Расчетно-экспериментальные методы и измерительно-вычислительные комплексы для определения расходных и тепловых характеристик однофазных и многофазных потоков в трубопроводных системах тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.14 ВАК РФ

На правах рукописи

РГЪ од

1 5 ш

ВАКУ ЛИН Александр Анатольевич

РАСЧЕТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ И ИЗМЕРИТЕЛЬНО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ КОМПЛЕКСЫ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСХОДНЫХ И ТЕПЛОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ОДНОФАЗНЫХ И МНОГОФАЗНЫХ ПОТОКОВ В ТРУБОПРОВОДНЫХ СИСТЕМАХ

01.04.14 - теплофизика и молекулярная физика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Тюмень - 2000

Работа выполнена на кафедре механики многофазных систем Тюменского ственного университета и в Институте криосферы Земли СО РАН.

государ-

Научный консультант:

Заслуженный деятель науки Российской Федерации, доктор технических наук, профессор А.Б.Шабаров

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Р.И.Медведский доктор технических наук, профессор Б.В.Моисеев доктор физ.-мат. наук, профессор В.С.Нустров

Ведущая организация: ОАО "Гипротюменнефтегаз"

о су /О с/ 1' п & Защита состоится — ■ • г_ 2000 г. в / У -— час. на заседании

диссертационного совета Д 003.94.01 при Тюменском научном центре СО РАН по адресу: 625000, г. Тюмень, ул. Таймырская 74.

Ваши отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью, просьба выслать по указанному адресу.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Тюменского Научного Центра СО РАН.

Автореферат разослан <24. _2000 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

д.ф.-м.н., профессор "У-^ А.А.Губайдуллин

0*И-О5Ч,О

ОБЩАЯХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одной из важных проблем, решение которой необходимо для экономического развития Российской Федерации является энергосбережение. В связи с этим усиливается роль учета сырьевых и энергетических ресурсов, производимых в нефтегазовом и энергетическом комплексах, расходуемых в коммунально-бытовом хозяйстве и других отраслях. Одним из важнейших и общепризнанных направлений энергосбережения является создание автоматизированных измерительных систем для диагностики расходных и тепловых характеристик при течении однофазных и многофазных потоков в трубопроводах. Такие системы позволяют не только вести непосредственно учет, но и проводить автоматизацию, оптимизацию и регулирование технологических процессов, рационально использовать топливно-энергетические, водные и другие сырьевые ресурсы. Правильный учет приводит к экономии энергорессурсов как в рамках отдельных потребителей, так и в области всего топливно-энергетического комплекса, поэтому совершенствуются и систематизируются известные и разрабатываются новые теплофизические методы и приборы для технологического и коммерческого учета. Вводятся новые правила учета тепловой энергии и теплоносителя, правила учета газа, новые ГОСТы. Разрабатываются и используются на практике рекомендации и руководящие документы, направленные на улучшение качества и потребительских свойств средств измерений, применяемых для коммерческого и технологического учета соответствующих величин. Необходимость технического перевооружения приборного парка поставила перед иследователями, разработчиками и производителями средств измерений ряд задач, цель которых состоит в разработке новых компьютеризованных средств и систем измерений. Эти актуальные задачи решаются путем изучения и совершенствования зарубежных и отечественных аналогов, а также поиском новых способов использования как результатов фундаментальных исследований в области механики жидкости и газа, теплофизики и молекулярной физики, так и современной компьютерной техники и информатики.

Цель работы состоят в исследовании, создании и внедрении в производство расчет-но-экспериментальных методов и измерительно- вычислительных систем, предназначенных для измерения расходных и тепловых характеристик многокомпонентных потоков в трубопроводах применительно к нефтегазовым технологиям, жилищно-коммунальному хозяйству и другим отраслям промышленности.

Конкретными задачами, решаемыми в данной диссертационной работе являются следующие:

1. Разработать принципиальные подходы к созданию интеллектуальных измерительно-вычислительных систем для определения термогазодинамических параметров потоков в трубопроводах.

2. Разработать и исследовать измерительно-вычислительные комплексы для определения расходов и тепловых потоков однофазных и многофазных сред.

3. Создать методику и компьютерную программу расчета потока термогазодинамических параметров жидкости, газа и газовзвеси в измерительных устройствах.

4. Разработать методы определения газового фактора в многофазных потоках.

5. Разработать методы расчета фазового состава смесей в трубопроводах, основанные на измерениях ее тепловых и расходных характеристик.

6. Внедрить в производство и промышленную эксплуатацию измерительно-вычислительные комплексы для трубопроводных объектов нефтегазового комплекса и жилищно-коммунального хозяйства.

Научная новизна заключается:

- в создании концепции измерительно-вычислительных систем для диагностики теп-лофизических параметров рабочих тел в трубопроводах, основанной На СОЧС1<1НИИ компьютерных методов расчета многофазных сред и автоматизированных измерительных комплексов;

- в разработке измерительно-вычислительных систем, программное обеспечение которых основано на применении балансовых уравнений массы, импульсов, энергии и характеристик турбулентности, что позволило провести численный расчет важной практической задачи о движении многофазного потока через измерительные каналы, используемые в трубопроводных системах, а также предложить новый метод определения и восстановления локальных и интегральных теплофизических параметров по их точечным измерениям в трубопроводе;

- в создании методики автоматизированного проектного синтеза измерительно-вычислительных систем для различных типов и режимов течения многофазных сред;

- в обосновании возможности определения газового фактора двухфазной нефтегазовой смеси с помощью оценки параметров растворимости Гильдебранда, характеризующих энергию притяжения между молекулами и измерением давления и температуры теплоносителя;

-в разработке методики определения обводненности нефти с помощью теплофизических измерений.

-в получении технических характеристик компьютерных вторичных преобразователей, внесенных в Государственный реестр средств измерений, предназначенных для работы в составе разнообразных измерительно-вычислительных систем;

На защиту выносится:

- концепция создания интеллектуальных измерительно-вычислительных систем для диагностики теплофизических параметров рабочих тел в трубопроводах, основанная на сочетании в едином программно-техническом комплексе методов расчета однофазных и многофазных сред и современных автоматизированных измерительных и вторичных преобразователей;

- результаты разработки методик и алгоритмов расчета параметров многофазного потока в элементах трубопроводных систем;

- результаты исследования возможности определения газового фактора нефтегазовой смеси с помощью оценки параметров растворимости Гильдебранда;

- результаты исследования возможности определения обводненности нефти с помощью измерения ее теплофизических параметров;

- результаты испытаний вторичных преобразователей "Тахион-5М" на соответствие утвержденному типу средств измерений, зарегистрированных в Государственном реестре РФ;.

- результаты разработки и реализации инновационного проекта по обоснованию и внедрению в производство и промышленную эксплуатацию измерительно-вычислительных систем;

- результаты исследования и промышленной эксплуатации измерительно-вычислительных систем, использующих современные компьютеризированные вторичные преобразователи "Тахион-5М"и предназначенные для учета расхода жидкостей, газов и их смесей, а также расходов тепловой энергии.

Достоверность результатов, изложенных в диссертации, обусловлена корректностью применения общих законов и уравнений механики сплошной среды, молекулярной физики, способом их вывода из соответствующих законов сохранения, а также сравнением результатов моделирования с приведенными в научной литературе и решением тестовых задач. Достоверность правильности работы использованных приборов, компьютерных вторичных преобразователей и измерительно-вычислительных систем подтверждена Госстандартом России.

Практическая значимость работы состоит в решении проблемы, имеющей важное народно-хозяйственное значение, заключающейся в разработке, исследовании и практическом применении нового поколения интеллектуальных приборов - измерительно-

вычислительных систем, предназначенных для измерения расходных и тепловых характеристик многофазных потоков применительно к задачам в нефтегазовых технологиях, жилищно-коммунальном хозяйстве и других отраслях промышленности. В работе созданы и реализованы расчетно-экспериментальные методы и измерительно-вычислительные ситемы, позволяющие обеспечить сбережение сырьевых и энергетических ресурсов. Компьютерные вторичные преобразователи, входящие в состав измерительно-вычислительных систем, внесены в Государственный реестр средств измерений. Измерительно-вычислительные системы внедрены на тридцати объектах и предприятиях Тюменской области с экономическим эффектом в сотни тысяч рублей.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены на Международной VI1 Европейской конференции "Статистическая механика химически реагирующих жидкостей" (Новосибирск, 1989 г.), Международной конференции "Нефть и газ западной сибири" (Тюмень, 1996 г.), Международной конференции "Проблемы Криологии Земли" ( Пущино, 1997 г.), Международном семинаре по водородной связи ( Самарканд, 1991 г.), Международной конференции " Проблемы экологии и энергосбережения в условиях Западной Сибири" ( Москва, 1999 г.), XVI Всесоюзной конференции " Спектроскопия конденсированных сред" ( Пермь, 1985 г.) на XIX и XXI Всесоюзных съездах по спектроскопии ( Томск, 1983 г., Москва, 1995 г.), и ряде региональных семинаров и конференций. Результаты работы докладывались на Международных выставках: Электроника-96 ( Тюмень, 1996 г.) и Ганноверской выставке-ярмарке (Германия, 1997 г.), Тюменской областной промышленной выставке " Новые товары и технологии" (Тюмень, 1998 г.), прошли экспертизу и получали финансовую поддержку Государственного Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере ( Москва, 1995 г., 1997 г.).

Публикации. Основные результаты работы приведены в монографии "Диагностика теплофизических параметров в нефтегазовых технологиях"- Новосибирск: Наука, Сибирская издательская фирама РАН, 1998,-249 с. и нашли отражение в 28 публикациях. Их список приведен в конце автореферата.

Личный вклад автора заключается в разработке концепции создания измерительно-вычислительных систем для диагностики теплофизических параметров рабочих тел в трубопроводах, основанной на сочетании компьютерных методов и программах расчета однофазных и многофазных сред и современных автоматизированных измерительных и вторичных преобразователей; в разработке методик и алгоритмов расчета параметров многофазного потока в элементах трубопроводных систем, а также анализе полученных результатов; в получении экспериментальных данных, обосновывающих

применение теории Гильдебранда для определения газосодержания в углеводородных смесях; в разработке методики определения обводненности нефти с использованием теплофизических свойств среды; в проведении совместно с соавторами испытаний вторичных преобразователей "Тахион-5М" на соответствие утвержденному типу средств измерений, зарегистрированных в Государственном реестре РФ; в разработке, технико-экономическом анализе и управлении реализацией инновационного проекта по внедрению элементов измерительно-вычислительных систем в производство и промышленную эксплуатацию.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех частей, разбитых на шесть глав, заключения, одиннадцати приложений и списка литературы. Объем диссертации - 285 стр., включая 53 рис. и 29 таблиц. Список литературы содержит 215 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Диссертация состоит из трех частей. Первая часть, объединяющая введение и первую главу, носит, в основном, обзорный характер. Вторая часть, изложенная в главах 2-4 посвящена теоретическим и экспериментальным исследованиям, необходимым для решения поставленной в диссертации задачи. Третья часть, состоящая из 5 и 6 глав, содержит сведения о практической реализации выполненной работы. В конце каждой главы приведены выводы.

Во введении дается общая характеристика работы, показана актуальность темы, сформулирована ее основная цель, показана ее научная и практическая ценность и приведено краткое содержание глав диссертации.

В первом параграфе Главы 1 приведены данные о теплофизических свойствах диагностируемых сред. В трубопроводных системах нефтегазового комплекса и жилищно-коммунального хозяйства транспортируются нефть, газ, вода, водяной пар, многофазные среды. В основе определения расходных и тепловых характеристик соответствующих потоков лежат их физико-химические свойства. Жидкости и газы находятся в однофазном ( жидком или газообразном), или в двухфазном (в виде газожидкостных смесей) состоянии, их параметры меняются при движении по трубам и каналам. Изложены сведения о составе и различных свойствах нефти, природных углеводородных газов, газовых конденсатов, а также воды и водяного пара. Приведены их физико-химические характеристики , отобраны аналитические выражения для аппроксимация параметров с целью применения в измерительно-вычислительных системах. Второй параграф главы посвящен анализу применяемых измерительных преобразователей (датчиков), составляющим основу измерений вообще и информационно-измерительных систем в

частности. Рассмотрены физические основы построения измерительных преобразователей, принцип действия активных и пассивных датчиков, их метрологические характеристики. Обсуждаются теоретические вопросы методики и практики измерений, способы уменьшения погрешности, а также приводятся конкретные данные о сравнительных характеристиках датчиков, их достоинства и недостатки. В третьем параграфе, посвященном автоматизации измерений, обсуждаются принципиальные вопросы сопряжения преобразователей с измерительной аппаратурой, рассмотриваются аналоговые и цифровые системы преобразования. Уделено внимание анализу шумов, действующих в измерительной системе и способам борьбы с ними. Характерные особенности программного обеспечения измерительной системы проиллюстрированы на примере управления процессом теплопотребления с помощью ЭВМ. Анализ опубликованных данных показывает:

1. Накоплен значительный фактический материал о свойствах диагностируемых сред в нефтегазовых технологиях, средствах и методах их определения. Как правило, методы измерения строго регламентируются, например, измерение расходов теплоносителей проводится в соответствии с существующими нормативными документами на значительном расстоянии от местных сопротивлений, в установившемся течении и одной точке по сечению трубопровода. Вместе с тем недостаточно используются возможности современной вычислительной техники, позволяющей не только управлять технологическими процессами, но и проводить математическое моделирование физических процессов в реальном масштабе времени, что дает возможность получать по ограниченному числу точечных измерений в заданных сечениях более полную информацию не только о расходе, но и о распределении тешгофизических параметров в контрольных сечениях.

2. Для изучения любого теплофизического процесса нужно провести диагностику его параметров. Это можно сделать либо с помощью расчетно-теоретического исследования, либо экспериментально - путем непосредственных измерений. Расчетно- теоретическое исследование предполагает создание или выбор соответствующих процессу физико- математических моделей, программного комплекса для моделирования и идентификации параметров по данным измерений и реализации его на ЭВМ. Экспериментальное исследование включают в себя выбор эффективных первичных измерительных преобразователей (датчиков), создание или выбор вторичных преобразователей и программный комплекс обработки измерений на ЭВМ.

