Определение состава и характеристик нефти.

При управлении технологическими процессами бурения и до­бычи нефти необходимо измерять параметры, характери­зующие как добываемую нефть так и материалы, применяемые в ходе технологического процесса.

Для этих целей применяются анализаторы свойств материалов и примесей. К свойствам материалов мы будем относить плотность и вязкость. К анализу примесей относится определение содержания в не­фти воды и солей.

Приборы для автоматического измерения плотности нефтей

Плотность нефти характеризует ее качество и может указывать на наличие в ней примесей. Иногда плотность жидкостей измеряют для определения концентрации растворенного вещества.

Плотность определяется массой m в единице объема V: ρ=m/V

Иногда пользуются понятием относительной плотности, ко­торая для жидкостей обычно определяется по отношению к плот­ности дистиллированной воды при +4° С.

По принципу действия плотномеры можно разделить на следу­ющие группы: поплавковые, гидростатические (принцип действия основан на том, что давление жидкости на глубине Н от поверхности равно весу столба жидкости), радиоактивные (принцип действия основан на изменении поглощения γ излучения радиоактивного источника при прохождении лучей ч/з жидкость в зависимости от изменения плотности этой жидкости) и ультразвуковые (использована зависимость скорости распространения ультразвука в жидкости от ее плотности).

Вискозиметры

Вискозиметры предназначены для измерения коэффициентов вязкости (динамической и кинематической), которые характери­зуют сопротивление жидкости течению.

Коэффициент динамической вязкости определяется формулой Ньютона:

где F - сила сдвига; S - площадь внутреннего сдвига; dυ/dn -градиент скорости по поперечному сечению потока; υ - скорость течения слоя; n - расстояние между параллельными движу­щимися плоскостями.

За единицу динамической вязкости принимают вязкость потока жидкости, в которой линейная скорость под воздействием давления сдвига 1 Па имеет градиент 1 м/с на 1 м расстояния, перпендикулярного к плоскости сдвига. Размерность этой единицы Н∙с/м².

Кинематическая вязкость представляет собой отношение ди­намической вязкости к плотности жидкости. Иногда вязкость определяется условными единицами ºВУ: ºВУ=τ_ж/τ_в, где τ_ж - время истечения определенного объема исследуемой жидкости через калиброванную трубку: τ_в - время истечения того же объема дистиллированной воды через ту же трубку.

Приборы для измерения вязкости основаны на следующих ме­тодах: по перепаду давления при движении жидкости в капил­лярных трубках, по времени падения твердого тела в жидкости, по крутящему моменту и по поглощению ультразвуковых колеба­ний.

При измерении вязкости следует иметь в виду, что на вязкость значительно влияет изменение температуры.

Приборы для измерения вязкости основаны на следующих ме­тодах: по перепаду давления при движении жидкости в капил­лярных трубках, по времени падения твердого тела в жидкости, по крутящему моменту и по поглощению ультразвуковых колеба­ний.

При измерении вязкости следует иметь в виду, что на вязкость значительно влияет изменение температуры.

Виды вискозиметров: капиллярные (действие основано на законе истечения жидкости из капиллярных трубок), вискозиметры с падающим шариком (зависимость скорости падения шарика от вязкости жидкости), ротационные вискозиметры (основан на измерении момента сопротивления, создаваемого жидкостью при вращении тела цилиндрической формы).

Анализаторы содержания воды в нефти

В большей части нефтяных месторождений нефть в нефтяных горизонтах залегает вместе с водой.

Существующие приборы для определения содержания воды в нефти по принципу действия можно разделить на диэлькометрические и инфракрасного излучения.

Диэлькометрические влагомеры используют значительную раз­ницу диэлектрической проницаемости нефти (около 2,5) и воды (80).. Принцип действия такого влагомера заключается в измерении емкости конденсатора, образованного двумя электродами, опу­щенными в анализируемую водонефтяную эмульсию.

В настоящее время на нефтяных промыслах применяют анали­затор содержания воды в нефти «Фотон-П». Принцип действия ана­лизатора основан на зависимости интенсивности рассеянного в водонефтяной эмульсии инфракрасного излучения от содержа­ния воды в ней.

