用于测量材料的料位的设备制造技术

一种用于确定限定体积内的一个或多个材料相的种类、位置或料位或者两个材料相之间的界面的位置的设备，该设备包括：a)线性单元阵列，该线性单元阵列被配置为产生和检测电磁辐射；b)细长壳体，该细长壳体容纳该单元阵列，该细长壳体对于由该单元产生的电磁辐射是至少部分透明的；该设备被配置为至少部分地浸没在该限定体积内的该一个或多个材料相内，其中该线性单元阵列通过该细长壳体与该一种或多种材料物理隔离，该线性单元阵列被配置为在沿该壳体的长度的位置处产生穿过该至少部分透明的细长壳体到包围该壳体的该一个或多个材料相的传输信号，以及在沿该壳体的该长度的位置处穿过该细长壳体从包围该壳体的该一个或多个材料相接收返回信号，其中该设备被配置成处理该返回信号以确定该限定体积内的该一个或多个材料相的该种类、位置或料位或两个材料相之间的界面的该位置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于测量材料的料位的设备
本专利技术涉及测量材料的料位的方法以及用于测量材料(尤其是流体)的料位的设备。本专利技术特别但非排他性地应用于测量分离器、特别是油/水分离器中的流体的液位，尤其是应用于油生产设施中分离容器中的气-油和油-水边界的位置。
技术介绍
通常需要从生产井分离形成流动的水相、油相和气相。水和气体天然与油共同产生，并且水甚至可被注入油田中以维持油的生产。这产生来自生产井的包含油、气和水的混合物的流。也可存在矿物，诸如沙子和重油或焦油材料。因此，有必要在进一步处理之前将这些组分彼此分离。通常，此类分离在分离系统中进行，该分离系统可包括预分离装置(诸如旋风分离器)以将存在的大部分任何气相与液相分离，并且通常还包括分离容器，在分离容器中，流体流动减慢并被允许分离成层，然后将这些层从分离容器中单独取出。用于移除相应相的装置通常固定在分离容器内，因此需要控制向容器提供油和水以及任何其它组分的混合物的速率，并且还需要控制从容器中移除分离的组分的速率。控制流入和流出速率控制容器内分离的组分的料位，并且保持组分的料位，以使它们易于从分离器中移除。在实践中，通过由液相和气相形成的泡沫以及水相和油相的分散体或乳液，使得相的分离更加困难。泡沫或乳液的存在使得相间边界不太明确，从而使得总体控制更加困难。此类分离器的操作是复杂的，因为难以确定相边界的位置。例如用于测量容器或其他限定体积内的材料的料位和/或密度的料位和密度测量系统是熟知的。还已知的是，通过测量容器内容物在不同位置处的密度来定位容器中不同材料之间的边界，以形成容器和内容物的密度分布，以便识别指示边界区域的密度变化。例如，在WO00/22387中已提出通过以下方式来测量介质的密度分布：提供γ辐射源的阵列以给出所述辐射的准直光束，以及设置成使得所研究的介质在源和检测器之间延伸的检测器的阵列。通过监测由检测器接收的辐射，可确定由介质从每个光束吸收的辐射的量，并且因此可检测介质密度的变化。使用微波进行液位测量的方法和设备在US4107993中有所描述。该设备包括使用微波能量的吸收来指示容器中液体的液位的微小变化，以便控制液体的液位。该设备包括类似于观测计的外部腔室、外部微波源和外部微波接收器。测量穿过外部腔室的未吸收的微波能量并推断液体的液位。EP1126251描述了其中使用外部罐的类似设备，但在该设备中，微波发生器被定位成使得微波向下指向液体的表面并且依赖于从表面的反射，而不是穿过液体并依赖于透射来确定液体的液位。EP1235059还描述了一种微波液位测量设备，其中微波发生器被配置为基于反射来测量液体的液位。US2004/0229376公开了一种用于测定均质流体组成的方法，该均质流体例如是流动的石油流出物、由水和油组成的乳液，或由油和气组成的泡沫。测量穿过未知组成的流体的微波光束的衰减和相移，其中发射器和检测器之间的路径具有不同长度。US2003/0117150公开了一种分离筒，该分离筒设置有用于确定若干流体层的位置、组成和性质的装置。该装置包括设置有微波束发射器的第一杆、设置有微波束接收器的第二杆、可连接到发射器的微波源以及用于记录和分析由接收器接收的微波束的装置。US2004/0229376和US2003/0117150均包括发射器的线性阵列和与发射器间隔开的检测器的单独线性阵列。发射器阵列和检测器阵列均设置在流体柱中，使得流体填充发射器和检测器之间的空间，并且微波束从发射器穿过流体到达检测器。此配置体积庞大并且需要发射器和检测器对准。此外，微波可在影响性能或需要高功率微波发射器的某些类型的流体中严重衰减。在替代形式中，某些类型的流体对于微波辐射基本上是透明的，因此基于通过流体传输的微波辐射的吸收的准确测量是不可能的。US2015/0177163公开了一种用于确定罐中非导电介质的密度的系统和方法，其中该介质的介电常数和密度之间的关系是已知的。该系统包括收发器和波导，该波导朝向介质延伸并且延伸到介质中。该系统还包括第一微波谐振器，该第一微波谐振器位于波导旁边的支撑结构上。第一微波谐振器具有谐振频率，该谐振频率根据已知关系取决于包围谐振器的介质的介电常数，并且被布置为反射沿波导引导的信号的频域中的一部分。这是时域反射计(TDR)系统的变型。这种类型的现有技术配置使用不将传输信号与周围介质隔离的传输线。信号沿传输线与介质相互作用并在周围介质的界面处反射。此方法的问题在于传输信号不能穿透某些界面。DE10133692还公开了一种类似的时域反射计(TDR)系统。本专利技术的目的是提供一种用于测量材料的料位或位置或种类的改进的测量系统、设备和方法，并且克服现有技术的限制。