3. Исследователи используют электронно-вычислительные машины, как правило либо для расчетно- теоретического, либо для обработки данных экспериментальной: исследования теплофизического процесса в трубопроводных системах. Среди работ

сыгравших существенную роль в становлении современных расчетных методов применительно к трубопроводным системам, можно назвать работы Н.Е. Кочина, А.Н. Колмогорова, H.A. Слезкина, Л.Г. Лойцянского, Х.А. Рахматулина, Р.И. Нигматулина, В.Роди и др. Использование ЭВМ для измерения расходов связано с именами П.П.Кремлевского, А.И. Леонтьева, В.И. Субботина, Ф. Дурста, A.B. Фафурина, Б.И.Нигматулина, 3. Кабза, Е.П. Пистуна, А.Ш. Киясбейли, Е.А. Шорникова и др. Незначительное число работ объединяет, согласовывает эти два направления в единый технологический измерительный комплекс. С одной стороны, математическое моделирование теплофизического процесса позволяет надеятся на прогнозирование с требуемой точностью локальных и интегральных характеристик потоков. С другой стороны, экспериментальное исследование параметров потока происходит при помощи датчиков, которые всегда измеряют некие интегральные, усредненные характеристики процесса и всегда, по сути, в ограниченных пространственных областях (контрольных объемах), которые можно и нужно использовать при теоретическом рассмотрении. Измерительно-вычислительной системой (ИБС) будем называть систему, предназначенную для расчетно-теоретического и экспериментально-практического изучения теплофизического процесса. Исходя из выше сказанного, основной целью работы явилось исследование, создание и внедрение в производство расчетно-экспериментальных методов и измерительно- вычислительных систем, предназначенных для измерения расходных и тепловых характеристик многокомпонентных потоков применительно к нефтегазовым технологиям, жилищно-коммунальному хозяйству и другим отраслям промышленности. Сформулированы конкретные задачи, решаемые в данной работе.

Глава 2 посвящена физико-математическому моделированию при диагностике параметров на базе интеллектуальных измерительно-вычилительных систем. Подробная диагностика параметров сложных теплофизических процессов, с нашей точки зрения, может и должна осуществдятся путем применения первичных и вторичных преобразователей, в комплексе с численным компьютерным анализом, основанным на физико-математическом моделировании термогазодинамических явлений в трубопроводных системах. Фактически создаются измерительно-вычислительные системы (ИБС), которые по минимальному числу непосредственно измеряемых параметров, с помощью расчетов на современных ПЭВМ, позволяют прогнозировать пространственно-временную структуру и суммарные теплофизические параметры потоков. По сути это интеллектуальные измерительные системы. Измерения могут производиться только на границах области течения среды и, для неустановившихся течений, в начальный момент внутри

области течения. В предельно упрощенном, однако наиболее распространенном на предприятиях нефтегазового комплекса, в жилищно-коммунальном хозяйстве и других отраслях, варианте, измерения производятся лишь в отдельных фиксированных малых контрольных объемах. Информативность измерений при этом снижается и может быть частично компенсирована расчетно-теоретическим анализом.

В первом параграфе главы приведены общетеоретические сведения, использованные при моделировании параметров многофазных сред. Для анализа параметров сложных течений нами последовательно применяется подход, который заключается в рассмотрении балансовых уравнений сохранения для конечных контрольных объемов (КО) и измерении в части из них соответствующих параметров. В расчетах и при измерениях определяются термогазодинамические величины, осредненные в пределах КО, которые могут при необходимости делится на более мелкие контрольные объемы. Достоинства такого подхода определяются следующими положениями. Имеется концептуальная тождественность расчетных осредненных параметров в КО и соответствующих измеренных параметров, найденных в малых, но конечных по размерам КО; запись потоков величины через грани КО формально исключает необходимость аппроксимации вторых частных производных от проекций скоростей, моделирующих силы вязкости и тепловые потоки, что особенно важно для контрольных объемов с неортогональными гранями; автоматическое выполнение физических законов сохранения на каждом временном шаге для всех КО, т.е. консервативность метода при решении нестационарных задач и стационарных задач методом " установления по времени"; методологическая простота изучения и численной реализации при расчетах сложных пространственных термогазодинамических процессов, так как достаточно использовать аппарат элементарной математики и замену обыкновенных производных отношением приращения функции к приращению аргумента, не прибегая к аппарату интегральных и дифференциальных уравнений.

Балансовые уравнения массы, импульсов, энергии и характеристик турбулентности для произвольных малых объемов имеют следующий вид.

Изменение за время Д1 массы ¡-той компоненты в контрольном объеме V, с поверхностью Э нее гранями А5ь: МР> - М\С) =(р, (2> - р1('11)У, приравнивается потоку массы через грани и массе , появившейся при фазовых переходах и химических реакциях:

6(4) N "

(Р?>-р'1))У = + 1ХУГе'Л1 (1)

где верхний индекс (1) соответствует моменту времени г = г*1) а (2) моменту

= 4<»> +М, = + еАг, О <е<1 - параметр дробности шага , Д1 - основной шаг по времени. ^ - характеризует интенсивность перехода массы из ] -й в 1 -ю составляющую; средние за промежуток времени параметры р| v,", обычно вычисляются как полусуммы величин в моменты времени К') и 1<2'(е=0,5), пк (к= 1,2,...6(4)) - внешние к площадкам ДЭк нормали.

Изменение вектора количества движения за время А1 1 - той составляющей в контрольном объеме V, К<2> - К'1» = (ру[2' - р^'^ЛУ - приравнивается притоку количества движения через грани ДБк , работе внешних поверхностных и массовых сил и притоку импульса 1 -той составляющей за счет обмена импульсом между ] - той и 1 -той составляющими:

6(4) 6(4) N

[(Р^)(2) -<Р1У,)«)]У= [-ХР^.У^ +£(5,)"^ £рлУ]<->Д1 (2)

к=1 к-1

где ¡=1,2...1Ч, V, , Я,, - межфазная сила, ^ - скорость массы, претерпевшей

превращения 1 и находящейся в 1 -той фазе. Для среды в целом тензор поверхност-

N __ N _

ных сил В = , вектор массовых сил рЁ = ^рД . Удельная энергия равна сумме

1=1 ы

внутренней и кинетической энергии. Для 1 - той составляющей р, Е, = р! ц +р, \}И. Балансовое уравнение энергии I -той составляющей запишем в виде:

6(4) 6(4)

[(р,Е,)га -(р,Е1)т]У = [-2р,Е1уГД8, +2с;дзк +р,Р,У1У +

к=1 к-1 ,„•> N 6(4) ^

¡=1,]=ч к=1

где первое слагаемое в правой части соответствует притоку энергии через поверхность Б, второе - работе внешних поверхностных сил; третье- работе внешних массовых сил, четвертое - интенсивности обмена энергией между 1 -той и 3 - той составляющими, пятое - притоку тепла через поверхность 5, я" = -X—- , где % - коэффициент

Дп

теплопроводности, Е,ч = 0,, + (и,, + у//2), где \у,ч- работа межфазных сил, 0,,- -тепловой поток на границе фаз. Для замыкания системы уравнений (2.1) н- (2.3) привлекаются термодинамические и механические свойства фаз. Уравнения состояния для 1 -той фазы записывается в алгебраическом виде с принятием гипотезы "локального равновесия" в пределах фаз:

Щ = щ ( р/МО; р,=р;( р,(»),Тл> (4)

в схеме с общим давлением фаз р,( р,(°),Ъ) =р.

Компоненты тензора напряжений выражаются по схеме силового взаимодействия Х.А. Рахматулина в виде: а,ы = -а.р^1 + т,н . Касательные напряжения Х|и и тепловые потоки для двухфазной смеси определяются обобщенными законами Навье-Стокса и Фурье.

Система уравнений (1) -н(4) для каждой 1 -той (¡=1,2,...К) фазы состоит на каждом временном шаге из 7 алгебраических уравнений с 7 неизвестными р,, %, у*, Р;, и„ Т; с замыкающими соотношениями - известными обобщенными данными о феноменологических коэффициентах. Система уравнений (1) -¡-(4) решается итерациями на каждом временном шаге при заданных начальных условиях в области течения и граничных условий с учетом конкретного типа задач. В пределах данной диссертационной работы, как правило, использовалась численная схема КО. При моделировании движения частиц в газовзвеси учитывались силы межфазного взаимодействия: аэродинамические, Магнуса и Сафмена.

Второй параграф этой главы посвящен математическому моделированию турбулентных течений. При теплотехнической диагностике расходных и тепловых характеристик (массовые расходы, отвод или подвод тепла на участке трубопровода и т.д. ) измеряются параметры в контрольных сечениях, т.е. на гранях или центрах контрольных объемов. Используя численные методы решения системы уравнений (1) +(4) с соответствующими граничными и начальными условиями, могут быть найдены пространственно- временные поля скоростей, плотности, температуры, давления фаз смеси, или однофазной среды. Принципиальные трудности возникают при математическом моделировании турбулентных течений, для которых характерна хаотичность флуктуаций термогазодинамических параметров и существенная зависимость коэффициентов вязкости и теплопроводности от полей скорости и температуры. Моделирование турбулентных течений основывается на балансовых соотношениях (1)+(4) или их дифференциальных аналогах, а также обобщенных опытных функциях и константах, определяющих коэффициенты турбулентной вязкости и теплопроводности. В рамках развиваемой нами концепции измерительно-вычислительных систем константы турбулентности ( прежде всего множители, входящие в выражения турбулентной вязкости и теплопроводности) могут уточняться по данным непосредственных измерений.

Следуя принятому подходу построения соотношений для контрольного объема V, балансовые уравнения для каждой принятой характеристики турбулентности <р , записаны по аналогии с уравнениями сохранения массы, импульса и энергии, в алгебраическом виде:

Г 6С4) *<4) Лгп

Физическим смыслом последнего уравнения является равенство изменения в контрольном объеме величины ф в качестве которой поочередно рассматривается кинетическая энергия турбулентности е, скорость диссипации е, интенсивность турбулентного переноса тепла а,Т' и т.д., сумме слагаемых правой части: переносу величины <р через грани АБк (к= 1,2,...6(4)) средним течением и механизмом диффузии а также генерации, перераспределению и диссипации ф в объеме V за малый, но конечный промежуток времени ДЛ. В качестве конкретных использованных моделей, приведены однопа-раметрическая модель <Э1=У=У|+Ут, двухпараметрическая модель ф1=е, рг-е и трехпа-раметрическая модель ф 1=е, ф;=Е , ф3 = и,и2.

Одной из простейших моделей, реализованной нами в ИВС, является модель квазиодномерного течения. При этом в качестве контрольного объема применяется объем, ограниченный сечениями 1 и 2, а также стенками канала. При этом возможен учет различных факторов, влияющих как на локальные параметры, так и суммарные и осред-ненные параметры. К числу таких факторов относятся нестационарность, наличие различных фаз, тепломассообмен, энергообмен и др. При измерении потока массы среды и расхода тепла обычно рассматривается два контрольных сечения 1 и 2 с площадями & (¡=1,2), соответствующих контрольным объемам 1 и 2. В каждом из них профили скорости, давления, плотности, температуры, а также характеристик турбулентности имеют сложный характер изменения в пределах сечения. Расход рабочего тела О = |рус!з, осредненная по расходу полная энтальпия: И' =— |1ГсЮ, а также осред-

ненное по расходу полное давление: Р'сЮ, необходимые для технических и

коммерческих целей учета могут быть найдены, если известны поля плотности, скорости, давления, полной энтальпии. Эти поля определяются рассчетным путем с использованием балансовых уравнений, приведенных в данной главе или при помощи измерений на гранях контрольных объемов в сечениях 1 и 2. Каждый из этих подходов имеет свои достоинства и недостатки. Расчетные параметры не обеспечивают достаточную достоверность и не считаются основанием для целей учета. Измерение параметров даже в 1020 малых контрольных объемах каждого сечения, применимо лишь при исследователь-

а

ских работах, а не в системах учета расходов массы и тепла. В частном случае однофазного газового потока система уравнений приводится к следующему виду.

Уравнение баланса массы: <Ю = С2 - О, = сЮ' + <Ю. Здесь и далее верхним индексом "штрих" обозначены параметры среды подводимой или отводимой через боковые поверхности канала, верхней волнистой чертой отмечены слагаемые, связанные с нестационарностью, знак осреднения по расходу (черта над Р*, Ь' и т.п.) далее опускается.

Уравнение количества движения: <1(—) = -—+с1Ьт -с!Ь11<,Т+(1Ь+<1Ь', где <ЗЬщ - ра-

2 Р

бота внешних сил, ёЬпот - работа по преодолению сопротивления из-за действия вязкости; <1Ь = ~—<1х;<11/ = (--1)^-. Уравнение энергии:

дг v в

<Ш* = 11 'г - Ь* = + <К2Ш + с!Й* + ёЬ-', где <КЗШ) - тепловой поток;

ёЬ* = —<1х;(1Ь" = (И"' -Ь*)^-. Уравнение состояния реального газа: V й О

Р = —Е—• г(р,Т)КТ

Следует отметить, что при использовании ИБС в данной, важной для практики задаче, измеряемыми величинами являются р,,ёр,Т*и сЛ". Считаются известными, или рассчитываются по обобщенным опытным данным величины ёО'^О^Ь^ ,с1Ьи „ёЦсПДёЬ',^''. Вычисляются плотность рь рг, скорость уь Уг в сечениях 1 и 2 , также расход О и тепловой поток сК^вн , отведенный или подведенный к газу в пределах выделенного контрольного объема.

Третий параграф главы 2 посвящен концепции построения измерительно-вычислительных систем. Возможности современных персональных компьютеров (высокое быстродействие, значительный объем памяти и относительно невысокая цена) позволяют, наряду с оперативной обработкой измеренных величин, расчетным путем прогнозировать локальные и интегральные параметры потоков. Таким образом создаются измерительно-вычислительные системы (ИВС). В ИБС, использующих компьютеры, целесообразно, с нашей точки зрения, выбрать следующую концепцию измерений:

1. Используется программный комплекс, который позволяет определить поля искомых параметров, а также интегральные характеристики, на основе численной реализации математических моделей.

2. Измерения производятся в одной или нескольких точках контрольных сечений (объемов) и результаты обрабатываются в реальном масштабе времени.

3. Производится численная идентификация расчетной модели по п. 1 на основе полученных в п. 2 измеренных величин.

4. Производится расчет интегральных характеристик ( поток массы, расход тепла и т.д.) на основе вычислений по п. 1 и п. 3 и с использованием измеренных в п. 2 величин.

