Способ измерения плотности с использованием множества датчиков

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения плотности в потоке углеводородного флюида. Углеводородный флюид пропускают через размещенные последовательно первый и второй датчики плотности. Первый датчик плотности имеет первую температуру, а второй датчик плотности имеет вторую температуру, задавая разность температур между первой температурой и второй температурой. С первого и второго датчиков плотности получают первое измерение плотности и второе измерение плотности соответственно. Определяют температурный поправочный коэффициент. Корректируют первое измерение плотности или второе измерение плотности с использованием определенного температурного поправочного коэффициента для обеспечения скорректированного по температуре измерения плотности. Технический результат – повышение точности получаемых данных. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Заявление о приоритете предшествующей национальной заявки

Настоящая заявка испрашивает приоритет по заявке на патент США № 62/367,484, поданной 27 июля 2016 г., содержание указанной заявки полностью включено в настоящий документ путем ссылки.

Область техники

Настоящее изобретение относится по существу к способам и системам для количественного определения свойств флюидов.

Предшествующий уровень техники

Желательно обеспечить возможность измерения плотности или относящихся к плотности свойств (в совокупности называемых измерением плотности) углеводородного флюида в потоке в условиях технологического процесса переработки углеводородов, например, на заводе или в лаборатории. Примеры относящихся к плотности свойств включают в себя удельную плотность и плотность в градусах АНИ (Американского нефтяного института). «В потоке» относится к измерению плотности углеводородного флюида, например, периодическому измерению плотности, которое выполняется в рамках работающего технологического процесса переработки углеводородов.

Периодическое измерение плотности в потоке имеет большее разрешение, чем, например, измерение веса углеводородного флюида один раз в день, которое может пропустить проблемы в условиях технологического процесса переработки углеводородов, которые могут выявляться при использовании измерения плотности в потоке. Такие проблемы включают в себя вызванную потерей контроля за температурой нисходящую конвекцию в вакуумной колонне, что сказывается на выходе дистиллята. Измерение плотности в потоке обеспечивает более точный контроль за технологическими процессами переработки углеводородов, такими как процессы гидрокрекинга, повышает производительность, снижает эксплуатационные расходы за счет сведения к минимуму времени выхода оборудования в рабочий режим и позволяет сэкономить на стоимости проведения лабораторных анализов.

Сложность, связанная с используемыми в настоящее время способами измерения плотности в потоке, заключается в пересчете измерений при рабочих температурах технологического процесса переработки углеводородов, например, рабочих температурах на заводе или в лаборатории, к стандартным температурам, используемым в расчетах плотности (приведение к стандартной температуре). Коэффициент пересчета для приведения к стандартной температуре зависит от состава флюида и поэтому изменяется с изменением состава флюида. При некоторых измерениях плотности для приведения к стандартным температурам используют таблицы Американского общества по испытанию материалов (American Society for Testing and Materials, ASTM) для пересчета свойств нефтей, однако такие способы непригодны для определения в потоке.

В данной области имеется потребность в способе пересчета измерений плотности углеводородного флюида в потоке к стандартной температуре в реальном времени для наблюдения за переработкой углеводородов и контроля за процессом.

Раскрытие изобретения

Настоящее изобретение направлено на обеспечение действенных и эффективных процессов измерения плотности в потоке углеводородного флюида в условиях технологического процесса переработки углеводородов.

Соответственно, в одном аспекте настоящего изобретения в настоящем изобретении предложен способ измерения плотности в потоке углеводородного флюида. Углеводородный флюид пропускают через расположенные последовательно первый и второй датчики плотности, причем первый датчик плотности имеет первую температуру, а второй датчик плотности имеет вторую температуру, при этом между первой температурой и второй температурой задается разность температур от 5°C до 100°C. С первого датчика плотности получают первое измерение плотности и со второго датчика плотности получают второе измерение плотности. Используя первое измерение плотности, второе измерение плотности, первую температуру и вторую температуру, определяют температурный поправочный коэффициент. Для получения скорректированного по температуре измерения плотности углеводородного флюида, используя определенный температурный поправочный коэффициент, корректируют первое измерение плотности или второе измерение плотности.

Дополнительные цели, варианты осуществления и подробности изобретения представлены в приведенном ниже подробном описании изобретения.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 показан пример устройства для измерения плотности в потоке углеводородного флюида; и

на фиг. 2 показан пример способа измерения плотности в потоке углеводородного флюида.