技术实现思路
本说明书提供了一种用于确定限定体积内的一个或多个材料相的种类、位置或料位或者两个材料相之间的界面的位置的设备，该设备包括：a)线性单元阵列，该线性单元阵列被配置为产生和检测电磁辐射(例如，微波)；b)细长壳体，该细长壳体容纳该单元阵列，该细长壳体对于由该单元产生的电磁辐射是至少部分透明的；该设备被配置为至少部分地浸没在该限定体积内的该一个或多个材料相内，其中该线性单元阵列通过该细长壳体与该一种或多种材料物理隔离，该线性单元阵列被配置为在沿该壳体的长度的位置处产生穿过该至少部分透明的细长壳体到包围该壳体的该一个或多个材料相的传输信号，以及在沿该壳体的该长度的位置处穿过该细长壳体从包围该壳体的该一个或多个材料相接收返回信号，其中该设备被配置成处理该返回信号以确定该限定体积内的该一个或多个材料相的该种类、位置或料位或两个材料相之间的界面的该位置。该设备与诸如US2004/0229376和US2003/0117150中所述的那些配置的不同之处在于，不是提供发射器和检测器的间隔开的阵列并且在电磁辐射穿过位于发射器和检测器之间的材料时测量电磁辐射的吸收，本配置提供了用于发射和检测电磁辐射的单个单元阵列，其中单元阵列通过对电磁辐射至少部分地透明的壳体与周围介质隔离。因此，单元可在沿壳体的位置处穿过壳体传输电磁辐射，并且测量返回信号，该返回信号取决于在沿壳体的每个位置处包围壳体的材料。此配置是紧凑的，并且不依赖于电磁辐射的吸收。该配置可用于准确地测量容器中各种材料的位置。此外，该设备与时域反射计(TDR)系统(诸如US2015/0177163中所述)的不同之处在于现有技术TRD系统的传输线不与周围介质隔离，使得沿该线传递的信号将从界面反射。如前所述，该方法的问题是传输信号不能穿透某些界面。相比之下，如本文所述的设备包括用于发射和检测电磁辐射的单元阵列，该电磁辐射与周围材料隔离并且在不同深度处发射和检测。因此，本专利技术的设备不具有从上方穿透界面的相同问题，并且无论材料柱中存在的界面的类型和数量如何，都能够可靠地检测所有材料层。壳体(其可为浸管)可至少部分地由陶瓷、塑料或金属构成，并且可包括一个或多个窗口，该一个或多个窗口比壳体的其余部分对电磁辐射更透明，该单元被配置为穿过窗口发射电磁辐射和接收电磁辐射。该设本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于确定限定体积内的一个或多个材料相的种类、位置或料位或者两个材料相之间的界面的位置的设备，所述设备包括：/na)线性单元阵列，所述线性单元阵列被配置为产生和检测电磁辐射；/nb)细长壳体，所述细长壳体容纳所述单元阵列，所述细长壳体对于由所述单元产生的所述电磁辐射是至少部分透明的；/n所述设备被配置为至少部分地浸没在所述限定体积内的所述一个或多个材料相内，其中所述线性单元阵列通过所述细长壳体与所述一种或多种材料物理隔离，/n所述线性单元阵列被配置为在沿所述壳体的长度的位置处产生穿过所述至少部分透明的细长壳体到包围所述壳体的所述一个或多个材料相的传输信号，以及在沿所述壳体的所述长度的位置处穿过所述细长壳体从包围所述壳体的所述一个或多个材料相接收返回信号，/n其中所述设备被配置成处理所述返回信号以确定所述限定体积内的所述一个或多个材料相的所述种类、位置或料位或两个材料相之间的界面的所述位置。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20190307 GB 1903101.21.一种用于确定限定体积内的一个或多个材料相的种类、位置或料位或者两个材料相之间的界面的位置的设备，所述设备包括：
a)线性单元阵列，所述线性单元阵列被配置为产生和检测电磁辐射；
b)细长壳体，所述细长壳体容纳所述单元阵列，所述细长壳体对于由所述单元产生的所述电磁辐射是至少部分透明的；
所述设备被配置为至少部分地浸没在所述限定体积内的所述一个或多个材料相内，其中所述线性单元阵列通过所述细长壳体与所述一种或多种材料物理隔离，
所述线性单元阵列被配置为在沿所述壳体的长度的位置处产生穿过所述至少部分透明的细长壳体到包围所述壳体的所述一个或多个材料相的传输信号，以及在沿所述壳体的所述长度的位置处穿过所述细长壳体从包围所述壳体的所述一个或多个材料相接收返回信号，
其中所述设备被配置成处理所述返回信号以确定所述限定体积内的所述一个或多个材料相的所述种类、位置或料位或两个材料相之间的界面的所述位置。