В качестве расчетной модели могут быть использованы приведенные выше балансовые соотношения, учитывающие сложную форму канала, фазовые переходы, нестационарность, сжимаемость, турбулентность, подвод или отвод тепла и работы, массооб-мен, вязкую диссипацию. Метод контрольного объема позволяет реализовывать расчет в течение приемлемого для практики времени, соизмеримого со временем обработки и документирования результатов измерений. Так, например, при измерениях в каналах, где не выполняются стандартные требования по длине прямолинейных участков до и за измерительным участком, скорость и температура потока может определяться косвенными измерениями на оси трубы или на фиксированном расстоянии от нее, несимет-ричность эпюр скорости и температур, а также интегральные характеристики потока находится при этом расчетным путем. Исходя из вышесказанного, постановка задачи определения локальных и осредненных по сечениям параметров с помощью разрабатываемых измерительно-вычислительных систем заключается в следующем: по измеренным значениям термогазодинамических параметров (.р1,2,...М), М- число измеренных значений искомых параметров, многофазной или однофазной среды в фиксированных контрольных объемах VI (¡=1,2,...К), и вычисляемым по принятым моделям и алгоритмам (1+2) значениям термогазодинамических параметров v, Р, Т*, е и др., или в общем виде ХУ/""14 (Кь Кг, ...Кт), где Кь К.2 } ...Кт - идентифицирующие коэффициенты, определить значения этих коэффициентов Кю, Кг о, ...Кшо , обеспечивающие минимум функционала

\Vjo- нормирующие размерные величины, и найти соответствующие этому условию искомые термогазодинамические параметры Щ в контрольных объемах VI (¡=1,2,...1ч|), а также интегральные величины потока массы фаз, полной энтальпии и энтропии в контрольных сечениях,что и является основной задачей диагностики в трубопроводных системах. В качестве распространенного на практике случая определения расхода Э, осредненной полной энтальпии 11*, а также осредненного полного давления Р*, однофазного потока в сечениях при входе в участок канала сложной формы и выходу из не-

где К = к(К,,К2...Кт) , <щ -коэффициенты влияния \¥| на измеряемый параметр,

го, измеряемыми величинами являются статическое давление на стенке канала во входном сечении, перепад статического давления на контролируемом участке, скорость среды в одной из точек во входном и выходном сечении, полная температура в этих же точках. В более сложных случаях ( турбулентные течения, двухфазные потоки и т.д.) измеряется также степень турбулентности, концентрация одной из фаз и др.Развиваемая нами концептуальная схема диагностики параметров теплофизических процессов включает в себя расчетно-теоретическое определение параметров и идентификацию расчетных моделей, а также прямые измерения в отдельных контрольных объемах (см. рис. 1). На основе изложенных выше физико-математических моделей разработаны новые и используются известные программные комплексы для моделирования и идентификации параметров по данным измерений. Подсистема измерений включает в себя современные первичные и вторичные преобразователи, а также персональный компьютерный комплекс обработки измерений. Единая ЭВМ, объединяющая два рассмотренных потока информации, является материальным обеспечением в этой интеллектуальной измерительной системе, предназначенной для определения локальных и интегральных теплофизических параметров диагностируемых потоков.

Таким образом, во второй главе диссертации:

1 .Предложены концептуальные основы построения интеллектуальных измерительно-вычислительных систем применительно к однофазным и многофазным течениям в трубопроводах. Эти системы основываются на сочетании программных реализаций современных физико-математических моделей течений и современных измерительных преобразователей. Существенным обстоятельством является использование анализирующих свойств ПЭВМ для идентификации моделей с учетом данных, полученных при измерениях, а также для получения и хранения данных о локальных и интегральных характеристиках потоков.

2. На основе физико-математических моделей, описывающих течения в трубопроводах сложной формы, разработаны методики и алгоритмы вычисления теплофизических параметров методом контрольных объемов применительно к многофазным, а также однофазным турбулентным течениям в каналах и измерительных участках трубопро водных систем.

3. Разработана и реализована вариационная задача идентификации физико- математических моделей по данным измерений с использованием разработанной интеллектуальной измерительно-вычислительной системы.

Рис. 1. Структурная схема использования ИБС для диагностики параметров теплофизического процесса.

Глава 3 посвящена численному моделированию при диагностике параметров. В первом параграфе главы, в качестве характерного примера, рассмотрена задача течения природного газа через сужающее устройство (диафрагму), как наиболее часто встречающийся и относительно сложный для расчета элементарный канал. Принималось, что природный газ имеет во входном сечении стационарное распределение скоростей, соответствующее степенному закону. Рабочие условия для природного газа во входном сечении: Т=283 К = const., р =4,475 кг/м3., показатель адиабаты к=1,31, коэффициент кинематической вязкости v= 2,30*1(Hm2/c;R=519,0 Дж/(кг*К). В процессе установления по времени t изучались поля скоростей vI=vI(x,y); vy=vy(x,y); а также поля давлений Р=Р (х,у) и температур Т=Т(х,у). Массовый расход на установившемся режиме определялся

D

соотношени ем: G = ^ pj v; AF, =const. Для решения задачи о течении несущей газовой

¡=1

фазы использовалась система уравнений (1-й). Блок- схема и краткое описание алгоритма для численной реализации задачи приведена в приложении к диссертации. Некоторые результаты численного расчета представлены на рис. 2 и 3. На рис. 2 приведен характер течения газа через диафрагму, в частности, для границы отрывной зоны. На данном рисунке большой прямоугольник соответствует контрольному объему, доступному при измерениях, а маленький соответствует контрольному объему, используемому в численном расчете.

1 23 4567 8 9 10 ... 15 ... 29 30

Номер сечения

Рис. 2. Структура потока при прохождении через диафрагму.

По мере приближения к диафрагме поперечные размеры основного потока уменьшаются, что связано с увеличением размера отрывной зоны. Минимальный размер имеется за диафрагмой, где максимален поперечный размер отрывной зоны. Поток газа с положительной скоростью V* заполняет весь трубопровод за областью присоединения к стенке трубопровода. Между диафрагмой, стенкой канала и основным потоком имеются вихревые зоны как до, так и после диафрагмы, в которых происходит диссипация энергии, что приводит к падению осредненного полного давления. На рис. 3 представлены профили продольной составляющей скорости потока в некоторых характерных сечениях. При приближении к диафрагме в пристенной области появляются зоны обратных токов. За диафрагмой также имеются области с отрицательными значениями продольной скорости. В сечении, где происходит присоединение струи к стенке канала, наряду с расчетными данными нанесены экспериментальные данные А.Б. Шабарова и Лиу Чао-Джи, полученные с помощью лазер-доплеровского анемометра на стенде университета Ерланген-Нюрнберг. Видно, что эти данные удовлетворительно согласуются между собой. Были получены также поперечные составляющие скорости потока Однако их значения существенно меньше по величине, чем значения характерной скорости на оси трубы Уо: уу«уо, что и наблюдается на опыте. Тем не менее полученные нами при расчете поля Уу(х,у) были использованы при расчете движения газовзвеси. По результатам выполненных исследований сделан вывод о том, что реализация программного комплекса на ИВС позволяет определять не только значение расхода, но и восстанавливать истинные профили теплофизических параметров для заданного элементарного канала по их точечным измерениям в выбранном нами с учетом типа конкретного измерительного преобразователя сечении для контроля правильности работы измерительно-вычислительной системы и возможности ввода необходимых поправок. При этом длина прямолинейного участка перед измерительным преобразователем, в отличие от обычно применяемой методики измерений, не имеет решающего значения. Расчет течения потока сквозь другие элементарные каналы, приведенные в диссертации, по своей постановке и конкретной реализации принципиально не отличается от приведенного расчета для диафрагмы.

Во втором параграфе главы приведены траектории движения и поля скоростей частиц при течении двухкомпонентной смеси ( газовзвеси) в канале с диафрагмой. Математическое моделирование движения двухкомпонентной смеси, состоящей из потока газа с распределенными в ней частицами было проведено нами для канала с диафрагмой, геометрические размеры которого те же, что и описанные в предыдущем параграфе. Компьютерный расчет основан на уравнениях, приведенных во второй главе.

Выходное сечение (пох) вдали за диафрагмой

--численное и

аналитическое решения

1 2 3 4 5 6 7 8 910 11 121314 15 161718 192021

Сечение присоединения отрывного потока за диафрагмой. _ -расчет

в -экспериментальные данные Шабарова А. Б. Лиу-Чжао-Чжи (лазерный анемометр,

I ! I I I I_|_|__р. стенд университета

Ерланген-Нюрнберг. 1 2 3 4 5 6 7 8 910 11 121314 15 161718 192021 Явь <2300) Ж

.. Ух,м/с

Сечение в отрывной зоне за диафрагмой.

1—)—I—I—I—I—I—I—I—► 1 2 3 4 5 6 7 8 910 11 121314 15 1617 18 192021

Ух,м/с

Входное сечение 1 (по х)

н—I—I—I—1—I—1—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—► 1 2 3 4 5 6 7 8 910 11 121314 15 1617 18 192021

Номер сечения по у

Рис.3. Расчётные и экспериментальные профили скоростей в измерительном участке.

На рис. 4 и 5 приведены траектории движения составляющих смеси: природного газа и частиц диаметром 4 мкм. Из рисунков видно, что траектории движения составляющих смеси качественно схожи. В обоих случаях, в центре канала траектория движения и потока газа и частиц практически совпадают. Траектория движения потока газа и частиц, расположенных у стенки канала, существенно различны. В обоих случаях значения координат " у" траектории вне отрывных зон возрастают при приближении к диафрагме, а затем уменьшаются. Траектории движения потока и газа и частиц, расположенных на расстоянии у=11/2 от оси трубопровода ( средняя часть рисунков) имеют промежуточный вид между траекториями на оси трубы и у стенки. Отличия в виде траекторий наблюдаются для частиц расположенных в слое, прилегающем к стенке канала. Одни из этих частиц не могут преодолеть уступ и накапливаются у стенки диафрагмы, другие, преодолев уступ, участвуют в процессе вихреобразования. Профили составляющих скорости движения частиц = ухр (у) и Уур = Уур (у) в сечении х=0,36 м приведены на рис. 6. Видно, что их форма подобна наблюдаемой для чистого газа, включая и области с отрицательными значениями компонент скорости, характерными для процессов вихреобразования, однако имеется существенное количественное различие скоростей фаз. В результате математическая модель течения газовзвеси в измерительных устройствах реализована в виде компьютерной программы и используется в составе разработанных нами интеллектуальных измерительно-вычислительных систем. В конце главы приведены выводы.

1. Разработана методика и компьютерная программа расчета безотрывного и отрывного течений вязкой однофазной среды в канале при наличии измерительных устройств, основанные на методе контрольного объема и использующие процедуры установления процесса по времени. Выполнены расчетные исследования полей скоростей, давлений и температур в канале с диафрагмой.

2. Проведено сопоставление расчетных и известных экспериментальных данных о потоках несущей фазы, полученных с использованием лазер-допплеровских из мерите-лей скорости, не вносящих возмущений в поток. Показано удовлетворительное соответствие расчетных и известных экспериментальных данных при наличии в потоке отрывных зон.

3. Разработана методика расчета, алгоритмы и компьютерная программа для течения газовзвеси в трубопроводе при наличии измерительной диафрагмы. Показано существенное увеличение концентрации дисперсной фазы вблизи стенки за диафрагмой. Полученные численные результаты расчета соответствуют тестовым примерам и имеют ясную физическую интерпретацию.

Рис. 6. Скорости движения частиц в сечении х - 0,36 м. 4. Проведенный комплекс расчетно-теоретических исследований течений однофазных и двухфазных сред (газовзвесей) показал приемлемость разработанных моделей и компьютерных программ, что позволяет использовать их в создаваемых интеллектуальных

измерительно-вычислительныхсистемах.

Важнейшей задаче измерения расходов многофазных сред посвящена четвертая глава диссертации. Большинство многофазных сред, в том числе используемых в нефтегазовых технологиях, относится к дисперсным системам. В данной главе рассмотрены наиболее распространенные и сложные, с точки зрения измерения расхода, системы. Это дисперсные системы типа жидкость-газ (Ж/Г), твердые частицы-газ (Т/Г), газ-жидкость (ПЖ), жидкость-жидкость (Ж/Ж), твердые частицы-жидкость (Т/Ж). Измерение расхода смеси газов Г/Г, которая относится к гомогенной, однофазной системе рассмотрено выше. Расход указанных выше дисперсных систем определяется расходомерами двух типов: без разделения потока и с разделением потока на составляющие, в соответствии со структурой газожидкостного потока. Описанию этих расходомеров посвящены соответственно второй и третий параграф данной главы.

Газожидкостная нефтяная смесь по сути является суперпозицией двух типов дисперсных систем: (Г/Ж) и (Ж/Ж), где первое слагаемое обозначают дисперсную фазу, а второе -дисперсионную среду. Дисперсионная среда нефтяных дисперсных систем является нефтяным многокомпонентным раствором ( гомогенной смесью переменного состава), относящимся к классу растворов неэлектролитов и состоящим из смеси молекул неполярных и малополярных веществ. Рассмотрен многокомпонентный раствор, состоящий из жидкой нефтеводяной смеси, в которой растворен углеводородный газ. Определяется

концентрация растворенного газа и количество воды в смеси. Рассмотрено два вида растворов - а) близкий к идеальному раствор углеводородного газа в нефти и б) существенно неидеальный раствор вода-нефть с чрезвычайно малой взаимной растворимостью компонентов. Для решения первой задачи- определения концентрации растворенного газа- нами проведены эксперименты по оценке концентрации спектроскопическим методом растворенного в различных жидкостях неуглеводородного газа- окиси углерода, молекулы которой, обладая чрезвычайно малым дипольным моментом, спектроскопически активны в видимом диапазоне длин волн. Спектры ИК поглощения регистрировались в ближней ИК области ( 0,7-3 мкм) на однолучевом спектрометре. В качестве модельных жидкостей использовались простейшие системы- сжиженные газы -SF6, CF2CI2, CF4, СО2, а также CCI*. Их выбор был основан на возможности проводить эксперименты в более широком интервале давлений и температур, а результаты легче интерпретировать, чем растворы углеводородов. Исследованные системы приведены в табл. 1.

Таблица 1. Исследованные системы

Газожидкостная Диапазон Диапазон Фактичес- Максимальная Максимальная

система темпе- давлений, кая кон- концентрация, концентрация,

ратур, К атм. центрация, м.д. м.д. (эксперимент-по спектрам поглощения) м.д. ( расчет по Гильдебранду)

CO/SFÎ 227-320 24-68 0,050 0,05±0,01 0,052

СО/С FiCh 173-353 23-84 0,070 0,07±0,01 0,078

CO/CF4 113-215 0,5-39 0,100 0,10+0,01 0,104

СО/ССЦ 253-343 66-79 0,070 0,07+0,01 0,076

СО/СОг 223-303 26-78 0,070 0,07±0,01 0,079

Они представляли собой оптически прозрачные растворы газов в жидкостях при различных температурах и давлениях. Растворы составлялись в кювете- криостате, позволяющей работать в температурном диапазоне 80-350 К и при давлениях до 180 атм.В диссертации описана методика приготовления растворов и записи спектров. Для оценки концентрации пользовались данными об интегральной интенсивности колебательно-вращательной полосы чистого газа Аг. Концентрация С ( моль/литр) определялась с помощью выражения:

£ _ band_

~ lAr(n2+2)2/9n

где 1- длина оптического пути (см); D (v) - оптическая плотность газа в растворе; Аг-интегральный коэффициент поглощения газа; п - показатель преломления растворителя при данной температуре. Например, для CO/CCU при Т=298 К, Р=86 атм. спектр поглощения которого приведен на рис. 7. Аг=42,56 см-2моль"'л; 1=2 см; п= 1,4549;

J D(v)dv = 85,82cm"1; С=0,78 моль/л или хг=С(М/р)~0,08 м.д. Здесь х2- концентрация в

band

молярных долях (м.д.), М- молекулярная масса. Аналогично были получены значения концентраций для других систем, приведеных в табл. 1.

Рис. 7. Спектр поглощения СО в ССГд.

Проведено сопоставление полученных нами значений концентраций с оценкой растворимости, полученной с помощью теории регулярных растворов Гильдебранда, в которой установлена связь между макроскопическими параметрами раствора и его компонентов. Эта теория описывает растворимость газов и твердых веществ в жидкостях, взаимную растворимость жидкостей в случае, когда растворенное вещество и растворитель являются неполярными ( или слабо полярными) веществами с близкими по порядку величины молекулярными объемами. Следует отметить, что большинство нефтяных растворов относится именно к таким системам. Результаты сравнения приведены в табл.1. Видно, что фактические значения концентраций находится в хорошем согласии с экспериментально полученными по спектрам поглощения и рассчитанными по теории Гильдебранда. В основе указанной теории лежат два допущения: 1) идеальное значение энтропии смешения и 2) беспорядочное распределение молекул разного сорта при смешении компонентов раствора. Для расчета растворимости газа ( компонента 2) при температуре выше его критической температуры Гильдебрандом и Скоттом получено следующее приближенное выражение:

1п х2=1п (р/ро)-\'2(5, - б2)2/(ЯТ) (5)

где Хг =N2 /(И^Иг) -растворимость газа в жидкости (молярная доля компонента 2) при температуре Т и давлении насыщенного пара над раствором Р; Ро - давление, которое имели бы пары растворенного газа над чистой жидкостью при температуре Т; И -универсальная газовая постоянная; Уг-молярный объем жидкости; 61 и 62 - экспериментально определяемые параметры растворимости жидкости и газа при температурах, где они являются нормальными жидкостями. Параметры растворимости характеризуют энергию притяжения между молекулами одного сорта (1 или 2). Они обратно пропорциональны свободному объему, доступному для движения молекул V. В результате исследований показано, что определить количество газа в углеводородном растворе после отделения от смеси газа в свободной фазе можно путем вычисления растворимости газа по (5) и измерения давления и температуры при известных параметрах растворимости жидкости и газа.

В диссертации рассмотрен также существенно неидеальный раствор вода-нефть (смесь углеводородов) с целью определения концентрации воды в нефти. Эти растворы характеризуются чрезвычайно малой взаимной растворимостью компонентов. Приведены данные о существующих качественных и количественных, прямых и косвенных методах определения воды в нефти и нефтепродуктах. Описан используемый нами способ измерения концентрации воды в нефти. В его основе лежит различие приблизительно в два раза их удельных теплоемкостей. Система уравнений для массового расхода и теплоемкости при постоянном давлении водонефтянной смеси имеет следующий вид: 0|+Ог=С; С101+ с20г=с0, где в! - массовый расход нефти, - массовый расход воды, с|- удельная теплоемкость при постоянном давлении нефти, Сг- удельная теплоемкость при постоянном давлении воды, с- удельная теплоемкость при постоянном давлении, водонефтянной смеси. Представив плотность смеси в виде: р=р1Х1+рг(1-Х1), где х.1=С1/(С1+С2) - массовая концентрация воды, (1-х1)= СЫ^+Сг) - массовая концентрация нефти и удельную теплоемкость смеси в виде С=С1Х1+С2(1-Х0, связанную с массовым расходом соотношением: С=Ы/{[ С|Х1+С2(1-Х1)]Д1}, где N - мощность источника подводимой теплоты, М - достигнутая в результате подвода тепла разность температур, получим уравнение: [рл+ргО-хДОо =И/{[ С1Х|+С2(1-Х1)]Д1}, где во - измеряемый объемный расход смеси. Таким образом, массовая концентрация воды в нефти определяется при измеренных Со и N по формуле:

-[с,р2 +с2(р, -2р2)]+ х, --

[с,р2 + с2(р, - 2р2)]2 - 4[(с, - с2)(р, - Р2ХС2Р2 - т^г)

-(6)

2[(с,-с2)(р1-р2)]

На рис. 8 представлены рассчитанные нами графики зависимости концентрации от величины расхода и мощности теплового источника. Погрешность определения концентрации по формуле (6) зависит в основном от погрешности определения разности температур. Графики зависимости погрешности от разности температур приведены в диссертации. Погрешность измерения объемного расхода зависит от способа ее определения и обычно составляет 0,15-2,5%. Погрешность используемого нами вторичного преобразователя "Тахион -5М" - 0,5 %. Общая погрешность оценивается приблизи-

Концентрация

(мЧс)

Рис. 8. Зависимость концентрации воды в нефти от величины расхода и мощности теплового источника.

тельно в 2 * 5%, в зависимости от типа измерительных преобразователей и от концентрации. Таким образом, измеряя давление, температуру и вычисляя растворимость газа в нефти, мы определяем количество растворенного газа, а измеряя расход и разность температур в результате подвода тепла (или поддерживая постоянной разность температур с помощью варьирования мощности теплового источника) - массу воды в нефти.

Все преобразования токовых сигналов и вычисления основаны на применении вторичного преобразователя "Тахион - 5М-3", с компьютерной обработкой в реальном масштабе времени в составе измерительно-вычислительной системы.

В третьем параграфе данной главы анализируются существующие отечественные и зарубежные расходомеры с разделением потока, а также приведено описание предложенного нами расходомера с разделением потока. Выполненные в рамках данной главы

Тип вторичных преобразователей М = 1,2.....Мп

Рис. 9. Алгоритмическая схема автоматизированного проектного синтеза: М преобразователей ИВС для различных типов и режимов течения многофазных сред.

исследования и разработки позволили создать методику автоматизированного проектного синтеза преобразователей ИВС для различных типов и режимов течения многофазных сред, алгоритмическая схема которой представлена на рис. 9. В рамках данного подхода, задав на входе, в качестве исходных данных: тип среды -1 и ожидаемые режи-

мы течения - ИВС проводит автоматизированный с участием оператора или без такого участия) выбор рациональных вариантов приборов-преобразователей К, Ь, М.

Завершают главу следующие выводы.

1. Выполнен системный анализ многофазных сред, характерных для трубопроводных систем, с точки зрения физико-технических принципов организации измерения расходных характеристик. Выявлены основные типы рациональных для ИВС измерительных приборов, целесообразных для измерения расходных характеристик дисперсных сред типа: жидкость-газ, твердые частицы-газ, газ-жидкость, жидкость-жидкость и твердые частицы-жидкость.

2. Показано, что для определения расходов фаз в газовзвесях и пузырьковых структурах целесообразно использовать измерители, не содержащие устройства, предназначенные для разделения фаз. Разработана измерительно-вычислительная система такого рода, позволяющая измерять расходы газа, нефти и воды в водонефтяной смеси в которой растворен углеводородный газ.

3. Выполнены экспериментальные исследования по определению концентрации газов в различных жидкостях. Спектры инфракрасного поглощения регистрировались спектрометром в ближней ИК области ( 0, 7 - 3,0 мкм). Исследования проведены в интервале температур 113 - 353 К, в диапазоне давлений 0,5- 84 атм., при максимальной мольной концентрации газов 0.05 - 0,1. Результатами экспериментальных исследований и соответствующими расчетами показано, что в ИВС, предназначенных для расчета газового фактора в исследованных газожидкостных системах могут быть использованы соотношения, полученные с помощью теории регулярных растворов Гильдебранда. Рассмотрены примеры применения данной методики для различных нефтегазовых смесей.

4. Предложена и разработана измерительно-вычислительная система, предназначенная для измерения концентрации воды в водонефтяной смеси. Измерительная часть расходомера включает датчик объемного расхода, термостат, регулируемый нагревательный элемент и термопреобразователи сопротивления. Получены аналитические зависимости, позволяющие по измерениям объемного расхода и теплоемкости смеси определять концентрации воды и нефти.

5. Выполнен анализ преимуществ и недостатков многофазных расходомеров, основанных на разделении среды на отдельные фазы. Предложен вариант прибора, предназначенный для разделения газа и жидкости в газожидкостном потоке и снабженного вторичным преобразователем " Тахион-5М". Разработанная ИВС обеспечивает доста-

точную для ряда применений точность и отличается от аналогов уменьшенной стоимостью.

6. Предложена методика автоматизированного проектного синтеза ИВС для различных типов многофазных сред. Разработанный алгоритм позволяет, с участием или без участия оператора, проводить рациональный выбор преобразователей для различных типов многофазных сред с учетом характерных режимов их течения.

В пятой главе описаны цифровые измерительные системы "Тахион". В первом параграфе описаны свойства, присущие всем модификациям разработанного нами универсального цифрового вторичного преобразователя, входящего в состав разнообразных измерительно-вычислительных систем. Концепция его создания состоит в следующем. Универсальный вторичный преобразователь должен обладать при низкой стоимости следующими потребительскими качествами:

при замене только программного обеспечения, оставляя электронную часть неизменной, мог бы использоваться в составе того или иного измерительного средства или допускать совмещение нескольких измерительных средств в одном приборе; представлять информацию об измеряемых и вычисляемых параметрах в наглядном виде, быть удобным в пользовании; позволять сохранять и распечатывать на бумажном носителе всю информацию за любой требуемый промежуток времени; позволять передавать накопленную информацию по компьютерным сетям, телефонным сетям или по радиоканалу. Разработанный нами и внедренный в производство вторичный преобразователь (ВП) "ТАХИОН-5М", имеющий шесть модификаций полностью удовлетворяет перечисленным требованиям.

ВП "ТАХИОН-5М" состоит из электронного блока соединенного с ЭВМ, которая является основной частью вторичного преобразователя. Электронный блок вторичного преобразователя "Тахион-5М" выполняет три функции: осуществляет электрическое питание всех датчиков; преобразует сигналы датчиков (токовые, частотные, индуктивные) в цифровой код; осуществляет коммутацию датчиков по сигналам от ЭВМ. ЭВМ по программе опрашивает датчики и производит все необходимые вычисления. Изменение модификации ВП достигается сменой программного обеспечения при неизменном электронном блоке и типе компьютера.

ВП "ТАХИОН-5М" предназначен для обработки, преобразования и регистрации информации: а) о температуре, давлении и массовом количестве горячей воды в значения количества теплоты и о времени работы - модификация "ТАХИОН-5М-1; б) о температуре, давлении и массовом количестве водяного пара в значения количества теплоты и о времени работы - модификация "ТАХИОН-5М-2; в) о расходе, температу-

ре, давлении жидкости, газа и пара и о времени работы - модификация "ТАХИОН-5М-3; г) об уровне и плотности жидкости и о времени работы - модификация "ТАХИОН-5М-4; д) о величине силы тока в измерительных каналах и о времени работы - модификация "ТАХЙОН-5М-5; е) о частоте входных сигналов и о времени работы - модифи-. кация "ТАХИОН-5М-6. Область применения - теплоэнергетика, нефтяная, газовая промышленность, системы коммерческого учета расхода жидкости, газа и пара, системы автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами. Вид диалогов с пользователем и примеры формируемых сводок при выводе информации приведен в приложении к диссертации. В параграфах 5.2-5.4 и 5.5-5.6 рассмотрены созданные нами на базе различных модификаций вторичного преобразователя "Тахион-5М" интеллектуальные приборы, являющиеся по сути информационно-измерительными системами. Это расходомер произвольного газа, расходомер нефти и жидкостей, тепловые счетчики с теплоносителем водой и водяным паром, многоканальный измеритель уровня и плотности жидкости, автоматизированная система сбора и обработки данных. Приведены рабочие формулы, примеры компьютерных диалогов и образцы формируемых сводок, а также их технические характеристики. В 1995,1996 и 1998 гг. были проведены Государственные испытания вторичных преобразователей "Тахион-5" и "Тахион-5М" соответствия требованиям программы и методики испытаний при утвержедении их в качестве средств измерений, которые подтвердили соответствие всех характеристик заявленным требованиям. Проведена оценка погрешности теплоучета для закрытой и открытой системы теплопотребления с водой. По результатам материалов главы сделаны следующие выводы:

1. Разработаны, исследованы, внедрены в производство и промышленную эксплуатацию, внесены в Государственный реестр средств измерений компьютерные вторичные преобразователи, предназначенные для работы в составе разнообразных измерительно-вычислительных систем и позволяющие осуществлять круглогодичные исследования в ручном и автоматическом режимах сигналов датчиков, хранить их в в компактном и удобном виде, регистрировать на бумажном и магнитном носителях за любой промежуток времени и передавать их на верхний уровень контроля и управления.

2. Созданы алгоритмы и программные модули для компьютерных вторичных преобразователей измерительно-вычислительных комплексов, позволяющие преобразовывать информацию о токах, частотах и индуктивностях датчиков в физические, теп-лофизические и теплотехнические величины, необходимые для технологического и коммерческого учета количества теплоты с водяными теплоносителями, а также в величины расхода жидкостей, газов, паров.

3. Разработаны, исследованы и внедрены в производство разнообразные измерительно-вычислительные системы, предназначенные для измерения расхода жидкостей, газов паров, многофазных систем, уровня и плотности нефтепродуктов, а также авто-• матизации научных исследований.

В шестой главе диссертации приведено технико-экономическое исследование эффективности внедрения вторичных преобразователей "Тахион-5М"в производство и в эксплуатацию. В диссертации приведен бизнес- план организации производства ВП "Тахион-5М". Описаны участники проекта, его суть, рынок сбыта, где приведена ситуация на внутреннем и внешнем рынках, описаны потенциальные покупатели, ожидаемый объем продаж и цены конкурентов. Приведен сопоставительный анализ стратегий сбыта, реклама, политика цен, схема распространения продукта, способы стимулирования продаж, финансовый план. Из таблиц, приведенных в диссертации, следует, что для достижения безубыточности проекта нужно продать не менее 4 шт. ВП "Тахион - 5М-4" или порядка 30 шт. ВП "Тахион - 5М-1". Для остальных модификаций ВП "Тахион -5М", для достижения безубыточности, необходимо их продать в количестве 4-30 шт. Описаны возможные моменты, типы и источники рисков, а также системы страхования на разных этапах реализации проекта. В конце главы приведено исследование эффективности внедрения ИВС на промышленных предприятиях. Наиболее наглядно эффективность внедрения иллюстрируется при коммерческом учете тепловой энергии. Эффективность внедрения системы учета тепла складывается из двух составляющих. Первая связана с тем, что благодаря налаженному учету потребитель начинает более грамотно и квалифицировано эксплуатировать систему теплопотребления (не допускает утечек, перегрева и т.п.), т.е. повышается культура потребления тепловой энергии. Вторая прямо связана с экономией денежных средств при расчетах с поставщиком тепловой энергии. Если первая составляющая эффективности мало зависит от тепловой нагрузки, то вторая -значительно. При большой тепловой нагрузке прямая экономия денежных средств достигает десятков и сотен тысяч деноминированных рублей в месяц, а при малой - ее может вообще не быть. Этот практический результат подтверждает сделанные в диссертации теоретические выводы из анализа погрешности теплоучета.

В Заключении сформулированы основные результаты работы, которые заключаются в следующем:

1. Решена проблема, имеющая важное народно-хозяйственное значение, заключающаяся в исследовании, разработке и практическом применении расчетно-экспериментальных методов и интеллектуальных измерительно-вычислительных систем для измерения расходных и тепловых характеристик однофазных и многофазных сред

применительно к нефтегазовым технологиям, коммунально-бытовому хозяйству и другим отраслям промышленности.

2. Разработана комплексная система измерения параметров многофазных систем для структур паро-газожидкостного потока, включая режимы паровой, дисперсный, дисперсно-кольцевой, снарядно-кольцевой, пробковый, пузырьково-снарядный, пузырьковый, жидкостный, которая заключается в автоматизированном подходе к методу контроля: разделении потока для режимов от дисперсно-кольцевого до пузырьково-снарядного и последующего использования ИВС для диагностики параметров составляющих потока и непосредственного использования ИВС для режимов дисперсного и пузырькового.

3. Созданы алгоритмы и программные модули для ИВС, позволяющие провести' расчет важных практических задач о движении потоков жидкости и газа в трубопроводах. а также востанавливать профили теплофизических параметров по точечным измерениям.

4. Исследована возможность определения газового фактора нефтегазовой смеси в многофазных расходомерах с помощью оценки параметров растворимости Гиль-дебранда. Показано, что газовый фактор можно определить с помощью вычисления растворимости газа в данном углеводородном растворе и измерения давления и температуры.

5. Исследована возможность определения обводненности нефти с помощью измерения ее тепловых и расходных характеристик. Получены аналитические выражения для определения концентрации воды в многофазном расходомере без разделения Потоков, на основе измеренных величин объемного расхода и теплоемкости смеси.

6. Разработаны, исследованы, внедрены в производство и промышленную эксплуатацию, внесены в Государственный реестр средств измерений компьютерные вторичные преобразователи, предназначенные для работы в составе разнообразных измерительно-вычислительных систем и позволяющие осуществлять круглогодичные исследования в ручном и автоматическом режимах сигналов датчиков, хранить их в в компактном и удобном виде, регистрировать на бумажном и магнитном носителях за любой промежуток времени и передавать их на верхний уровень контроля и управления по компьютерным сетям и радиоканалу;

7. Созданы алгоритмы и программные модули для компьютерных вторичных преобразователей измерительно-вычислительных комплексов, позволяющие преобразовывать информацию о токах, частотах и индуктивностях датчиков в физические, теплофи-зические и теплотехнические величины, необходимые для технологического и коммер-

ческого учета количества теплоты с водяными теплоносителями, а также в величины расхода жидкостей, газов, паров и многокомпонентных систем;

8. Разработаны, исследованы и внедрены в производство разнообразные измерительно-вычислительные системы, предназначенные для измерения расхода жидкостей, газов паров, многофазных систем, а также уровня и плотности нефтепродуктов.

В 11 приложениях приведены следующие данные. Блок-схема и краткое описание алгоритма программы "Диафрагма" программного комплекса "Диагностика". Диалог с пользователем при выводе информации на дисплей персонального компьютера. Диалог с пользователем при выводе информации на жидкокристаллический цифровой идика-тор. Формулы, использованные для рассчета сжимаемости природного газа. Протоколы работы газосчетчика. Диалог с пользователем для ВП "Тахион-5М-1" с жидкокри-, сталлическим индикатором. Примеры сводок. Диалог с пользователем для системы измерения уровня и плотности жидкости. Вид распечаток для автоматизированного комплекса. Сертификаты об утверждении типа средств измерений и лицензия на их изготовление. Типичные договоры на поставку созданных измерительно-вычислительных комплексов и соответствующие акты приемки-сдачи выполненных работ.

Основное содержание диссертации отражено в следующих публикациях:

1. Вакулин A.A., Шабаров А.Б. Диагностика теплофизических параметров в нефтегазовых технологиях,- Новосибирск: Наука. Сиб. издательская фирма РАН, 1998. - 249 с.

2. Вакулин A.A., Шавлов A.B., Платонова JI.A. Малогабаритный криостат для КРС // Приборы и техника эксперимента. - 1990.- № 5.- С. 234-236.

3. Вакулин A.A. и др. Спектроскопическое исследование вращательной и колебательной динамики молекул в растворах.// Хим. физика. -1985. Т. 4, № 8,- С. 1058-1065..

4. Вакулин A.A., Шавлов A.B. Вторичный преобразователь теплосчетчика "Тахион-5"// Приборы и системы управления. - 1996. - № 10.- С. 26-28.

5. Вакулин A.A., Орлова Н.Д. Спектры и движение двухатомных молекул в плотных газах и жидкостях. II Молекулярная спектроскопия. - Л.:Изд-во Ленингр. ун-та, 1986.-вып. 7 - С. 39-58.

6. Вакулин A.A., Шавлов A.B., Егоров H.H. Вторичный преобразователь"Тахион-5М"// Приборы и системы управления. - 1997.- № 9.- С. 43-44.

7. Вакулин A.A., Шавлов А.В . A.C. 40006. Антенна // Полезные модели. Промышленные образцы.- 1994. - № 7. - С.74.

8. Вакулин A.A., Шавлов A.B. Погрешность теплоучета // Приборы и системы управления. - 1997. - № 12. - С.37-38.

9. Вакулин A.A., Орлова Н.Д., Тарабухин В.М. О проявлениях эффектов взаимодействия линий в спектрах поглощения плотных газов // Опт. и спектр. - 1986. - Т.бО, вып.1.

- С. 44-48.

Ю.Вакулин A.A., Шавлов A.B., Сморыгин Г.И. Определение фонового загрязнения атмосферы методами спектрального анализа снежного покрова // Проблемы экологии Томской обл. Томск, 1992. - С. 12-14.

11.Вакулин A.A., Орлова Н.Д., Коузов А.П. Исследование вращательной динамики окиси углерода в растворах// Тез. докл. XIX Всесоюзного съезда по спектроскопии. -Томск: Изд-во Том. ун-та, 1983. - С. 125-127.

12.Вакулин A.A., Шавлов А.В . Сертифицированный измерительный комплекс для круглогодичного криосферного мониторинга // Проблемы криологии Земли: фундаментальные и прикладные исследования: Тез. докл. международ, конф. - Пущино, 1997.

- С. 282 - 284.

В.Филиппов H.H., Вакулин A.A., Орлова Н.Д. Простая модель ориентационной релаксации молекул в жидкости // Опт. и спектр. - 1986. - Т. 61, вып.1. - С. 52-58.

14.Вакулин A.A., Шавлов A.B. Теплосчетчик "Тахион-5'7/ Нефть и газ Западной Сибири: Тезисы докладов междунар. научно-техн. конф. - Тюмень: ТюмГНГУ,1996. - С. 109 -110.

15.Шабаров А.Б., Губайдуллин A.A., Вакулин A.A. и др. Компьютерная технология моделирования процессов добычи и транспорта нефти и газа // Материалы первой научно-практической конференции "Природные, промышленные и интеллектуальные ресурсы Тюменской области". - Тюмень, 1997.-С. 143-144.

16.Шавлов A.B., Вакулин A.A. Расходомеры газа на базе вторичного преобразователя "Тахион 5М-3" // Материалы первой научно-практической конференции "Природные, промышленные и интеллектуальные ресурсы Тюменской области".- Тюмень, 1997, - С. 161-162..

17.Шавлов A.B., Вакулин A.A. Эффект просветления льда при возбуждении электронным пучком //Тез. докл. на XXI съезде по спектроскопии. Звенигород, 1995. - С. 219.

18.Шавлов A.B., Вакулин A.A. Система измерения уровня и плотности жидкостей // Материалы первой научно-практической конференции "Природные, промышленные и интеллектуальные ресурсы Тюменской области". - Тюмень, 1997. - С. 162-163.

19.FilippovN.N., Orlova N.D., Vakulin A.A.. IR spectra of CO solution Band shape analisis with the simple cell model. YII Annual EMLG Conference" Statistical Mechanics of Chemically Reacting Liquids". - Novosibirsk, 1989. - P.l 1.

20.Vakulin A.A. et al.Technical programmer complex, providing computer processing, transformation and registration of information about heat quantity and expenditure of single-phase and multi-phase mediums, level and density of oil products II Материалы Международной Ганноверской выставки-ярмарки. - Ганновер, 1997.

21.Вакулин А.А., Шавлов А.В. Погрешность измерения тепловой энергии // Измерительная техника. - 1998. - № 4. - С.39-41.

22.Вакулин А.А., Шавлов А.В. Влияние погрешности первичных преобразователей на учет тепловой энергии // Теплоэнергетика. - 1998. - № 5. - С.59-61.

23.Вакулин А.А., Шабаров А.Б. Концепция, условия и порядок проведения первого областного конкурса инвестиционных проектов II Организационные и нормативные документы, разработанные технопарками (опыт технопарков).- Тверь: Изд-во Тверского ун-та, 1997. - Вып. 3. - С. 173-175.

24.Вакулин А.А., Шабаров А.Б. Временное положение о проведении открытых региональных конкурсов инвестиционных и инновационных проектов// Организационные и нормативные документы, разработанные технопарками (опыт технопарков).- Тверь: Изд-во Тверского ун-та, 1997. - Вып. 3. - С. 176-178.

25.Вакулин А.А., Монтанари С.Г. Применение ЭВМ для измерения расхода газонасыщенной нефти II Рук. деп. в ВИНИТИ 03.03.99, № 661-В99.

26.Вакулин А.А. Измерительно-вычислительные системы определения расхода и состава нефтеводогазового потока // Гипротюменнефтегаз - 35 лет. Обустройство нефтяных месторождений Западной Сибири: Сборник научных трудов. - Тюмень: Гипротюмень-нефтегаз, 1999. - С. 224 -235.

27.Вакулин А.А., Монтанари С.Г. Измерение расхода и состава нефтеводогазового потока пузырьковой структуры // Известия вузов: Нефть и газ. - 1999. - № 3.- С. 36- 42.

28.Вакулин А.А., Монтанари С.Г. Коммерческий учет тепловой энергии с использованием персональной ЭВМ Н Проблемы экологии и энергосбережения в условиях Западной Сибири: Сб. докл. межд. науч.- практич. конф. - М.: Российская академия архитектуры и строительных наук, 1999. - С. 66-70.

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. Теплофизические свойства диагностируемых сред, методы и средства их определения.

§ 1 Состав и физические свойства диагностируемых сред.

§ 2 Измерительные преобразователи.

§ 3 Автоматизация измерений.

§ 4 Управление процессом теплопотребления с помощью ЭВМ.

Выводы по главе 1 и постановка задачи.

Глава 2. Физико-математическое моделирование при диагностике параметров на базе интеллектуальных измерительно-вычислительных систем.

§ 1 Моделирование параметров многофазных сред.

§ 2 Математическое моделирование турбулентных течений.

§ 3 Концепция построения измерительно-вычислительных систем.

Выводы по главе 2.

Глава 3. Численное моделирование при диагностике параметров.

§ 1 Поля скоростей, давлений и расходные характеристики при течении жидкостей и газов через измерительные устройства.

§ 2 Траектории движения и поля скоростей частиц при течении двухкомпонентной смеси (газовзвеси) в канале с диафрагмой.

Выводы по главе 3.

Глава 4. Измерение расходов и концентраций многофазных сред.

§ 1 Исследуемые типы многофазных сред.

§ 2 Расходомеры без разделения фаз.

§ 3. Расходомеры с разделением потока.

Выводы по главе 4.

Глава 5. Цифровые измерительные системы "Тахион"

§ 1 Универсальный вторичный преобразователь "Тахион-5М".

§ 2 Расходомеры газа.

§ 3 Расходомеры нефти, воды и других жидкостей.

§ 4 Теплосчетчики с теплоносителем водой и водяным паром.

§ 5. Погрешность теплоучета.

§ 6 Многоканальный измеритель уровня и плотности жидкости.

§ 7 Автоматизированная система сбора и обработки данных.

Выводы по главе 5.

Глава 6. Технико-экономическое исследование эффективности внедрения вторичных преобразователей "Тахион-5М" в производство и эксплуатацию.

Одной из важных проблем, решение которой необходимо для экономического развития Российской Федерации является энергосбережение. В связи с этим усиливается роль учета сырьевых и энергетических ресурсов, производимых в нефтегазовом и энергетическом комплексах, расходуемых в коммунально-бытовом хозяйстве и других отраслях. Одним из важнейших и общепризнанных направлений энергосбережения является создание автоматизированных измерительных систем для диагностики расходных и тепловых характеристик при течении однофазных и многофазных потоков в трубопроводах. Такие системы позволяют не только вести непосредственно учет, но и проводить автоматизацию, оптимизацию и регулирование технологических процессов, рационально использовать топливно-энергетические, водные и другие сырьевые ресурсы. Правильный учет приводит к экономии энергорессурсов как в рамках отдельных потребителей, так и в области всего топливно-энергетического комплекса, поэтому совершенствуются и систематизируются известные и разрабатываются новые теплофизи-ческие методы и приборы для технологического и коммерческого учета. Вводятся новые правила учета тепловой энергии и теплоносителя, правила учета газа, новые ГОСТы. Разрабатываются и используются на практике рекомендации и руководящие документы, направленные на улучшение качества и потребительских свойств средств измерений, применяемых для коммерческого и технологического учета соответствующих величин. Необходимость технического перевооружения приборного парка поставила перед иследователями, разработчиками и производителями средств измерений ряд задач, цель которых состоит в разработке новых компьютеризованных средств и систем измерений. Эти задачи решаются путем изучения и совершенствования зарубежных и отечественных аналогов, а также поиском новых способов использования как результатов фундаментальных исследований в области механики жидкости и газа, теплофизики и молекулярной физики, так и современной компьютерной техники и информатики. Сказанным выше определяется актуальность работы.

Цель работы состоит в исследовании, создании и внедрении в производство расчет-но-экспериментальных методов и измерительно- вычислительных систем, предназначенных для измерения расходных и тепловых характеристик многокомпонентных потоков в трубопроводах применительно к нефтегазовым технологиям, жилищно-коммунальному хозяйству и другим отраслям промышленности.

Научная новизна заключается:

- в создании концепции измерительно-вычислительных систем для диагностики теп-лофизических параметров рабочих тел в трубопроводах, основанной на сочетании компьютерных методов расчета многофазных сред и автоматизированных измерительных комплексов;

- в разработке измерительно-вычислительных систем, программное обеспечение которых основано на применении балансовых уравнений массы, импульсов, энергии и характеристик турбулентности, что позволило провести численный расчет важной практической задачи о движении многофазного потока через измерительные каналы, используемые в трубопроводных системах, а также предложить новый метод определения и восстановления локальных и интегральных теплофизических параметров по их точечным измерениям в трубопроводе;

- в создании методики автоматизированного проектного синтеза измерительно-вычислительных систем для различных типов и режимов течения многофазных сред;

- в обосновании возможности определения газового фактора двухфазной нефтегазовой смеси с помощью оценки параметров растворимости Гильдебранда, характеризующих энергию притяжения между молекулами и измерением давления и температуры теплоносителя;

-в разработке методики определения обводненности нефти с помощью теплофизиче-ских измерений.

-в получении технических характеристик компьютерных вторичных преобразователей, внесенных в Государственный реестр средств измерений, предназначенных для работы в составе разнообразных измерительно-вычислительных систем;

На защиту выносится:

- концепция создания интеллектуальных измерительно-вычислительных систем для диагностики теплофизических параметров рабочих тел в трубопроводах, основанная на сочетании в едином программно-техническом комплексе методов расчета однофазных и многофазных сред и современных автоматизированных измерительных и вторичных преобразователей;

- результаты разработки методик и алгоритмов расчета параметров многофазного потока в элементах трубопроводных систем;

- результаты исследования возможности определения газового фактора нефтегазовой смеси с помощью оценки параметров растворимости Гильдебранда;

- результаты исследования возможности определения обводненности нефти с помощью измерения ее теплофизических параметров;

- результаты испытаний вторичных преобразователей "Тахион-5М" на соответствие утвержденному типу средств измерений, зарегистрированных в Государственном реестре РФ;.

- результаты разработки и реализации инновационного проекта по обоснованию и внедрению в производство и промышленную эксплуатацию измерительно-вычислительных систем;

- результаты исследования и промышленной эксплуатации измерительно-вычислительных систем, использующих современные компьютеризированные вторичные преобразователи "Тахион-5М"и предназначенные для учета расхода жидкостей, газов и их смесей, а также расходов тепловой энергии.

Достоверность результатов, изложенных в диссертации, обусловлена корректностью применения общих законов и уравнений механики сплошной среды, молекулярной физики, способом их вывода из соответствующих законов сохранения, а также сравнением результатов моделирования с приведенными в научной литературе и решением тестовых задач. Достоверность правильности работы использованных приборов, компьютерных вторичных преобразователей и измерительно-вычислительных систем подтверждена Госстандартом России.

Практическая значимость работы состоит в решении проблемы, имеющей важное народно-хозяйственное значение, заключающейся в разработке, исследовании и практическом применении нового поколения интеллектуальных приборов - измерительно-вычислительных систем, предназначенных для измерения расходных и тепловых характеристик многофазных потоков применительно к задачам в нефтегазовых технологиях, жилищно-коммунальном хозяйстве и других отраслях промышленности. В работе созданы и реализованы расчетно-экспериментальные методы и измерительно-вычислительные ситемы, позволяющие обеспечить сбережение сырьевых и энергетических ресурсов. Компьютерные вторичные преобразователи, входящие в состав измерительно-вычислительных систем, внесены в Государственный реестр средств измерений. Измерительно-вычислительные системы внедрены на тридцати объектах и предприятиях Тюменской области с экономическим эффектом в сотни тысяч рублей.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены на Международной VI1 Европейской конференции "Статистическая механика химически реагирующих жидкостей" (Новосибирск, 1989 г.), Международной конференции "Нефть и газ западной сибири" (Тюмень, 1996 г.), Международной конференции "Проблемы Криологии Земли" ( Пущино, 1997 г.), Международном семинаре по водородной связи ( Самарканд, 1991 г.), Международной конференции " Проблемы экологии и энергосбережения в условиях Западной Сибири" ( Москва, 1999 г.), XVI Всесоюзной конференции " Спектроскопия конденсированных сред" (Пермь, 1985 г.) на XIX и XXI Всесоюзных съездах по спектроскопии ( Томск, 1983 г., Москва, 1995 г.), и ряде региональных семинаров и конференций. Результаты работы докладывались на Международных выставках: Электроника-96 ( Тюмень, 1996 г.) и Ганноверской выставке-ярмарке (Германия, 1997 г.), Тюменской областной промышленной выставке " Новые товары и технологии" (Тюмень, 1998 г.), прошли экспертизу и получали финансовую поддержку Государственного Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере ( Москва, 1995 г., 1997 г.).

Публикации. Основные результаты работы приведены в монографии "Диагностика теплофизических параметров в нефтегазовых технологиях"- Новосибирск: Наука, Сибирская издательская фирама РАН, 1998. - 249 с. и нашли отражение в 28 публикациях.

Личный вклад автора заключается в разработке концепции создания измерительно-вычислительных систем для диагностики теплофизических параметров рабочих тел в трубопроводах, основанной на сочетании компьютерных методов и программах расчета однофазных и многофазных сред и современных автоматизированных измерительных и вторичных преобразователей; в разработке методик и алгоритмов расчета параметров многофазного потока в элементах трубопроводных систем, а также анализе полученных результатов; в получении экспериментальных данных, обосновывающих применение теории Гильдебранда для определения газосодержания в углеводородных смесях; в разработке методики определения обводненности нефти с использованием теплофизических свойств среды; в проведении совместно с соавторами испытаний вторичных преобразователей "Тахион-5М" на соответствие утвержденному типу средств измерений, зарегистрированных в Государственном реестре РФ; в разработке, технико-экономическом анализе и управлении реализацией инновационного проекта по внедрению элементов измерительно-вычислительных систем в производство и промышленную эксплуатацию.

В первом параграфе Главы 1 приведены данные о теплофизических свойствах диагностируемых сред. Изложены сведения о составе и различных свойствах нефти, природных углеводородных газах, газовых конденсатах, а также воды и водяного пара. Приведены их физико-химические характеристики , отобраны аналитические выражения для аппроксимация параметров с целью применения в измерительно-вычислительных системах. Второй параграф главы посвящен измерительным преобра-зователям( датчикам), составляющим основу измерениям вообще и информационно-измерительных систем в частности. Рассмотрены физические основы построения измерительных преобразователей, принцип действия активных и пассивных датчиков, их метрологические характеристики. Обсуждаются теоретические вопросы методики и практики измерений, способы уменьшения погрешности, а также приводятся конкретные данные о сравнительных характеристиках датчиков, их достоинства и недостатки. В третьем параграфе, посвященном автоматизации измерений, обсуждаются принципиальные вопросы сопряжения преобразователей с измерительной аппаратурой, рас-смотриваются аналоговые и цифровые системы преобразования. Большое внимание уделено анализу шумов, действующих в измерительной системе и способам борьбы с ними. Характерные особенности программного обеспечения измерительной системы проиллюстрированы на примере управления процессом теплопотребления с помощью ЭВМ. Завершают главу выводы и постановка задачи, решаемой в диссертации.

Глава 2 посвящена физико-математическому моделированию при диагностике параметров многофазных сред. В первом параграфе главы приведены общетеоретические сведения, использованные при создании измерительно-вычислительных систем, являющихся новым явлением в промышленной диагностике теплофизических параметров. Второй параграф этой главы посвящен математическому моделированию турбулентных течений. Приведенные в этом параграфе алгебраические соотношения (или их ди-ференциальные аналоги) с соответствующими обобщенными опытными функциями и константами, при заданных начальных и граничных условиях, позволяют вычислить не только средние значения скоростей, температур, давлений, плотностей в поле течения, но и распределение характеристик турбулентности, которые влияют на потери давления, расходные характеристики и параметры тепломассопереноса. Третий параграф второй главы посвящен предложенной концепции построения измерительно-вычислительных систем. Возможности современных персональных компьютеров позволяют, наряду с оперативной обработкой измеренных величин, прогнозировать локальные и интегральные параметры потоков. Совокупность приведенных в диссертации соотношений позволяет проводить численный расчет течения однофазного и многофазного ( многокомпонентного) потока в трубопроводах сложной формы. Программное обеспечение позволяет востанавливать эпюры теплофизических параметров по их точечным измерениям в измерительно-вычислительной системе.

В главе 3 приведены примеры практической реализации полученных в главе 2 соотношений и зависимостей. Рассмотрено течение природного газа через диафрагму, как наиболее часто встречающийся и относительно сложный для расчета элементарный канал. Получены и сопоставлены с имеющимися в литературе данные об эпюрах скорости, давления, температуры, а также о величине расхода, что позволило сделать вывод о том, что реализация программного комлекса в измерительно-вычислительной системе позволяет определять не только значение расхода, но и восстанавливать истинные профили теплофизических параметров по их точечным измерениям для заданного элементарного канала. При этом длина прямолинейного участка перед измерительным преобразователем не имеет решающего значения. Во втором параграфе главы приведены результаты рассчетов траектории и профилей скорости двухфазной газовзвеси.

Глава 4 посвящена важнейшей проблеме измерения расхода многофазных сред. В первом параграфе главы приведены типы дисперсных систем, их классификация, структура двухфазного потока, в соответствии с которой в последующих параграфах обсуждаются различные типы расходомеров. Во втором параграфе рассмотрены расходомеры, в которых не происходит разделение потока на составляющие. На основе собственных экспериментальных исследований предложен способ определения газосодержания нефти по измерениям давления и температуры и вычисления по Гильдебранду растворимости газа. Здесь же рассмотрена задача определения обводненности нефти. Показано, что ее можно определить по измерениям объемного расхода и разности температур при постоянной мощности теплового источника.В конце параграфа приведена схема измерительной части измерительно-вычислительной системы, предназначенной для определения расхода и состава многокомпонентной нефтегазовой смеси. В третьем параграфе главы анализируются расходомеры с разделением нефтеводогазового потока. Описан предложенный автором вариант многофазного расходомера. Показано, что в измерительно-вычислительной системе, предназначенной для измерения расхода и состава нефтеводогазового потока произвольной структуры и использующей в ее измерительной части оба принципа ( без разделения потока и с его разделением на составляющие), необходимо применять компьютеризированный вторичный преобразователь, удовлетворяющий ряду требований, которые приведены в данной главе. В конце главы приведена алгоритмическая схема автоматизированного проектного синтеза преобразователей ИВС для различных типов и режимов течения многофазных сред.

В главе 5 описаны измерительно-вычислительные системы, созданные на базе универсального вторичного преобразователя "Тахион" и предназначенные для решения задач, связанных с учетом различных теплофизических величин, указанных в диссертации. В первом параграфе описано то общее, что присуще всем модификациям разработанного универсального цифрового вторичного преобразователя. Далее рассмотрены системы, созданные на базе различных модификаций вторичного преобразователя "Тахион-5М", являющиеся по сути интеллектуальными приборами. Это расходомер произвольного газа, расходомер нефти и жидкостей, тепловые счетчики для воды и водяного пара, многоканальный измеритель уровня и плотности жидкости, автоматизи

12 рованная система сбора и обработки данных. Завершает главу анализ погрешностей теп л оу чета.

В главе 6 диссертации приведено технико - экономическое исследование эффективности внедрения вторичных преобразователей "Тахион-5М" в производство и в эксплуатацию на примере реализации соответствующего инновационного проекта.

В заключении сформулированы основные результаты, полученные в работе.

Автор выражает искреннюю признательность научному консультанту - заслуженному деятелю науки РФ, доктору технических наук, профессору, академику РАЕН, действительному члену Международной академии наук высшей школы А.Б.Шабарову. Совместно с А.В.Шавловым были разработаны вторичные преобразователи "Тахион", которые нашли применение в исследованных в данной работе измерительно-вычислительных системах. Автор благодарен специалистам, оказавшим помощь в проведении работы на разных этапах - С.Р.Аристову, Н.Н.Егорову, А.А.Ступникову, С.Г.Монтанари, С.Н.Плотникову, Н.И. Романцу и всем коллегам, которые способствовали ее выполнению.

Результаты работы свидетельствуют о том, что развитие персональных компьютеров, измерительных и вторичных преобразователей, программного обеспечения позволяет по новому решать традиционные задачи, связанные с учетом теплоэнергорес-сурсов в производственных процессах. Созданы и нашли практическое применение интеллектуальные измерительно-вычислительные системы (ИБС), центральное место в которых занимает персональный компьютер в стандартном или промышленном исполнении, который, с одной стороны, используется для математического моделирования теплофизического процесса с целью прогнозирования в реальном масштабе времени локальных и интегральных параметров потоков, а с другой стороны выполняет традиционные для систем измерения функции: опрос, обработку, преобразование и регулирование сигналов датчиков. При этом выдаются рекомендации о месте, виде и харак-1 теристиках датчиков.

Предложена и реализована ИБС, предназначенная для диагностики параметров производственных теплофизических процессов. Характерными особенностями этой системы являются следующие:

1. Используется программный комплекс, который позволяет определить поля искомых параметров, а также интегральные характеристики, на основе численной реализации современных математических моделей механики и теплофизики однофазных и многофазных сред.

2. Измерения производятся в одной или нескольких точках контрольных объемов (сечений) и результаты обрабатываются в реальном масштабе времени.

3. Производится численная идентификация расчетной модели на основе минимизации среднеквадратичной разницы расчетных и измеренных параметров.

4. Производится расчет интегральных характеристик ( поток массы, расход тепла и т.д.) с использованием локальных данных о теплофизических свойствах, полученных при компьютерном моделировании и теплотехнических измерениях.

Реализация данного подхода позволяет решать разнообразные задачи, возникающие при добыче и транспорте нефти и газа, в энергетике, коммунально-бытовом хозяйстве и других отраслях производственной деятельности.

В заключении сформулируем основные результаты:

1. Решена проблема, имеющая важное народно-хозяйственное значение, заключающаяся в исследовании, разработке и практическом применении расчетно-экспериментальных методов и интеллектуальных измерительно-вычислительных систем для измерения расходных и тепловых характеристик однофазных и многофазных сред применительно к нефтегазовым технологиям, коммунально-бытовому хозяйству и другим отраслям промышленности.

2. Разработана комплексная система измерения параметров многофазных систем для структур паро-газожидкостного потока, включая режимы паровой, дисперсный, дисперсно-кольцевой, снарядно-кольцевой, пробковый, пузырьково-снарядный, пузырьковый, жидкостный, которая заключается в автоматизированном подходе к методу контроля: разделении потока для режимов от дисперсно-кольцевого до пузырьково-снарядного и последующего использования ИБС для диагностики параметров составляющих потока и непосредственного использования ИВС для режимов дисперсного и пузырькового.

3. Созданы алгоритмы и программные модули для ИВС, позволяющие провести расчет важных практических задач о движении потоков жидкости и газа в трубопроводах. а также востанавливать профили теплофизических параметров по точечным измерениям.

4. Исследована возможность определения газового фактора нефтегазовой смеси в многофазных расходомерах с помощью оценки параметров растворимости Гиль- ' дебранда. Показано, что газовый фактор можно определить с помощью вычисления растворимости газа в данном углеводородном растворе и измерения давления и температуры.

5. Исследована возможность определения обводненности нефти с помощью измерения ее тепловых и расходных характеристик. Получены аналитические выражения для определения концентрации воды в многофазном расходомере без разделения потоков, на основе измеренных величин объемного расхода и теплоемкости смеси.

6. Разработаны, исследованы, внедрены в производство и промышленную эксплуатацию, внесены в Государственный реестр средств измерений компьютерные вторичные преобразователи, предназначенные для работы в составе разнообразных измерительно-вычислительных систем и позволяющие осуществлять круглогодичные исследования в ручном и автоматическом режимах сигналов датчиков, хранить их в в компактном и удобном виде, регистрировать на бумажном и магнитном носителях за любой промежуток времени и передавать их на верхний уровень контроля и управления по компьютерным сетям и радиоканалу;

7. Созданы алгоритмы и программные модули для компьютерных вторичных преобразователей измерительно-вычислительных комплексов, позволяющие преобразовывать информацию о токах, частотах и индуктивностях датчиков в физические, теплофи-зические и теплотехнические величины, необходимые для технологического и коммерческого учета количества теплоты с водяными теплоносителями, а также в величины расхода жидкостей, газов, паров и многокомпонентных систем;

8. Разработаны, исследованы и внедрены в производство разнообразные измерительно-вычислительные системы, предназначенные для измерения расхода жидкостей, газов паров, многофазных систем, а также уровня и плотности нефтепродуктов.

232 Заключение

1. Александров A.A., Охотин B.C., Ершова З.А. Расчет термодинамических свойств воды на основе данных о скорости звука // Теплоэнергетика.-1981.-№ 4.-С.74-77.

2. Абрютина H.H. и др. Современные методы исследования нефтей. Л.: Недра, 1984.202 с.

3. Азизов A.M., Гордон А.Н. Точность измерительных преобразователей.- Л.: Энергия, 1975.-187 с.

4. Андреева Л.Е. Упругие элементы приборов, 2-е изд. М.: Машиностроение, 1981.-156 с.

5. Андронов И.В. Измерение расхода жидкостей и газов.-М: Энергоиздат, 1981. 408 с.

6. Анисимов М.А., Воронель A.B., Заугольникова Н.С., Оводов Г.И. Теплоемкость воды вблизи точки плавления и флюктуационные поправки Эйнштейна-Цернике // Письма в ЖЭТФ.-1972.-Т.15, вып. 8.-С 449-452

7. Артеменко А.И., Малеванный В.А., Тикунова И.В. Справочное руководство по химии: Справ. пособие.-М.: Высш. шк., 1990.-303 с.

8. Атамалян Э.Г. Приборы и методы измерения электрических величин.-М.:Высш. школа, 1982.-223 с.

9. Аш Ж., Андре П.,Бофрон Ж. и др. Датчики измерительных систем: в 2-х книгах. Пер. с франц.-М.:Мир,1992. Кн.1,- 480 е., Кн.2. 424 с.

10. Ю.Бадилькес И.С. Термодинамические свойства фреона -14 // Холодильная техника.-1963.-№5.-С.70-74.

11. П.Балашов Е.П., Пузанков Д.В. Микропроцессоры и микропроцессорные устройства .М.: Радио и связь, 1981.-345 с.

12. Банк М.У. Аналоговые интегральные схемы в радиоаппаратуре.- М: Радио и связь, 1981.-265 с.

13. Бекнев B.C., Леонтьев А.И., Шабаров А.Б. и др. Газовая динамика. Механика жидкости. М.: Изд.-во МГТУ, 1997.-671 с.

14. Белоусов В.П. Термодинамика водных растворов неэлектролитов. М.: Химия, 1983.265 с.

15. Белоусов В.П., Морачевский А.Г., Панов М.Ю. Тепловые свойства растворов неэлектролитов. Справочник.-Л.: Химия, 1981.-264 с.

16. Бильданов М.М. Швецов В.И./ Ученые записки КГПИ. Казань. 1980. Вып.№22.С. 114-121

17. Бобровников Г.Н., Новожилов Б.М., Сарафанов В.Г. Бесконтактные расходомеры. -М.: Машиностроение, 1985. 187 с.

18. Богданов Т.П., Кузнецов В.А., Лотонов М.А. и др. Метрологическое обеспечение и эксплуатация измерительной техники / Под ред. В.А. Кузнецова.- М.: Мир, 1989. -196 с.

19. Бойко B.C. Разработка и эксплуатация нефтянных месторождений: Учеб. для вузов.-М.: Недра, 1990,-427 с.

20. Бондарь Б.Г., Письменецкий В.А., Хорунжий В.А. Микроэлектроника.- Киев:Вища школа, 1981.- 376 с.

21. Бриндли К. Измерительные преобразователи: Справочное пособие: пер. с анг.-М. :Энергоатомиздат, 1991.-144 с.

22. Бурдун Т.Д. Основы метрогологии.- М.: Изд-во стандартов, 1985.-255 с.

23. Вакулин A.A. и др. Спектроскопическое исследование вращательной и колебательной динамики молекул в растворах.// Хим. физика. -1985. Т. 4, № 8.- С. 1058-1065.

24. Вакулин A.A., Монтанари С.Г. Измерение расхода и состава нефтеводогазового потока пузырьковой структуры // Известия вузов: Нефть и газ. 1999. - № 3.- С. 36- 42.

25. Вакулин A.A., Монтанари С.Г. Применение ЭВМ для измерения расхода газонасыщенной нефти // Рук. деп. в ВИНИТИ 03.03.99, № 661-В99.

26. Вакулин A.A., Орлова Н.Д. Спектры и движение двухатомных молекул в плотных газах и жидкостях. // Молекулярная спектроскопия. Л.:Изд-во Ленингр. ун-та, 1986.-вып. 7 - С. 39-58.

27. Вакулин A.A., Орлова Н.Д., Коузов А.П. Исследование вращательной динамики окиси углерода в растворах// Тез. докл. XIX Всесоюзного съезда по спектроскопии. -Томск: Изд-во Том. ун-та, 1983. С. 125-127.

28. Вакулин A.A., Шабаров А.Б. Диагностика теплофизических параметров в нефтегазовых технологиях.- Новосибирск: Наука. Сиб. издательская фирма РАН, 1998. 249 с.

29. Вакулин A.A., Шавлов А.В . A.C. 40006. Антенна // Полезные модели. Промышленные образцы.- 1994. № 7. - С.74.

30. Вакулин A.A., Шавлов А.В . Сертифицированный измерительный комплекс для круглогодичного криосферного мониторинга // Проблемы криологии Земли: фундаментальные и прикладные исследования: Тез. докл. международ, конф. Пущино, 1997. - С. 282 - 284.

31. Вакулин A.A., Шавлов A.B. Влияние погрешности первичных преобразователей на учет тепловой энергии // Теплоэнергетика. 1998. - № 5. - С.59-61.

32. Вакулин A.A., Шавлов A.B. Вторичный преобразователь теплосчетчика "Тахион-5"// Приборы и системы управления. 1996. - № 10.- С. 26-28.

33. Вакулин A.A., Шавлов A.B. Погрешность измерения тепловой энергии // Измерительная техника. 1998. - № 4. - С.39-41.

34. Вакулин A.A., Шавлов A.B. Погрешность теплоучета // Приборы и системы управления. 1997. - № 12. - С.37-38.

35. Вакулин A.A., Шавлов A.B. Теплосчетчик "Тахион-5"// Нефть и газ Западной Сибири: Тезисы докладов междунар. научно-техн. конф. Тюмень: ТюмГНГУ,1996. - С. 109 -110.

36. Вакулин A.A., Шавлов A.B., Егоров H.H. Вторичный преобразователь"Тахион-5М'7/ Приборы и системы управления. 1997.- № 9.- С. 43-44.

37. Вакулин A.A., Шавлов A.B., Платонова JI.A. Малогабаритный криостат для КРС // Приборы и техника эксперимента. 1990.- № 5.- С. 234-236.

38. Вакулин A.A., Шавлов A.B., Сморыгин Г.И. Определение фонового загрязнения атмосферы методами спектрального анализа снежного покрова // Проблемы экологии Томской обл. Томск, 1992. С. 12-14.

39. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей.-М.: Наука, 1972.-368 с.

40. Васильев Н.К. Повышение точности измерения расхода природного газа расходомерами переменного перепада давления.- Автореф. дис. канд. техн. наук Спб, 1998. -22 с.

41. Виглеб Г. Датчики.Устройство и применение: Пер.с нем.-М.: Мир, 1989.-196 с.

42. Виноградов В.И. Дискретные информационные системы в научных исследованиях.-М.: Атомиздат,1976. -236 с.

43. Воюцкий С.С. Курс коллоидной химии. Изд. 2. М.: Химия, 1976, 512 с.

44. Вудьвет Дж. Датчики в цифровых системах.-М.: Энергия, 1981.-389 с.

45. Гарет П. Аналоговые устройства для микропроцессоров и мини -ЭВМ.-М.: Мир, 1981.- 407 с.

46. Гаттенбергер Ю.П. Влияние изменений плотности нефти на положение водонефтя-ного контакта и смещение залежей// Геология нефти и газа., 1972,№ 9 с .12-17.

47. Гитис Э.И.,Пискулов Е.А. Аналого-цифровые преобразователи.-М.: Энергоиздат, 1981.-198 с.

48. Гончаров И.В. Геохимия нефтей Западной Сибири.-М.: Недра, 1987.-181 с

49. Горная энциклопедия. Под ред. Е.А. Козловского. Т1. М.: Сов. энциклопедия, 1984, -560 с.

50. Горная энциклопедия. Под ред. Е.А. Козловского. ТЗ. М.: Сов. энциклопедия, 1987, -592 с.

51. ГОСТ 30319.1-96. Газ природный. Методы расчета физических свойств. Определение физических свойств природного газа, его компонентов и продуктов его переработки.-М.:ИПК Изд-во стандартов, 1997 -16 с.

52. ГОСТ 8.563.1-3-97 ГСИ. Измерение расхода и количества жидкостей и газов методом переменного перепада давления.-М. :ИПК Изд-во стандартов, 1997.

53. ГОСТ Р 50353-92 (МЭК 751-85) Термопреобразователи сопротивления. Общие технические условия. Изд-во стандартов , 1997- 44 с.

54. Государственная система обеспечения единства измерений. Водяные системы теплоснабжения. Уравнения измерений тепловой энергии и количества теплоносителя. МИ 2412-97. :М.-1997.-16 с.

55. Государственная система обеспечения единства измерений. Теплосчетчики, требования к испытаниям, метрологической аттестации, поверке. МИ 2164-91. : JI., 1991.-28 с.

56. Граф Р. Электронные схемы: 1300 примеров: Пер. с англ.-М.: Мир, 1989, 688 с.

57. Грибов Л. А., Смирнов В.Н. Интенсивности в ИК спектрах поглощения многоатомных молекул // Успехи физ. наук.-1961.-Т.25б вып. 3.- С. 527-567.

58. ГСИ. Типовая программа и методика метрологической аттестации системы учета расхода тепла и теплоносителей класса АСУРТ. Общие положения МИ 2234-93. :М.-1993.-18 с.

59. ГСССД 147-90 Пропан жидкий и газообразный. Плотность, энтальпия, энтропия и изобарная теплоемкость в диапазоне температур 100-700 К и давлений 0,1-100 Мпа.

60. Джагунов Р.Г., Ерофеев A.A. Пьезокерамические элементы в приборостроении и автоматике.- Л.: Машиностроение, 1986.- 231 с.

61. Джонсон Н., Лион Ф. Статистика и планирование эксперимента эксперимента в технике и науке.-М.: Мир, 1980.-428 с.

62. Ибрагимов М.Х., Субботин В.И. и др. Структура турбулентного потока и механизм теплообмена в каналах.-М.: Атомиздат, 1978.-296 с.

63. Иванова Г.М., Кузнецов Н.Д.,Чистяков B.C. Теплотехнические измерения и приборы.-М.гЭнергоатомиздат, 1984.- 321 с.

64. Казакова Л.П. Твердые углеводороды нефти. М.: Химия, 1986.-171 с.

65. Каратаев Р.П., Копырин М.А. Расходомеры постоянного перепада давления.-М.: Машиностроение.-1980.-154 с.

66. Кассандрова O.E., Лебедева В.В. Обработка результатов измерений.-М.: Наука, 1970.-103 с.

67. Каталог параметров региональной характеристики химического и индивидуального состава нефтей Советского Союза./ Под ред. С.П. Максимова, Т.А Ботневой.// Труды ВНИГНИ.- 1981 .-вып. 222.

68. Кауфман, Сидман А. Практическое руководство по расчетам схем в электронике: Справочник. В 2-х т. Т. 1: Пер. с англ./ Под ред. Ф.Н. Покровского.-М.: Энергоато-миздат, 1991.- 368 с.

69. Кей Дж., Лэби Т. Таблицы физических и химических постоянных.-М.: ГИФМЛ,1962.- 247 с.

70. Кислицын A.A., A.M. Фадеев. Диэлектрическая релаксация в высоковязких нефтях// Журнал физической химии.- 1994.- Т.68, №2.- С.340-343.

71. Киясбейли А.Ш., Измайлов А.М.,Гуревич В.М. Частотно-временные ультразвуковые расходомеры и счетчики.-М.: Машиностроение, 1984.- 268 с.

72. Киясбейли А.Ш., Перелыптейн М.Е. Вихревые измерительные приборы.-М.: Машиностроение, 1978.- 188 с.

73. Кожевников Ю.В. Введение в математическую статистику. Казань. Изд-во КГТУ им. А.Н. Туполева, 1996.-145 с.

74. Краткий справочник физико-химических величин /Под ред. А.А.Равделя и A.M.Пономаревой.-Л.: Химия, 1983.-232 с.

75. Kpayc M., Вошни Э. Измерительные информационные системы / Пер. с нем .- М.: Мир, 1975.-310 с.

76. Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества: Справочник. 4-е изд., пе-рераб. и доп.-Л.: Машиностроение, 1989. -701 с.

77. Кузьмичев Д.А., Радкевич И.А., Смирнов А.Д. Автоматизация экспериментальных исследований. М.: Наука, 1983.- 392 с.

78. Куликовский К.Р., Купер В .Я. Методы и средства измерений.-М.: Энергоиздат,1986. 448 с.

79. Кухлинг X. Справочник по физике: Пер. с нем.-М.: Мир, 1982.-520 с.

80. Лейтман М.Б., Мелик-Шахназаров A.M. Компенсационные измерительные преобразователи электрических ввеличин.-М.: Энергия, 1978.-224 с.

81. Лемешко Б.Ю. Корреляционный анализ многомерных случайных величин: Программная система. Новосибирск, Изд-во НГТУ, 1995.- 39 с.

82. Логинов В.Н. Электрические измерения механических величин.-М.:Энергия, 1976.104 с.

83. Локшин В.З., Гуревич В.М., Непорент Д.А. Ультразвуковой теплосчетчик UTC-1// Приборы и системы управления. 1994. № З.С.6 9.

84. Люминесцентная битуминология. Под. ред. В.Н. Флоровской. М.: Изд-во МГУ, 1975,- 192 с.

85. Маклюков М.И., Протопопов В.А. Применение аналоговых интегральных микросхем в вычислительных устройствах.-М.: Энергия, 1981.- 271 с.

86. Матусевич В.М. Геохимия подземных вод Западно-Сибирского нефтегазоносного бассейна. М.: Недра, 1976.- 157 с.

87. Методические указания. Расход жидкостей и газов . Методика выполнения измерений с помощью специальных сужающих устройств. РД 50-411-83.:М.- Изд-во стандартов, 1984.-52 с.