Подробное описание изобретения

По существу в примере способа для выполнения измерения плотности в потоке углеводородного флюида углеводородный флюид пропускают через первый и второй датчики плотности, которые расположены последовательно для получения массива датчиков. Первый и второй датчики плотности поддерживают при первой и второй температурах. Первая и вторая температуры заданы заранее и различаются, что создает заданную ненулевую разность температур, или перепад температур, между первым и вторым датчиками плотности. Данная разность температур предпочтительно составляет от 5°C до 100°C (принимая во внимание свойства углеводородного флюида при получаемой температуре), более предпочтительно от 7°C до 50°C и наиболее предпочтительно от 10°C до 25°C. Первая температура может быть более высокой температурой по сравнению со второй температурой, а вторая температура, таким образом, может быть относительно более низкой температурой по сравнению с первой температурой. Альтернативно вторая температура может быть более высокой температурой по сравнению с первой температурой, а первая температура, таким образом, может быть относительно более низкой температурой по сравнению со второй температурой. Разность между первой температурой и второй температурой обеспечивает перепад температур.

Первый и второй датчики плотности выводят первое и второе измерения плотности для углеводородного флюида соответственно. Процессор может принимать первое и второе измерения плотности, и при известных первой и второй температурах может сразу определять (например, рассчитывать) температурный поправочный коэффициент, такой как температурный коэффициент плотности или поправочный коэффициент для связанной с плотностью величины, такой как поправочный коэффициент для удельной плотности (SG) или плотности АНИ. Например, уравнение, описывающее влияние температуры на плотность, представлено в уравнении (1) ниже:

(1),

где D₁ представляет собой плотность при рабочей температуре, D₀ представляет собой стандартную температуру, B представляет собой температурный коэффициент, T₁ представляет собой рабочую температуру и T₀ представляет собой стандартную температуру.

Коэффициент B в уравнении (1) значительно зависит от состава флюида. Поскольку изменения в составе флюида в процессах переработки углеводородов происходят часто, например, изменения состава поступающего сырья в ходе его конверсии при опытной эксплуатации, полезно рассчитывать коэффициент B сразу же.

В одном примере способа коэффициент B можно найти с помощью уравнения (1), подставляя в него первую и вторую плотности, измеренные в потоке массивом датчиков, в качестве D₀ и D₁, и подставляя соответствующие первую и вторую температуры в качестве T₀ и T₁. После определения температурного поправочного коэффициента, такого как коэффициент B, то же самое соотношение из уравнения (1) можно использовать для пересчета плотности, измеренной первым или вторым датчиком плотности, в скорректированное по температуре измерение плотности, такой как плотность при стандартной температуре. Поскольку первое и второе измерения плотности получают в потоке, рассчитываемый температурный поправочный коэффициент отражает состав углеводородного флюида в конкретный момент. Это избавляет от необходимости использовать таблицы для расчета скорректированного измерения плотности или скорректированного измерения связанной с плотностью величины (SG/плотности АНИ).

Если обратиться к чертежам, то на фиг. 1 показан пример устройства 10 измерения плотности для измерения плотности углеводородного флюида. Устройство 10 измерения плотности включает в себя первый и второй датчики 12, 14 плотности, расположенные последовательно и образующие массив из двух датчиков. Однако предусмотрено, что устройство 10 измерения плотности может включать в себя более чем два датчика плотности. Датчики 12, 14 плотности предпочтительно реализованы в виде датчиков свойств флюидов, конкретным примером которых является датчик свойств флюидов FPS2800 производства компании Measurement Specialties, г. Хамптон, штат Вирджиния, США.

Устройство 10 измерения плотности может быть встроено в трубопровод для флюида в системе переработки углеводородного флюида, такой как заводская и/или лабораторная система, с использованием конфигурации типа «сдвоенная запорно-спускная арматура». Трубопровод для флюида может представлять собой, например, трубопровод для дистиллята в вакуумной колонне, трубопровод для кубового остатка в вакуумной колонне, трубопровод для дистиллята в атмосферной колонне или трубопровод для других потоков. В качестве более конкретного примера трубопровод для флюида может быть предназначен для трубопровода для кубового остатка в вакуумной колонне на участке между клапаном контроля уровня вакуумной ректификационной колонны и точкой сбора продукта. В качестве другого конкретного примера трубопровод для флюида может быть предназначен для трубопровода для дистиллята в вакуумной колонне в контуре рециркуляции до клапана контроля уровня.