2.根据权利要求1所述的设备，其中所述壳体至少部分地由陶瓷、塑料或金属构成。


3.根据权利要求1或2所述的设备，其中所述壳体包括一个或多个窗口，所述一个或多个窗口比所述壳体的其余部分对电磁辐射更透明，所述单元被配置为穿过所述窗口发射电磁辐射和接收电磁辐射。


4.根据任一前述权利要求所述的设备，其中所述壳体为浸管。


5.根据任一前述权利要求所述的设备，其中所述设备还包括一个或多个支撑构件，所述一个或多个支撑构件在沿所述壳体的位置处将所述单元保持在所述壳体内，所述一个或多个支撑构件被配置为定位和定向所述单元以在沿所述壳体的位置处穿过所述壳体发射电磁辐射和接收电磁辐射。


6.根据任一前述权利要求所述的设备，其中所述阵列中的每个单元能够连接到信号发生器。


7.根据权利要求6所述的设备，其中所述设备包括开关以将所述阵列中的所述单元选择性地连接到所述信号发生器。


8.根据任一前述权利要求所述的设备，其中所述单元包括天线。


9.根据权利要求8所述的设备，其中所述天线包括贴片天线。


10.根据任一前述权利要求所述的设备，其中所述单元具有在1pW至7W范围内的功率。


11.根据任一前述权利要求所述的设备，所述设备还包括一个或多个温度传感器。


12.根据任一前述权利要求所述的设备，其中所述设备是模块化的，使得单元能够可拆卸地联接到所述线性单元阵列以延伸所述线性单元阵列的长度。


13.根据任一前述权利要求所述的设备，所述设备还包括数据处理器，所述数据处理器能够从每个单元接收信号并由此确定在接收所述信号的所述单元的位置处包围所述壳体的所述材料的特征。


14.根据任一前述权利要求所述的与油/水分离器容器组合提供的设备，所述设备竖直地...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·巴克，C·R·蒂普顿，D·J·怀廷，
申请(专利权)人：庄信万丰股份有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB