Определение присутствия жидкости в газовых трубопроводах высокого давления - RU2017145035A

1. Устройство для определения присутствия жидкости в газовых трубопроводах высокого давления, содержащее

по меньшей мере одно смотровое стекло, обеспечивающее входное окно во внутреннюю часть трубопровода;

один или большее количество источников света;

по меньшей мере один светочувствительный датчик для приема и измерения света, отраженного из внутренней части трубопровода и прошедшего через смотровое стекло; и

процессор для автоматического определения присутствия жидкости на основе измеренного отраженного света.

2. Устройство по п. 1, в котором указанное смотровое стекло отодвинуто назад от газового трубопровода посредством боковой трубы.

3. Устройство по п. 1 или 2, в котором указанный газовый трубопровод представляет собой трубопровод для транспортировки природного газа.

4. Устройство по п. 1, в котором указанный светочувствительный датчик выполнен с возможностью измерять количество света, отраженного от внутренней части трубопровода, а процессор выполнен с возможностью определять присутствие жидкости в газовом трубопроводе по результатам измеренного количества отраженного света.

5. Устройство по п. 4, в котором процессор выполнен с возможностью определять присутствие жидкости в газовом трубопроводе на основе степени изменения измеренного количества отраженного света.

6. Устройство по п. 1 или 2, в котором указанный светочувствительный датчик представляет собой по меньшей мере одно из устройств формирования изображений, предназначенных для съемки изображений внутренней части трубопровода через указанное смотровое стекло, при этом процессор выполнен с возможностью автоматически определять присутствие жидкости на основе характеристик полученных изображений.

7. Устройство по п. 6, в котором данные изображений ассоциированы с метаданными.

8. Устройство по п. 7, в котором указанные метаданные характеризуют один или большее число следующих параметров: время, дата и место съемки изображения, температура внутри трубопровода, давление, расход газа, расход жидкости, режим течения, температура конденсации углеводорода, калорийность, число Воббэ, содержание водяного пара, температура конденсации воды, содержание сероводорода, содержание диоксида углерода, содержание азота, содержание кислорода, содержание ртути, содержание бензола, содержание мышьяка или данные прошлых периодов, касающиеся технологических параметров; и участок, где потребитель может добавить замечания и комментарии в отношении указанных данных, технологических параметров и проводимых необходимых мероприятий, которые могут оказывать влияние на указанные данные.

9. Устройство по п. 6, в котором процессор выполнен с возможностью определять режим течения жидкости в газовом трубопроводе на основе характеристик полученных изображений.

10. Устройство по п. 9, в котором процессор выполнен с возможностью вычислять расход и/или количество жидкости в газовом трубопроводе на основе выявленного режима течения жидкости.

11. Устройство по п. 9, в котором процессор выполнен с возможностью вычислять расход газа на основе скорости частиц и жидких аэрозолей в трубопроводе.

12. Устройство по любому из пп. 1-11, содержащее систему освещения для освещения указанной внутренней части газового трубопровода в пределах поля зрения светочувствительного датчика.

13. Устройство по п. 6, в котором процессор выполнен с возможностью вычислять расход жидкости в газовом трубопроводе, исходя из объединения расчетного количества жидкости, находящейся на стенке трубопровода, и расчетного количества жидкости, увлеченной газовым потоком.

14. Устройство по п. 6, в котором процессор выполнен с возможностью рассчитывать объем жидкости, увлеченной газовым потоком, посредством определения размера, объема и скорости капель жидкости, увлеченных газовым потоком.

15. Устройство по п. 6, в котором режимы течения жидкости, которые способен различать процессор, включают два или большее число из следующих режимов: рассредоточенное течение, течение с крупными каплями, гладкое расслоенное течение, волновое расслоенное течение, частично кольцевое течение, полностью кольцевое течение, закупоривающее течение и пузырьковое течение.

16. Устройство по п. 6, в котором режим течения жидкости определяется процессором как рассредоточенное течение, если на стенке трубопровода в полученном изображении видны отдельные неподвижные или почти неподвижные капли при отсутствии сплошного потока жидкости на стенке трубопровода.

17. Устройство по п. 16, в котором, если установлено, что режимом течения жидкости является рассредоточенное течение, количество жидкости в трубопроводе рассчитывается путем определения размера и количества капель, находящихся на стенке трубопровода в пределах указанного изображения.

18. Устройство по п. 16, в котором, если установлено, что режимом течения жидкости является рассредоточенное течение, расход жидкости вычисляется путем определения изменения количества жидкости с течением времени в пределах полученных изображений, при этом количество жидкости определяется, исходя из размера и количества капель, находящихся на стенке трубопровода в пределах указанного изображения.

19. Устройство по п. 6, в котором режим течения жидкости определяется процессором как течение с крупными каплями, если в полученном изображении видны отдельные движущиеся капли на стенке трубопровода, при этом отсутствует сплошной поток жидкости на стенке трубопровода.

20. Устройство по п. 19, в котором, если установлено, что режимом течения жидкости является течение с крупными каплями, расход жидкости рассчитывается путем определения размера и скорости движущихся капель.

21. Устройство по п. 6, в котором режим течения жидкости определяется процессором как гладкое расслоенное течение, если на стенке трубопровода наблюдается сплошной и гладкий поток жидкости.

22. Устройство по любому из пп. 14-21, в котором наличие в изображении сплошного потока жидкости определяется путем использования обнаруживания границы.

23. Устройство по п. 21, в котором, если установлено, что режимом течения жидкости является гладкое расслоенное течение, объем жидкости в трубопроводе вычисляется в зависимости от ширины потока жидкости в пределах изображения и известной геометрии газового трубопровода.

24. Устройство по п. 23, в котором ширина потока жидкости определяется путем сравнения ширины потока в пределах изображения с известными реперными точками в пределах изображения.