88. Методы анализа, исследований и испытаний нефтей и нефтепрдуктов. М: ВНИИНП, 1984.- 289 с.

89. Ми 2451-98. Паровые системы теплоснабжения. Уравнения измерений тепловой энергии и количества теплоносителя.- М: ВНИИМС, 1997.- 14 с.

90. ЮЗ.Москалев И.Н., Кориткин И.П., Москалев М.И. Расходомеры для контроля деби-тов скважин // Газовая промышленность. 1999. - № 4. - С.62-64.

91. Ю4.Мячев A.A. Организация управляющих вычислительных комплексов.-М.: Энергия, 1980.-188 с.

92. Намиот А.Ю., Бондарева М.М. Растворимость газов в воде под давлением.-М.: Го-стоптехиздат, 1963.-148 с.

93. Юб.Нейман В.Г. Решение научных, инженерных и экономических задач с помощью ППП STATGRAPHICS.-M.: МП "Память", 1993.-88 с.

94. Ю7.Нефедов A.B., Савченко A.M., Феоктистов Ю.Ф. Зарубежные интегральные микросхемы. Справочник. М.: Энергоатомиздат, 1989.- 387 с.

95. Ю8.Нефтегазопромысловая геология (терминологический справочник / Под ред. М.М.Ивановой.-М.: Недра, 1983.-262 с.

96. Ю9.Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред. ч. 1-М.: Наука, 1987.-464 с.

97. Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред. ч. 2-М.: Наука, 1987.-464 с.

98. З.Осипович JI.А. Датчики физических величин.-М.:Машиностроение, 1979.- 164 с. 1 М.Основы электроизмерительной техники/ Под ред. М.И.Левина.-М.: Энергия, 1972,544 с.

99. Петунин А.И. Измерение параметров газового потока.- М.: Машиностроение, 1974.- 327 с.

100. Правила измерения расхода газов и жидкостей стандартными ужающими устройствами. РД 50-213-80. :М. Изд-во стандартов, 1982.- 320 с.

101. Правила учета тепловой энергии и теплоносителя. М.: Изд-во МЭИ, 1995.- 67.

102. Преображенский В.П. Теплотехнические измерения и приборы, 3-е изд.-М.: Энергия, 1978,- 428 с.

103. Пугачев Н.С. Измерение расхода жидкости, газа и пара.-М.:ВИСМ.-1988.-94 с.

104. Рабинович С.Г. Погрешности измерений и обработка результатов измерений.-М.: Энергия, 1978.-262 с.

105. Рахматулин Х.А. Основы газовой динамики взаимопроникающих движений сплошных сред // ПММ.-1956.-Т.20 N 2.

106. Рейнольдс В.В. Физическая химия нефтяных растворителей.Л.; Химия, 1967.-184 с.

107. Рош Л.У. Библия по модернизации персонального компьютера. Пер. с анг.-Мн.: МПП "Тивали-Стиль", 1995.-208 с.

108. Седов Л.И. Механика сплошной среды.- М.: Наука, 1984. Т1,2.

109. Сентурия С., Уэдлок Б Электронные схемы и их применение.-М.: Мир, 1977.- 386 с.

110. Смирнов А.Д., Фролов В.В. Системы автоматизированного проектирования: Основы построения и и функционирования.-М.: МФТИ, 1979.

111. Смирнова H.A. Молекулярные теории растворов. -Л. Химия, 1987.- 336 с.

112. Смит А. Прикладная ИК-спектроскопия: Пер. с англ.-М.: Мир, 1982.-328 с.

113. Современный компьютер. Пер. с англ./ Под ред. В.М.Курочкина. М.: Мир, 1986.212.

114. Сосновский А.Г., Столярова Н.И. Измерение температур.- М.: Изд-во стандартов, 1970. -45 с.

115. Соучек Б. Микропроцессоры и микро-ЭВМ.-М.: Сов. радио, 1979.- 246 с.

116. Справочник по нефтепромысловой геологии/ Под ред. Н.Е. Быкова, М.И.Максимова, А.Я.Фурсова.-М.: Недра, 1981.-525 с.

117. Справочник по физико-техническим основам криогеники . Под. ред. М.П.Малкова.-М.: Энергия, 1973.- 392 с.

118. Справочник радиолюбителя-конструктора.-3-е изд.- М.: Радио и связь, 1983.-560 с.

119. Справочник химика.-Л.: Госхимиздат, 1951, Т.1.-895 с.

120. Зб.Справочное руководство по IBM PC. Методические материалы: В 2-х частях.-М.: ПЭМ,1991.

121. Спутник нефтегазопромыслового геолога: Справочник/ под редакцией И.П.Чоловского.-М: Недра, 1989.- 376 с.

122. Стерин Х.Е., Алексанян В.Т., Жижин Г.Н. Каталог спектров комбинационного рассеяния углеводородов./ Под ред. Г.Н. Жижина. М.: Наука, 1976.- 360 с.

123. Сюняев З.И. Нефтяной углерод. М.: Химия, 1980.-272 с.

124. МО.Сюняев З.И., Сафиева Р.З., Сюняев Р.З. Нефтяные дисперсные системы.-М.: Химия, 1990.- 226 с.

125. Тиль Р. Электрические измерения неэлектрических величин/ Пер. с нем.-М.: Энер-гоатомиздат, 1987.-193 с.

126. Тойберт П. Оценка точности результатов измерений /Пер. с нем. под ред. Е.И.Сычева.-М.: Энергоатомиздат, 1988.-88 с.

127. Томановская В.Ф. Колотова Б.Е. Фреоны. Свойства и применение.-Л.:Химия, 1970.-184 с.

128. Турбулентность. Принципы и применения /Под ред. У. Фроста, Т. Моулдена.- М.: Мир, 1980.-535 с.

129. Турчин A.M., Новицкий П.В., Левшина Е.С. и др. Электрические измерения неэлектрических величин/ Под ред. Новицкого П.В. -Л.: Энергия, 1975.-437 с. Иб.Тьюки Дж. Анализ результатов наблюдений.-М.: Мир, 1981.-369 с.

130. Уилсон А., Уилсон М. Управление и творчество при проектировании систем.-М.: Сов. радио, 1976.- 468 с.

131. Фафурин В.А. Турбулентное движение газа в осесимметричных диафрагмах // Газо- ' вая промышленность. 1999. - № 4. - С.25-27.

132. Физические измерения в газовой динамике и при горении./ Под ред. Р.У. Ладенбур-га.-М.: Изд-во иностр. лит., 1957.-574 с.

133. Филиппов H.H., Вакулин A.A., Орлова Н.Д. Простая модель ориентационной релаксации молекул в жидкости // Опт. и спектр. 1986. - Т. 61, вып.1. - С. 52-58.

134. Химия нефти/ Под ред. З.Ю.Сюняева. Л.: Химия, 1984.-360 с.

135. Хинце И.О. ТурбулентноСть.-М.: ГИФЛМ, 1963.

136. Цапенко М.П. Микропроцессоры в измерительных информационных системах.-Приборы и системы управления, 1978, № 8, С .152-154.

137. Чистяков С.И. Денисова Н.Ф., Саяхов Ф.Л. Экспериментальное исследование за- ' висимости диэлектрических свойств нефти и ее фракций от частоты // Изв. вузов, нефть и газ. 1972. № 5.С.53-56.

138. Шабаров А.Б. Вариационный метод проектирования проточных частей газотурбинных установок. Диссерт. докт. техн. наук. М.: МВТУ им. Баумана, 1987 г.

139. Шабаров А.Б. Автоматизированное проектирование газотурбинных установок. -М.: Изд-во МВТУ, 1983. 130 с. ;

140. Шабаров А.Б. и др. Турбомашины газотурбинных и комбинированных установок. М.: Машиностроение, 1983. 392 с.

141. Шавлов A.B., Вакулин A.A. Расходомеры газа на базе вторичного преобразователя "Тахион 5М-3" // Материалы первой научно-практической конференции"Природные, промышленные и интеллектуальные ресурсы Тюменской области". Тюмень, 1997, с. 161-162.

142. Шавлов A.B., Вакулин A.A. Эффект просветления льда при возбуждении электронным пучком // Тез. докл. на XXI съезде по спектроскопии.- Звенигород, 1995 . с. 219.

143. Шавлов A.B., Вакулин A.A. Система измерения уровня и плотности жидкостей. // Материалы первой научно-практической конференции "Природные, промышленные и интеллектуальные ресурсы Тюменской области".- Тюмень, 1997. С. 162-163.

144. Шорников Е.А. Измерительно- вычислительные устройства в теплоэнергетике. -М.: Энергоатомиздат, 1988.

145. Шорников Е.А. Точное измерение малых разностей температур // Теплоэнергетика. 1992.-№8.- С.45-46

146. Шорников Е.А. Устройство для точного измерения разности температур// Приборы и системы управления. 1993, № 4, С.28-29.

147. Шоу А. Логическое проектирование операционных систем.-М.: Мир, 1981.- 476 с.

148. Шульц Ю. Электроизмерительная техника. 1000 понятий для практиков. Справочник / Пер. с нем.-М.: Энергоиздат, 1989.-288 с.

149. Эйзенберг Д. Кауцман В. Структура и свойства воды.- Л.: ГиДрометеоиздат, 1975.279 с.

150. Яковкин Г.А. Фреоны. Свойства и применение// Тр. ГИПХ.- Л., 1959.- 62 с.

151. Adams L.F. Engineering Measurementation. Londres: The English University Press, 1975.

152. Alloca J.A. Electronic Instrumentation. Reston, 1983.

153. Alloca J.A. Transducers, Theory and Application. Reston, 1983

154. Aristov P.A. e.a. Fluidic-oscillator Flowmeter-gradiometer RPS // Measurement Technicques USSR.- 1996 vol. 39, No. 2. P. 173-175,

155. Baker D.H., Ryder E.A., Baker N.H. Temperature measurement in engineering. -Stanford: Omega Press, 1975

156. Bouanich J.P., Thanh. Intensity,bandshapes and dipole correlation function for the first overtone of compressed CO // JQSRT.- 1981.-Vol.26.-P.53-63.

157. Bradshaw B.A. Experimental Fluid mechanics. Londres: Pergamon Press, 1970

158. Buse D.W. Digital differential pressure transdusser. Colorado: Colorado Springs, 1980

159. Cluley J.C. Transducers for Microprocessor Systems. Macmillan, 1985.

160. Comte-Bellot G., Hot-wire anemometry // Ann. Rev. of Fluid Mechanics.- 1976. -Vol.8. -P. 209.

161. Coombs C.F. Basic Electronic Instrument Handbook. N.Y.: McGraw, 1972

162. Cousins T. Auditing Flowmeter inst allations // Control and instrumentation. 1997. -Vol. 29.-P. 41.

163. Diamond J.H. Linearization of resistance thermometers and other transdusers // Rev. Sci. Instrum. 1970 - Vol. 41. - P. 53.

164. Doebelin E.O., Measurement systems. Application and design. Tokio: McGraw Hill -Kogakusha, Ltd.

165. Durst F., Melling A., Whitelaw J.H. Priciples and practice of laser-Doppler Anemometry. Londres: Academic Press, 1976.

166. Dutt M., Stickney T. Conduction error in temperature sensors // Illinois State Acad. Sci. Trans. 1970.-Vol. 9.-P.81.

167. Eckert E.R.G., Goldstein R.J. Measurements in heat transfer, 2e ed., N.Y.: Hemisphere, 1976.

168. Eckert R.G., Goldstein R.J. Measurements in heat transfer. N.Y.: McGraw, 1976.

169. Filippov N.N., Orlova N.D., Vakulin A. A. IR spectra of CO solution Band shape analisis with the simple cell model. VII Annual EMLG Conference" Statistical Mechanics of Chemically Reacting Liquids". Novosibirsk, 1989. - P. 11.

170. Furness R.A. Selecting a Flowmeter// Chemical Processing. 1996. - Vol.5. - P.64-66.

171. Goldatt E., Yeshurum Y., Greenfield A.J. Effect of heat leaks in platinum resistance thermometry. // Rev. Sci. Instrum. 1980. - Vol. 51. - P. 361.

172. Goulard R. Combustion measurements // Modern techniques and instrumentation. -N.Y.: Hemisphere, 1976.

173. Guyton R.D. Feedback linearized resistance bridge // Electronics. 1972. - Vol.45. - P. 102.

174. Hildebrand J.H., Scott R.L. Regular solutions.- New Jersey: Engl, cliffs, 1962. -180 p.

175. Hildebrand J.H., Scott R.L. Solubility of nonelectrolytes.- New York, 1950.- 488 p.

176. Jiang G.J. Person W.B. Brown K.G. Absolute infrared intensities and band shapes in pure solid CO and CO some solid matrices // J. Chem. Phys. -1975.-Vol.62, No.4 P. 12011211.

177. Kaminski D. User details flowmeter selection// Control Engineering. 1997. - Vol.44, No. 4. - P. 32-34.

178. Kerlin T.W., Hashemian H.M., Petersen K.M., Time reponse of temperature sensors // Illinois State Acad.Sci. Trans. 1981. - Vol. 20. - P. 65.

179. Malon J.R., Kurtz A. Static performances of integrated sensor transducers // I.S.A. Instrumentation Symposium. Anaheim. Californie, 1979.

180. Matey J.R., Dierker S.B., Anderson A.C., Bridge for measurement of low resistance. // Rev. Sci.Instrum. 1979. - Vol. 50. P. 671.

181. Meyer R.C. A new digital pressure transducer // Illinois State Acad.Sci. Trans. 1973. -Vol. 12.-P. 156.

182. Nee V.W., Kovasznay L.S. Simple phenomenological theory of turbulent shear flows // Phys, Fluids. 1969. - Vol. 12. - P. 473-484.

183. Neubert H.K.P. Instrument transducers. Oxford: Clarendon Press, 1975.

184. Norton H.N. Handbook of transducers for electronic measuring systems. Englewood Cliffs: Prentice Hall, 1969

185. Ott H.W. Noise reduction techniques in electronic systems. N.Y.: Wiley, 1976

186. Paros J.M. Precision digital pressure trasducer. 1973. ISA Trasact., 12, 173.

187. Praul S.H., Hmurcik L.V. Instantaneous temperature measurement // Rev. Sei. Instrum. -1973.-Vol. 44.-P. 1363.

188. Ricards B.E. Measurements of unsteady fluid dynamic Phenomena. N.Y.: Hemisphere, 1977.

189. Richon D., Patterson D. Effect of solvent molecular structure on vibration-rotation spectra of Del and CO solutes in cycloalkanes // Chem. Phys.-1977. -Vol.24.-P.235-243.

190. Richon D., Patterson D., Turell G. Vibration-rotation spectra of CO in liquid alkanes // Chem. Phys.-1977.- Vol.24.-P.227-334.

191. Usher M.J. Sensors and Transducers. Macmillan, 1985

192. Warring R.H., Gibilisco S. Fundamentals of Transducers: Tab Books. L., 1985.

193. Zuk E.L. Data acquisition and coversion handbook. Mansfield: Datei Intersil, 1979.