальный палец, имеющий на своем нижнем конце резьбу, соответствующую резьбе соединительного штока, и несколько большую конусность. На высоте 1 м от .нижнего конца резьбы пальца на штангах устанавливают направление с диаметром несколько меньшим, чем диаметр плунжера, так, чтобы оно могло свободно проходить в цилиндр насоса, не нарушая его поверхности. При допуске штанг, благодаря направлению, резьба пальца попадает в резьбу клетки приемного клапана (чему в значительной мере способствует большая конусность резьбы пальца). Затем штанги вращают по часовой стрелке, свинчивая тем самым палец с клеткой, и лоднимают их на поверхность.
Так как при ловле приемного клапана насосные трубы обычно заполняют водой, то при подъеме штанг захваченный конус •срывается с места, и жидкость сливается из тр>б. Если во время подъема штанг жидкость остается в трубах, то операцию по ловле приемного клапана повторяют. После извлечения приемного клапана на дневную поверхность его проверяют и, если .необходимо, заменяют. Затем соединяют его с соединительным штоком плунжера и вместе с последним спускают в цилиндр «асоса.
В случае выхода из строя нижней части замка у трехкла-ланного насоса и необходимости проверки приемного клапана, лоднимают трубы и замок заменяют.
При выходе из строя верхней части замка у трехклапанного насоса, штанги вместе с плунжером поднимают и ремонтируют эту часть замка. Затем допускают штанги, захватывают приемный клапан, поднимают на поверхность и проверяют его состояние.
Смена вставного штангового насоса
У насосов этого типа наиболее часто приходится заменять узел посадочного конуса или клапанные узлы. В случае обнаружения дефектов в поднятом насосе его бракуют и заменяют.
Замена насоса. Из скважины поднимают отработанный насос и спускают в нее новый. Затем насосные трубы за-лолняют водой для проверки герметичности и правильности лосадки насоса и срывают его с посадочного гнезда. При этом вода из труб устремляется вниз, смывая частицы грязи и песка с наружной поверхности штанг и внутренней поверхности насосных труб.
Затем насос повторно устанавливают на место, трубы вновь заполняют водой, монтируют устьевое оборудование, присоединяют сальниковый шток к канатной подвеске и запускают станок-качалку.
Замена посадочного гнезда. Посадочное гнездо вставного насоса монтируют в рубашке, спускаемой в скважину на насосных трубах. Поэтому для замены рубашки необходимо поднять трубы.
При смене посадочного гнезда особое внимание следует уделять состоянию его конусной фаски, с помощью которой отделяется жидкость, находящаяся в насосных трубах и в скважине. Если на фаске имеются царапины или вмятины, необходимо убедиться в том, что само посадочное гнездо установлено в расточке рубашки и в процессе его закрепления перекоса не происходит. При этом проверяют состояние замковой пружины. Ее также заменяют новой, если в ранее работавшей обнаружен какой-либо дефект.
В случае перекоса посадочного гнезда в рубашке насоса жидкость после пуска станка-качалки поступать не будет. Поэтому рубашку следует проверить в собранном виде, затем на трубах спустить в скважину.
Обрыв или отвинчивание насосных штанг на одной и той же глубине характеризуется динамограммой одинаковой формы. После разборки станка-качалки из скважины поднимают ту часть колонны штанг, которая осталась после разъединения их. В насосные трубы на штангах спускают шлипс, который прочно захватывает оборванную штангу, после чего ее поднимают. Затем спускают полный комплект штанг, собирают наземное оборудование скважины и включают станок-качалку.
Для замены дефектных или оборвавшихся штанг на мостках должно находиться не менее двух запасных штанг соответствующего диаметра и марки стали.
При отвинчивании штанг в насосные трубы спускают штанговый ловитель (клапан). После захвата им штанг их поднимают из скважины, проверяют, соединяют с отвинтившимся концом и вновь спускают в трубы. Если резьба имеет дефект, то штанги заменяют новыми. Если обрыв или отвинчивание штанг произошло в нижней части колонны, то поднимают всю колонну.
Устранение заклинивания плунжера
Для устранения заклинивания плунжера насоса разбирают станок-качалку и устьевое оборудование и плавно подтягивают колонну насосных штанг. Затем многократно сажают и поднимают плунжер до полного выхода его из цилиндра. Если насос двухклапанный, то при этом жидкость, заполняющая трубы, устремляется в скважину и промывает цилиндр. Если насос 181
трехклапанныи, то при повторных подъемах и посадках плунжера захватывают (ловят) приемный клапан, вследствие чего жидкость из труб сливается в скважину.
Убедившись, что плунжер свободно перемещается по всей длине цилиндра и заеданий в это время не происходит, допускают его до нижнего положения и заливают насосные трубы водой. Затем вновь приподнимают штанги до полного выхода плунжера вместе с приемным клапаном из цилиндра. Вода из труб вновь стекает в скважину, попутно промывая цилиндр. Плунжер допускают до нижнего, в котором приемный клапан устанавливается в гнезде. Насосные трубы заливают водой, проводят сборку устьевого оборудования и станка-качалки и запускают скважину.
Если плунжер сильно заклинило и при подтягивании штанг вверх он остается неподвижным, то при помощи кругового штангового ключа отвинчивают штанги и поднимают по частям насосные трубы. Отвинтив по частям штанги и трубы, извлекают насос с заклиненным плунжером и спускают новый.
Во избежание заклинивания плунжера в цилиндре насоса рекомендуется: а) использовать насосные трубы диаметрами, соответствующими диаметрам насоса; б) применять защитные приспособления; в) обеспечивать соответствующие скорости подъема жидкости в насосных трубах; г) не допускать загрязнения штанг на мостках; д) промывать колонну штанг после спуска их в трубы.
Если при подтягивании штанг плунжер сильно заклинило, та во время натяжки колонны штанг dacoc выходит из замковой пружины, в результате его со штангами извлекают из скважины. Затем спускают новый насос, трубы заливают водой, проверяют герметичность насоса, проводят сборку устьевого обо* рудования и станка-качалки и скважину запускают в работу.
В случае заклинивания плунжера вставного насоса трубы извлекать не следует. Тогда лишь плавно поднимают штанги вместе с насосом и заменяют его новым.