 Анализаторы содержания солей в нефти

Соли содержатся в растворенном состоянии в воде, присутст­вующей в нефти, а иногда и в виде мельчайших кристаллов непо­средственно в нефти. Содержание соли в нефти крайне нежелательно, Так как это может привести к разрушению нефтеперерабаты­вающей аппаратуры и ухудшить качество нефтепродуктов. Пре­дельное содержание солей в нефти не должно превышать 50 мг/л. Для контроля содержания соли в нефти в настоящее время существуют приборы, основанные на растворении пробы нефти в смеси полярных и не­полярных растворителей в заданном соотношении и на измерении электропроводности полученного раствора, которая пропорцио­нальна содержанию солей в нефти.

Анализатор ИОН, работающий по этому методу, состоит из блоков: преобразователя, управления, регистрации, электромаг­нитных кранов, регулятора давления жидкости.

Рис. 12.5. Капиллярный вискозиметр Пинкевича:

1 - капилляр; 2,3 - расширения; 4 - трубка;

5 - сосок; б – расширение

 

Капиллярные вискозиметры Пинкевича выпускаются с различными диаметрами капилляра (мм): 0,4; 0,6; 0,8; 1,0; 1,2; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0; 3,5; 4,0. Для определения кинематической вязкости нефти при задан ной температуре выбирают вискозиметр с таким расчетом, чтобы время истечения нефти было не менее 15 с.

Вязкость нефтей России при 20 °С в 1.3-310.3 раз превышает вязкость воды. Величина вязкости предопределяет способ транспортировки нефтей по трубопроводам. Маловязкие нефти перекачивают при температуре окружающей среды без предварительной обработки, а высоковязкие нефти перекачивают одним из следующих способов: в смеси с маловязкими разбавителями, после предварительной механической или термической обработки, с предварительным подогревом и др. (подробнее эти способы рассмотрены ниже).

Температура застывания имеет существенное значение для транспортирования нефти, так как по мере приближения к ней факти ческой температуры жидкости затрудняется или становится невозможным ее перемещение. Переход нефти из одного агрегатного состояния в другое совершается не при одной постоянной температу ре, а в некотором интервале их значений. Поэтому температура

застьтвания является условной величиной. Она зависит главным обра зом от химического состава нефти и от содержания в ней парафина и

смол.

Температурой застывания нефти принято считать температуру, при которой нефть, налитая в пробирку стандартных размеров, остается неподвижной в течение одной минуты при наклоне пробирки под углом 45°.

Температура застывания маловязких нефтей составляет до -25 и поэтому их можно транспортировать при температуре окружаю щей среды. С увеличением содержания парафина температура застывания увеличивается. Для нефтей полуострова Мангышлак она доходит до +30 °С. Их можно перекачивать только специальными методами.

Испаряемость - свойство нефтей и нефтепродуктов переходить из жидкого состояния в газообразное при температуре меньшей, чем температура кипения. Испарение углеводородных жидкостей происходит при любых температурах до тех пор, пока газовое пространство над ними не будет полностью насыщено углеводородами.

Скорость испарения нефтей и нефтепродуктов зависит, в основном, от содержания в них легких фракций (пропан, бутаны) и от температуры. Вискограммы нефтей различной вязкости:

Рис. 12,6. Зависимость кинематической вязкости нефти от температуры

 

Пожаровзрывоопасность нефтей и нефтепродуктов характеризуется способностью смесей их паров с воздухом воспламеняться и взрываться. Пожароопасность нефтей и нефтепродуктов определяется величинами температур вспышки, воспламенения и самовоспламенения. Под температурой вспышки паров понимают температуру, при которой пары жидкости, нагретой при определенных условиях, образуют с воздухом смесь, вспыхивающую при поднесении к ней открытого пламени. Углеводородные жидкости с температурой вспышки 61^оС и ниже относятся к легковоспламеняющимся, выше 61^оС - к горючим. Под температурой воспламенения понимают температуру, при которой жидкость при поднесении открытого пламени горит. Обычно температура воспламенения на 10-50^оС выше температуры вспышки. Под температурой самовоспламенения понимают температуру нагрева жидкости, при которой ее пары воспламеняются без поднесения открытого огня. В зависимости от температуры воспламенения установлено пять групп пожароопасных смесей: Т₁>450^oC; Т₂=300-450^оС; Т3=200-300^оС; Т₄=135-200 ^oC; Т₅=100-135 ^oC.