25. Устройство по п. 21 или 23, в котором оптическая система и процессор выполнены с возможностью определять скорость течения на поверхности жидкости в различных точках поперек ширины потока жидкости и вычислять объемный расход потока жидкости на основе профиля скорости течения поперек ширины потока.

26. Устройство по п. 6, в котором режим течения жидкости определяется процессором как волновое расслоенное течение, если на дне трубопровода наблюдается непрерывный поток жидкости с выявленными на поверхности периодическими пульсациями жидкости, которые вызывают изменение ширины и/или толщины потока жидкости на изображении.

27. Устройство по п. 26, в котором, если установлено, что режимом течения жидкости является волновое расслоенное течение, объем жидкости в трубопроводе вычисляется в зависимости от средней ширины потока жидкости в пределах изображения, от одного или более следующих параметров: размер, частота и продолжительность пульсаций жидкости, а также от известной геометрии газового трубопровода.

28. Устройство по п. 6, в котором процессором устанавливается, что режим течения жидкости является частично кольцевым или полностью кольцевым, если на изображении выявлен поток жидкости, но в пределах поля зрения датчика не наблюдаются границы.

29. Устройство по п. 28, в котором процессор выполнен с возможностью различать режимы частично кольцевого течения и полностью кольцевого течения, используя детектированный профиль скорости течения в пределах поля зрения указанного устройства формирования изображения.

30. Устройство по п. 24, в котором, если режим течения жидкости процессором определяется как полностью кольцевое течение, объем жидкости в трубопроводе вычисляется путем расчета толщины слоя жидкости на дне трубопровода и толщины жидкости в одной или большем количестве других точек по окружности стенки трубопровода, для вычисления средней толщины пленки жидкости на стенке трубопровода и, следовательно, объема жидкости; при этом течение жидкости определяется путем определения поверхностного течения поперек наблюдаемого поля зрения.

31. Устройство по п. 6, в котором указанное смотровое стекло отодвинуто от газового трубопровода в пределах боковой трубы, и режим течения жидкости определяется процессором как закупоривающее течение, если с помощью устройства формирования изображения наблюдаются пульсации жидкости, которые простираются в указанный боковой трубопровод.

32. Устройство по п. 31, в котором процессор выполнен с возможностью вычисления среднего расхода, исходя из частоты и продолжительности указанных пульсаций.

33. Устройство по п. 6, в котором режим течения жидкости определяется процессором как пузырьковое течение, если в пределах прозрачной или частично прозрачной жидкости наблюдаются пузырьки газа.

34. Устройство по п. 33, в котором, если процессором установлен режим течения жидкости как пузырьковое течение, объем жидкости или газа в трубопроводе вычисляется на основе известной геометрии трубопровода и среднего объема пузырьков, наблюдаемых в пределах указанного поля зрения.

35. Устройство по п. 6, в котором процессор выполнен с возможностью выявления тумана по искажению или затемнению одного или большего числа известных реперных элементов в поле зрения указанного устройства формирования изображения, и компенсации указанного тумана при анализе полученных изображений.

36. Устройство по п. 6, в котором процессор выполнен с возможностью выявления тумана по искажению одной или более осветительных структур, проецируемых в трубопровод, и компенсации указанного тумана при анализе полученных изображений.

37. Устройство по п. 12, в котором указанная система освещения является монохроматической.

38. Устройство по п. 12, в котором система освещения освещает указанную внутреннюю часть газового трубопровода, используя различные длины волн, выбранные из длин волн видимого, инфракрасного, ультрафиолетового излучения и излучения в терагерцевом диапазоне.

39. Устройство по п. 12, в котором указанная система освещения освещает указанную внутреннюю часть газового трубопровода с помощью одного пучка или комбинации профилированных или фокусированных пучков, включающей одну или более следующих структур: пятна, линии, сетки и другие структуры.

40. Устройство по п. 39, в котором лучи являются неподвижными или подвижными.

41. Устройство по п. 12, в котором система освещения проецирует в газовый трубопровод коллимированный или неколлимированный свет.

42. Устройство по п. 12, в котором источник освещения указанной системы освещения расположен на одной линии с указанным светочувствительным датчиком.

43. Устройство по п. 12, в котором источник освещения системы освещения смещен от указанного светочувствительного датчика.

44. Устройство по п. 12, в котором система освещения проецирует структуру вне поля зрения указанного оптического датчика.

45. Устройство по п. 12, в котором система освещения освещает указанную внутреннюю часть трубопровода многократно в пределах периода съемки изображения указанным устройством формирования изображения.

46. Устройство по п. 45, в котором скорость частиц или капель вычисляется по расстоянию, которое частица или капля проходит между последовательными освещениями или кадрами изображения внутри трубопровода.

47. Устройство по п. 6, в котором скорость частиц, пузырьков или капель вычисляется по расстоянию, которое частица, пузырек или капля проходит между последовательными периодами формирования изображения указанного устройства формирования изображения.

48. Устройство по п. 6, в котором процессор выполнен с возможностью выявления присутствия жидкости в зависимости от размера файла изображений или последовательности изображений, снятых указанным устройством формирования изображения.

49. Устройство по п. 5, в котором процессор выполнен с возможностью выявления присутствия жидкости в зависимости от значений общей или средней интенсивности пикселей в снятом изображении.

50. Устройство по любому из пп. 1-49, которое дополнительно содержит линзу.

51. Устройство по п. 50, в котором линза представляет собой жидкостную линзу.

52. Устройство по п. 50, в котором линза представляет собой мембранную линзу.

54. Устройство по любому из пп. 1-53, в котором процессор и оптическая система выполнены с возможностью выявлять жидкие фракции с помощью LIDAR сканирования.