Расходомеры «ЭМИС- Вихрь 200 ППД»: конструктивные исполнения, особенности и отличия

Расходомеры, предназначенные для учета пластовой (подтоварной (сеноманской)) воды в системах поддержания пластового давления (ППД) в процессе нефтедобычи, представленные сегодня на рынке, преимущественно являются электромагнитными и вихревыми. Среди последнего типа приборов по съему сигнала наиболее распространены: ДРС (ДРС.М/ДРС.И), «Метран-305ПР», «ЭМИС-Вихрь 200ППД». При этом вихревые счетчики-расходомеры могут, в принципе, отличаться конструктивно, в первую очередь из-за разного способа съема сигнала. Вообще, считывание вихреобразования у расходомеров данного типа может осуществляться с помощью датчика изгибающего момента, электромагнитным и акустическим методом, а также с помощью датчиков пульсации давления. Все перечисленные варианты отражают разновидность метода считывания вихрей, образующихся за телом обтекания.

Независимо от вариантов исполнения расходомеры для учета пластовой (подтоварной (сеноманской)) воды решают основную производственную задачу по измерению:

• Пресной воды;
• Подтоварной воды;
• Пластовой воды;
• Сеноманской воды;
• Артезинаской воды,
– в зависимости от источника водозабора для подачи в нагнетательную скважину;
• Прочих жидкостей, неагрессивных к стали марок 20Х13 или 12Х18Н10Т.

Расходомеры торговой марки «ЭМИС» для учета пластовой воды в системах ППД имеют два варианта исполнения в зависимости от способа считывания вихреобразования: с пьезоэлектрическим датчиком изгибающего момента и акустическим съемом сигнала. Рассмотрим подробнее их отличительные особенности и преимущества.

Расходомер «ЭМИС-ВИХРЬ 200 ППД» I-ого исполнения c пьезоэлектрическим датчиком изгибающего момента

В данном конструктивном исполнении завихрения, образующиеся поочередно за телом обтекания, вызывают колебания давления измеряемой среды по обе стороны от крыла сенсора, в который встроен пьезоэлектрический элемент, и который является датчиком изгибающего момента. Датчик воспринимая пульсации давления на пьезоэлементе, преобразует поочередные удары вихрей в частотный электрический сигнал, который проходит через усилитель в электронный блок вторичного преобразователя счетчика-расходомера.

Вторичный преобразователь осуществляет перевод аналогового сигнала в цифровой, обрабатывает его по заложенным алгоритмам, фильтрует и передает на цифровой выход. Одновременно с этим, обработанный цифровой сигнал преобразовывается в аналоговый и передается на токовый и частотно-импульсный выходы. В вихревых счетчиках-расходомерах «ЭМИС» вне зависимости от их назначения и типа измеряемой среды цифровая обработка сигнала во вторичном преобразователе, полученного с первичного преобразователя, осуществляется с применением математических рядов Фурье.

К наиболее существенным преимуществам расходомеров «ЭМИС-ВИХРЬ 200 ППД» с (пьезоэлектрическим) датчиком изгибающего момента можно отнести устойчивость к растворенным и свободным газовым включениям, а также возможность цифровой фильтрации сигнала сенсора.

Например, такие неблагоприятные воздействия, как вибрация, электромагнитные наводки и т.д., являющихся проявлениями и (или) следствиями условий эксплуатации, компенсируется применением цифровых фильтров, реализованных в электронном блоке вторичного преобразователя прибора:

• 4 заграждающих (полосовых) фильтра;
• заградительный фильтр на 50 Гц;
• фильтр по минимальной амплитуде сигнала;
• фильтр по минимальному расходу;
• степень демпфирования расхода;
• медианный фильтр;
• адаптивный амплитудный фильтр.

Кроме того, имеется возможность дополнительной настройки цифровой обработки сигнала посредством фирменного ПО «ЭМИС-Интегратор» и отображения на дисплее рабочего места оператора спектра сигнала при подключении посредством цифрового протокола ModBus RTU RS-485. Еще одной технической особенностью вихревого счетчика-расходомера «ЭМИС-Вихрь 200ППД» I-ого конструктивного исполнения является возможность комплектации вторичного преобразователя электронным блоком с двухпроводной схемой подключения, при которой питание и съем выходного сигнала осуществляется по токовой петле. Также при таком исполнении у прибора присутствует выходной сигнал на базе цифрового протокола HART (V.7).

Расходомер «ЭМИС-ВИХРЬ 200 ППД» конструктивного исполнения II с акустическим съемом сигнала

В данном исполнении за телом обтекания в корпусе проточной части диаметрально противоположно друг другу расположены ультразвуковые пьезо-излучатель (ПИ) и пьезоприемник (ПП). Принцип действия аналогичен принципу действия любого вихревого расходомера. За телом обтекания формируется вихревая дорожка (дорожка Кармана), которая вызывает фазовую модуляцию ультразвукового луча, пересекающего поток за телом. Для излучателя используется прямоугольный сигнал фиксированной частоты 1,000 или 1,024 МГц. Один из УЗ-датчиков непрерывно излучает сигнал, второй работает как приемник. Для предотвращения насыщения селективного усилителя и поддержания аналогового режима, при котором усиленный сигнал имеет форму синусоиды, используется автоматическая регулировка амплитуды (АРУ). Амплитуда поддерживается путем изменения скважности напряжения, подаваемого на излучатель. Данная техническая особенность вихре-акустических счетчиков-расходомеров «ЭМИС» для учета пластовой (подтоварной (сеноманкской)) воды в системах ППД является существенными преимуществом, так как с помощью функции АРУ решается вопрос «борьбы» с естественным старением излучающего датчика воспринимающего тракта.