Взрывоопасность нефтей и нефтепродуктов характеризуется величинами нижнего и верхнего пределов взрываемости. Нижний предел взрываемости - это концентрация паров жидкости в воздухе, ниже которой не происходит вспышки смеси из-за избытка воздуха и недостатка паров при внесении в эту смесь горящего предмета. Верхний предел взрываемости соответствует такой концентрации паров нефти и нефтепродуктов в воздухе, выше которой смесь не взрывается, а горит. Значения концентрации паров между нижним и верхним пределами взрываемости называют интервалом взрываемости. для нефтей и нефтепродуктов интервал взрываемости составляет от 2 до 10 %.

Электризация углеводородных жидкостей обусловлена их высоким электрическим сопротивлением, т. е. диэлектрическими свойствами. При трении их частиц между собой, о стенки трубопро водов и емкостей, а также о воздух возникают заряды статического электричества величиной до нескольких десятков киловольт. для воспламенения же достаточно разряда с энергией 4 - 8 кВт. Применяют, в основном, два метода защиты от разрядов статического электричества: заземление токопроводящих элементов

оборудования и ограничение скоростей перекачки (не более 10 м/с).

Токсичность нефтей и нефтепродуктов заключается в том, что их пары оказывают отравляющее действие на организм человека. При этом наблюдается повышенная заболеваемость органов дыхания, функциональные изменения со стороны нервной системы, изменение кровяного давления и замедление пульса.

Предотвращение отравлений персонала обеспечивается усиленной вентиляцией производственных помещений, а также применением изолирующих или фильтрующих противогазов при работе в опасной для здоровья атмосфере.

Реле, характеристика, виды.

Реле - наиболее распространенный элемент автоматики и телемеханики, в котором выходная величина у меняется скачкообразно при дости­жении входной величиной х определенных значений.

Одно реле может управлять большим количеством элементов и цепей автоматики.

Номенклатура реле чрезвычайно разнообразна. Они различаются по физической природе параметра, на который реагирует восприни­мающая часть реле, по физическим явлениям, обусловливающим принцип действия, по конструктивным особенностям, рабочим параметрам и др. Различают реле электрические, оптические, механи­ческие, тепловые, гидравлические и пневматические, акустические.

Электромагнитные реле

Конструктивная схема электромагнитного реле постоянного тока: при обтекании катушки током якорь притягивается к сердечнику катушки. При этом замыкаются контакты. Сила притяжения якоря пропорциональна квадрату ампервитков катушки и обратно пропорциональна квадрату воздушного зазора между сердечником и якорем катушки:

,

 где а - коэффициент пропор­циональности; I - сила тока в катушке; ω - число витков; катушки; δ₀ - начальный воз­душный зазор.

Величина срабатывания - наименьший ток I_ср, проте­кающий по катушке, при котором реле надежно срабатывает, величина отпускания – наименьший ток I_отп, при котором реле отпускает. Коэф-т возврата k_в=I_отп/I_ср. Ток срабатывания больше тока отпускания; обычно для слаботочных реле принимают k_B = 0,3 - 0,5.

Чтобы обеспечить надежное срабатывание, рабочий ток реле I_раб принимают большим, чем ток срабатывания. Рабочий ток реле: I_раб=U/R, где U - рабочее напряжение на катушке реле; R -сопротивление катушки.

Время срабатывания реле зависит от скорости нарастания тока в катушке.

Время срабатывания и отпускания реле устанавливают механической регулировкой реле или изменяют параметры цепи, в которую включена катушка реле, выдержку времени реле - регулировкой воздушного зазора.

Промышленность выпускает специальные замедленные реле. В этих реле под основными обмотками навивает короткозамкнутую обмотку из голой медной проволоки или надевают медную гильзу. При включении реле магнитный поток, создаваемый основной обмот­кой, возрастает и индуктирует в короткозамкнутой обмотке ток, магнитный поток которого направлен против основного магнитного потока. Поэтому якорь реле притягивается с замедлением.

При отключении основной обмотки создаваемый в короткозамкнутой обмотке магнитный поток направлен так же, как и спадающий поток основной обмотки, поэтому якорь отпускает с замедлением.

