Электромагнитные датчики расхода

Принцип работы. В проводнике, пересекающем силовые линии магнитного поля, индуцируется ЭДС, пропорциональная скорости движения проводника. При этом направление тока, возникающего в проводнике, перпендикулярно к направлению движения проводника и направлению магнитного поля (закон Фарадея).

Если заменить проводник потоком проводящей жидкости, текущей между полюсами магнита, и измерять ЭДС, наведённую в жидкости по закону Фарадея, можно получить принципиальную схему электромагнитного расходомера. Электромагнитные расходомеры могут быть выполнены как с постоянными магнитами, так и с электромагнитами, питаемыми переменным током.

Электромагнитные расходомеры имеют свои достоинства и недостатки, определяющие области их применения. По принципу работы электромагнитный измеритель расхода – самый приемлемый способ измерения расхода цементных и буровых растворов с высокой точностью.

Достоинства. Первичные преобразователи электромагнитных расходомеров не имеют частей, выступающих внутрь трубопровода (электроды устанавливаются заподлицо со стенкой трубопровода), сужений или изменений профиля. Благодаря этому гидравлические потери и абразия частей на приборе минимальны. Отсутствие полых углублений исключает застаивание бурового раствора и излишнюю зашламованность. На показания электромагнитных расходомеров не влияют физико-химические свойства измеряемой жидкости (вязкость, плотность, температура и т. п.), если они не изменяют её электропроводность.

Недостатки. Метод чувствителен к неоднородностям (пузырькам), турбулентности потока, неравномерности распределения скоростей потока в сечении канала. Метод чувствителен к паразитным токам заземления, протекающим по трубе. Расходомеры (особенно с постоянными магнитами) могут забивать сечение трубы металлическим мусором удерживаемым магнитной системой расходомера.

Электромагнитные расходомеры непригодны для измерения расхода газов, а также жидкостей с электропроводностью менее 10−3 – 10−5 См/м (10−5 – 10−7 Ом−1•см−1), что делает невозможным его использование для буровых растворов на нефтяной основе и с высоким газосодержанием (от 5%).

Так же к минусам относятся и сложность в установке этого типа датчиков. Труба в зоне измерения расходомера должна быть прямой на расстояние 5 – 10 диаметров расходомера, внутренняя поверхность трубы предпочтительно должна быть из не проводящего материала на расстояние 2 – 5 диаметров. Проблемы возникают и в том, что эти расходомеры ставятся вразрез трубы (желоба), таким образом требуются особые условия для изоляции и герметизации (особенно для линий высокого давления). Это все, в совокупности с большими габаритами, привело к тому, что данный тип датчиков стал редко использоваться в отечественных СГТИ, особенно учитывая их мобильность.

Данный тип датчиков применяется на входе и выходе из скважины. Отличаются они внутренним диаметром.

 

 

а)                                                               б)

      

в)                                                              г)

     

Рис.6. Датчики расхода электромагнитные: а) ИПРЭ-7 (ОАО АПЗ, в составе СГТИ «КАМА» (ЗАО АМТ и ЗАО НППГА «Луч»)), б) РИМ-100 (СКБ «Ореол»), в) Electromagnetic Flowmeter Sensor (EFS) (Geolog), г) EFS (Lida LTD).

Технические характеристики:

Параметр/Датчик	РГР-100	РИМ-50/100	ИПРЭ-7 (100/150/200)	EFS	EFS
Производитель	ООО «БурГеоСервис+»	СКБ «Ореол»	ОАО АПЗ	Geolog (Италия)	Lida LTD (Китай)
Диапазон измерения расхода, л/с	0 – 100	0 – 50/100	1,134–226,8/ 2,88–576,0/ 4,5–900,0	0 – 100	0 – 40
Диаметр проходного сечения, мм	100	50/100	100/150/200	~100	25 – 100
Предел основной приведенной погрешности, %	±1,5	±1,0	±1,0	±1,0	±0,5
Удельная электропроводность контролируемой жидкости, См/м	более 10-4		10-3 – 10	-	более 5*10-3
Температура окружающей среды, °С	–20…+80	-	–40…+50	-	–25…+60
Масса, кг	70	18/50	11/37/60	-	-
Габариты, мм	600х350х450	-	250х238,6х316/ 420х356х400/ 460х416х480	-	-

Кориолисовые расходомеры

Датчики, использующие эффект Кориолиса для измерения массового расхода бурового раствора.

Принцип действия. Если движущаяся масса подвергается колебаниям в направлении перпендикулярном направлению движения, возникает сила Кориолиса, пропорциональная массовому расходу. Кориолисовый массовый расходомер имеет специальные колеблющиеся измерительные трубки для того, чтобы точно локализовать данный эффект. Кориолисовы силы возникают когда среда (масса) протекает через эти осциллирующие трубки.

Датчики на входном и выходном концах регистрируют результирующий сдвиг фаз в геометрии колеблющихся трубок. Процессор обрабатывает эту информацию и использует ее для вычисления массового расхода. Частота колебаний самих измерительных трубок, кроме того, является прямым измерением плотности среды. Температура измерительных трубок также регистрируется для компенсации температурного влияния. Эта величина соответствует температуре среды и доступна в виде выходного сигнала.

Преимущества измерения кориолисовым расходомером:

· высокая точность измерений параметров;

· работают вне зависимости от направления потока;

· не требуются прямолинейные участки трубопровода до и после расходомера;

· надёжная работа при наличии вибрации трубопровода, при изменении температуры и давления рабочей среды (только если расходомер установлен на резиновые подставки-прокладки);

· длительный срок службы и простота обслуживания благодаря отсутствию движущихся и изнашивающихся частей;

· измеряют расход сред с высокой вязкостью.

Из минусов - стоит отметить невозможность работы с многофазными жидкостями (с высоким содержанием газов), установка в разрыв линии и высокая цена. Что обуславливает его редкое использование, преимущественно в специальных случаях (тяжелые геологические условия, морское бурение).

 

Рис.7. Кориолисовый расходомер Geolog

Технические характеристики: диаметр сечения: 203,2 мм; диапазон измерения: 0 – 60 л/с; разрешение: 0,1 л/с; погрешность: ±0,1%).