На пьезоприемнике ультразвуковые колебания преобразуются в электрические и подаются на фазовый детектор. На фазовом детекторе определяется разность фаз между сигналами с приемника и опорного генератора. На выходе фазового детектора образуется напряжение, частота изменения которого равна частоте образования вихрей и является мерой расхода. Электронный блок формирует выходные сигналы преобразователя после усиления, фильтрации, преобразований и цифровой обработки сигнала. При акустическом съеме сигнала расходомер устойчив к паразитным помехам, образуемым вибрациями различного происхождения.

Таблица 1. Технические характеристики и отличительные особенности расходомеров «ЭМИС-ВИХРЬ 200 ППД»

	Конструктивное исполнение 1	Конструктивное исполнение 2
Датчик температуры	Отсутствует датчик температуры	Присутствует датчик температуры (KTY81)
Помехоустойчивость	Сенсор расходомера чувствителен к пульсационным источникам помех	Сенсор расходомера нечувствителен к пульсационным источникам помех
Газовый фактор	Содержание газовых* включений не более 2,5% по объёму для преобразователей класса точности 0,5% и не более 4% для преобразователей классов точности 1 и 1,5%.	Содержание газовых включений не допускается
Диаметр условного прохода, мм	50, 80, 100, 150
Максимальное давление измеряемой среды МПа	30	30
Погрешность %	0,5; 1,0; 1.5.	1,0
Выходные сигналы	частотный/импульсный, токовый 4-20, цифровой Modbus RTU (RS-485), HART (V.7)
Взрывозащита	1ExdIIC(T5-T6) Gb Х 1ExibIIB(T5-T6)Gb Х 1ExiaIIB(T5-T6)GbХ или 0ExiaIIB(T5-T6)GbХ 1ExiaIIС(T5-T6)GbХ или 0ExiaIIC(T5-T6)GbХ Ex ia IIIB T450C ...T85C Db X Ex ia IIIC T450C ...T85C Db X Ex ib IIIB T450C ...T85C Db X Ex ib IIIC T450C ...T85C Db X 1Ex tb IIIC T450C ...T85C Db X	1ExdIIC(T5-T6) Gb Х
Класс пылевлагозащиты	IP 66/68	IP 66/68
Тип дисплея	ЖК-дисплей с оптическими или магнитными кнопками	OLED, четырехстрочный с возможностью выбора меню
Межповерочный интервал	5 лет
Имитационная поверка	Без снятия с трубопровода и остановки рабочего процесса

* – При содержании газовых включений до 10% по объёму полная относительная погрешность не превышает ±5%. Преобразователи способны измерять расход жидкостей с содержанием газовых включений до 15% по объёму с погрешностью до ±6,5%. Добавим, что исполнения электронного блока вихревых расходомеров «ЭМИС» для учета пластовой (подтоварной (сеноманской)) воды в системах ППД с пьезоэлектрическим датчиком изгибающего момента и вихреакустическим съемом сигнала отличаются, хотя и имеют одинаковый набор выходных сигналов.

Следует отметить, что счетчики-расходомеры «ЭМИС-ВИХРЬ 200 ППД» имеют одинаковый тип присоединения к процессу, сэндвич (шип), с размерами, совместимыми с отраслевыми стандартами ППД. При этом приборы торговой марки «ЭМИС» являются взаимозаменяемыми и по присоединительным размерам и по типу уплотнительной поверхности с конкурентными аналогами ДРС (ДРС.М/ДРС.И) и «Метран-305ПР».

Также следует дополнить, что оба исполнения вихревых расходомеров «ЭМИС» для учета воды, закачиваемой в пласт, имеют некоторые аналогичные технические характеристики, одновременно являющиеся и конкурентными техническими преимуществами. Так для расходомеров «ЭМИС-Вихрь 200ППД» и I-ого, и II-ого типа доступны исполнения до – 60С по температуре окружающей среды. Данная особенность предоставляет заказчику возможность эксплуатировать прибор при резко отрицательных температурах без дополнительного утепления и (или) обогрева, что особенно важно с учетом атмосферных характеристик основных регионов нефтедобычи в Российской Федерации. Кроме того, при любом типе конструктивного исполнения «ЭМИС-Вихрь 200ППД» и, соответственно, вторичного преобразователя для импульсного выходного сигнала доступна настройка по цене (весу) и длительности импульса, что упрощает для заказчика подключение прибора в системы телемеханики, эксплуатируемые на уже существующих и существующих давно месторождениях нефти. Также общей функциональной возможностью приборов учета пластовой (подтоварной (сеноманской)) торговой марки «ЭМИС» является наличие в программном обеспечении электронного блока вторичного преобразователя возможности отсечки по минимальному расходу.

В целом, необходимо отметить, что приборы учета пластовой воды (подтоварной (сеноманской)) ТМ «ЭМИС» в системах ППД при добыче нефти обладают всеми преимуществами, присущими вихревым расходомерам торговой марки «ЭМИС», в том числе возможностью, как уже говорилось выше, имитационной поверки без снятия с трубопровода и межповерочным интервалом 5 лет, получившим отражение в обновленном описании типа СИ на счетчики-расходомеры «ЭМИС-Вихрь 200».

Чтобы купить расходомер ППД или любой другой вихревой счетчик-расходомер торговой марки «ЭМИС», а также иные средства автоматизации и КИП и А, выпускаемые ЗАО «ЭМИС» (г. Челябинск) заполните опросный лист и направьте его на адрес электронной почты sales@emis-kip.kz.