Замедление при отпускании превышает замедление на срабаты­вание, так как отпускание начинается при полном магнитном потоке, поэтому магнитный поток короткозамкнутой обмотки значительно больше, чем при срабатывании.

Электромагнитные реле работают как на постоянном, так и на переменном токе.

Поляризованные реле

Поляризованные реле отличаются тем, что на их якорях действуют два независимых магнитных потока: рабочий, создаваемый током обмотки, и поляризующий, создаваемый постоянным магнитом.

Поляризованные реле меняют направления действия своих кон­тактов при изменении направления тока в обмотке и характеризуются повышенной чувствительностью срабатывания. Срабатывание реле происходит при определенном направлении тока в обмотке с переброской якоря к контакту. При изменении направления тока якорь прижимается к другому контакту

В схемах релейной защиты электродвигателей и генераторов широко применяются магнитоспектрические, электродинамические и индукционные реле.

14. Усилители. Характери­стики, виды.

Усилители служат для усиления сигналов датчи­ков, которые обычно имеют очень малую мощность, недостаточную для перемещения регулирующих органов.

Усилители выполняются либо как самостоятельно работающий элемент системы (электронные или магнитные усилители), либо как неотъемлемая часть серводвигателей, наиболее распространенных в гидравлических и пневматических устройствах.

К усилителям предъявляются следующие требо­вания: необходимый коэффициент усиления, доста­точная чувствительность, малая инерционность, линейность характеристики, согласованность выхода усилителя с входом серводвигателя.

Основной характеристикой усилителя является его коэффициент усиления. Для электрических усилителей различают коэффициенты усиления по мощности и по напряжению. В зависимости от вида энергии, применяемой при работе усилителей, они разделяются на механические, пневматические, электрические и др.

Механические усилители. К механическим усилителям относятся различные рычажные системы, а также зубчатые передачи, фрикционные и тормозные устройства.

Механические усилители являются практически безынерционными устройствами и отличаются простотой конструкции и надежностью в работе. Они имеют сравнительно небольшие коэффициенты усиления. Располагают эти усилители в непосредственной близости от исполнительного механизма. Механические усилители отличаются простотой конструкции, надежностью действия и возможностью легкого перехода от усиле­ния по мощности к усилению по перемещению и наоборот. Недостатки: малый коэффициент усиления, возможность применения только при близком распо­ложении элементов регулятора.

 Гидравлические и пневматические усилители: автоматизированные установки газонефтепроводов должны отвечать требованиям взрывобезопасности. Этим требованиям в полной мере отвечают гидравлические и пневма­тические усилители - золотники, усилители типа «сопло-заслонка» и струйные трубки. Гидравлические и пневматические усилители обеспечивают большие коэффициенты усиления (10⁵ и выше). Имеют следующие достоинства: большой коэффици­ент усиления, плавно изменяемый большой диапазон регулирования скоростей, взрывобезопасность и искробезопасность. Типовые конструкции гидравли­ческих и пневматических усилителей следующие: золотник, сопло с заслонкой или иглой, струйные трубки.

Электрические усилители: к электрическим усилителям относятся магнитные, электронные, полупроводниковые.

Усилителями могут быть также реле, которые применяются в релейно-контактных схемах автоматики.

Магнитный усилитель представляет собой ферромагнитное устройство переменного тока, индуктивность которого меняется в ши­роких пределах при подмагничивании дросселя постоянным током. Таким образом, вход - напряжение постоянного тока, выход - напряжение переменного тока, если не предусмотрены выпрямители на выходе.

Этот вид усилителей в качестве источника питания использует источник переменного напряжения. В магнитном усилителе простей­шего типа рабочие обмотки включены последовательно с источником питания и нагрузкой.

Магнитный усилитель можно рассматривать как переменную ин­дуктивность, величина которой определяет величину тока в цепи нагрузки. Величина же индуктивности в свою очередь зависит от величины подмагничивающего тока, который протекает в специаль­ных обмотках и является управляющим током усилителя.

Магнитный усилитель в релейном режиме представляет собой бесконтактное магнитное реле. Его работа отличается от работы кон­тактного реле тем, что цепь нагрузки физически не размыкается, но индуктивное сопротивление (при отсутствии насыщения в сердечни­ках) настолько возрастает, что ток в нагрузке становятся близким к нулю и практически прерывается. В таком режиме магнитный уси­литель может применяться как выходной усилитель к логическим элементам. Однако из-за высокого коэффициента обратной связи работа его менее стабильна, чем работа усилителя с линейной харак­теристикой.

Быстродействие магнитных усилителей невелико. Инерционность магнитных усилителей за­висит главным образом от коэффициента усиления и величины обратной связи. Магнитные, достоинства: простота и надежность конструкции, легкость эксплуатации, возможность значительной перегрузки, высокий КПД.

Электронные усилители основаны на принципе изменения вели­чины потока электронов путем воздействия на этот поток электриче­скими полями. Электронные усилители, основное достоинство – возможность получения больших усилений при чрезвычайно малых входных сигналах, недостатки: относительно малая выходная мощность.

Наиболее широкое применение в качестве усиливающего эле­мента получила электронная лампа с сеткой (триод).

В последнее время начали применяться усилители, в которых усилительным элементом служит полупроводник.

15. Исполнительные устройства. Ха­рактеристики, виды

Исполнительные механизмы подразделяются на электрические, механические, пневматические и гидравлические.

Важнейшими характеристиками исполнительных механизмов яв­ляются: быстродействие и перестановочное усилие, развиваемое механизмом в поступательном движении, или момент на выходном валу для поворотных механизмов.

Под быстродействием следует понимать время, необходимое для перемещения выходного штока (вала) исполнительного механизма из одного крайнего положения в другое.

Электрические исполнительные механизмы: электрические исполнительные механизмы делятся на электродвигательные и электромагнитные (соленоидные). Наибольшее рас­пространение имеют серводвигатели постоянного тока. Для снижения скорости вводятся понизительные передачи (редукторы).

К недостаткам электродвигателей постоянного тока следует отнести наличие коллектора со скользящими контактами, что снижает его надежность и требует квалифицированного обслуживания. Для серводвигателей переменного токачаще всего используют двухфазные асинхронные короткозамкнутые электродвигатели. Они надежны в работе и просты по устройству. Их недостатком является нелинейность механических характеристик, сравнительно большой вес при малой мощности на валу.

Для мощных приводов применяются трехфазные асинхронные двигатели.

Соленоидные исполнительные механизмы большей частью непо­средственно связаны с регулирующим устройством и составляют , вместе с ним одну общую конструкцию.

Соленоидные вентили имеют электромагнит, служа­щий для перемещения клапана. При включении тока электромагнит­ная катушка (соленоид) втягивает стальной сердечник (якорь) и поднимает клапан. При выключении клапан и сердечник опус­каются под действием собственного веса и вентиль закрывается. Соленоидный вентиль - двухпозиционный исполнительный механизм. Недостатком такого вентиля является потребление электрической энергии открытым вентилем. В электромагнитных вентилях с защел­кой главный электромагнит открывает вентиль и удерживает его в открытом положении защелкой.

Пневматические и гидравлические исполнительные механизмы:

Пневматические и гидравлические исполнительные механизмы подразделяются на мембранные и поршневые.

Наибольшее распространение получили мембранные механизмы. В зависимости от наличия противодействующей пружины различают пневмоприводы одностороннего и двухстороннего действия. Приводы одностороннего действия применяются в тех случаях, когда возврат­ное движение поршня (мембраны) совершается вхолостую без на­грузки.

Если при подаче воздуха на мембрану управляющая линия пере­крывается рабочим органом, такой исполнительный механизм назы­вается «воздух закрывает» (ВЗ) и, нао­борот, если линия открывается - «воздух открывает» (ВО).

Если необходимо создать большие перемещения регулирующего органа, применяются поршневые исполнительные механизмы. Они подразделяются на механизмы одностороннего идвухстороннего действия. Обратный ход поршня осу­ществляется за счет противодействующей пружины.

Исполнительные механизмы предназначены для перемещения регулирующих органов в системах релейного или непрерывного автоматического регу­лирования и дистанционного управления в соответст­вии с командными сигналами от усилителей или управляющих устройств.

---

Дата добавления: 2018-05-12; просмотров: 380; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!