Чтобы установить устройство 10 измерения плотности в трубопровод для флюида, входное отверстие 16 устройства 10 измерения плотности соединяют с частью трубопровода для флюида (не показан) в системе переработки углеводородного флюида с использованием подходящего гидравлического соединения, например, фитинга, такого как фитинги производства компании SWAGELOK™, г. Солон, штат Огайо, США. Входное отверстие 16 находится в связи по текучей среде с первым трубопроводом 18 для флюида, в котором последовательно расположены первый и второй датчики плотности, и дополнительным, вторым, трубопроводом 20 для флюида, который обходит первый и второй датчики 12, 14 плотности. Во втором трубопроводе 20 имеется клапан 22 для регулирования потока флюида через второй трубопровод, а в первом трубопроводе 18 имеется клапан 24, размещенный перед первым датчиком 12 плотности, и другой клапан 26, размещенный после второго датчика 14 плотности, для регулирования потока флюида через первый трубопровод. Первый и второй трубопроводы 18, 20 объединены в выходном отверстии 30, которое можно соединить с другой частью трубопровода для флюида (не показан) в системе переработки углеводородов с использованием подходящих фитингов, например, фитинга SWAGELOK™. Первый и второй трубопроводы 18, 20 обеспечивают для устройства 10 измерения плотности конфигурацию типа «сдвоенная запорно-спускная арматура», что позволяет легко выполнять замену первого или второго датчика 12, 14 плотности в случае необходимости ремонта датчика без останова технологического процесса переработки углеводородного флюида. Первый и второй датчики 12, 14 плотности установлены в первом трубопроводе 18 с использованием подходящих фитингов, например, фитинга SWAGELOK™.

Первый и второй датчики 12, 14 плотности соединены с процессором 34 через подходящие линии 36 передачи сигналов для приема и обработки данных с первого и второго датчиков плотности. Например, процессор 34 может быть реализован в виде или может включать в себя компьютер (например, персональный компьютер или другой компьютер), сеть компьютеров, специализированную интегральную схему (ASIC), сервер, клиент, мобильное устройство или любое подходящее обрабатывающее устройство или сеть связанных обрабатывающих устройств, которые содержат машиночитаемые инструкции, исполнение которых позволяет реализовать один или более этапов примеров способов, описанных в настоящем документе. Каждая из линий 36 передачи сигнала может быть реализована в виде, например, шины передачи сигналов, линии связи Ethernet, беспроводного устройства передачи и приема данных или других устройств в любой подходящей комбинации. В конкретном примере линии 36 передачи сигнала реализованы в виде линий шины CAN (локальной сети контроллеров), которые подключены к шлюзу через адаптеры Ethernet. Шлюз подключен к процессору, который реализован в виде подходящего компьютера (например, центрального процессора, персонального компьютера, сервера и т.д., включая отдельные или множество объединенных в сеть компьютеров), или другому процессору (например, программируемым аппаратным средствам, ASIC и т.д., включая отдельные или множество соединенных процессоров) для сбора и анализа данных.

Первый и второй датчики 12, 14 плотности в процессе работы устройства 10 измерения плотности предпочтительно поддерживают при первой и второй заранее заданной температурах, так что между первым и вторым датчиками плотности создается заранее заданный ненулевой перепад температур. Данная разность температур предпочтительно составляет от 5°C до 100°C (принимая во внимание свойства углеводородного флюида при получаемых температурах), более предпочтительно от 7°C до 50°C и наиболее предпочтительно от 10°C до 25°C. Например, в устройстве 10 измерения плотности, показанном на фиг. 1, первый датчик 12 плотности может быть выполнен с возможностью поддержания при более низкой температуре по сравнению со вторым датчиком 14 плотности, и, таким образом, первый датчик плотности можно рассматривать как низкотемпературный датчик. Второй датчик 14 плотности выполнен с возможностью поддержания при более высокой температуре по сравнению с первым датчиком 12 плотности, и, таким образом, второй датчик плотности можно рассматривать как высокотемпературный датчик. В данном случае термины «высокий» и «низкий» употребляются для указания относительных температур. В альтернативном варианте осуществления вместо этого первый датчик 12 плотности может выступать в роли высокотемпературного датчика, а второй датчик 14 плотности — в роли низкотемпературного датчика.

В примере осуществления для поддержания первого и второго датчиков 12, 14 плотности при заранее заданных низкой и высокой температурах, соответственно, используют теплоизоляцию и/или терморегуляцию устройства 10 измерения плотности и в частности первого трубопровода 18 и второго трубопровода 20. Теплоизоляция и/или терморегуляция может включать в себя, например, обертывание первого трубопровода 18 и второго трубопровода 20 в нагревательную ленту или использование теплоизоляции, такой как обертывание стекловолокном, для обеспечения внешней зоны 40 меньшей температуры (на фиг. 1 проиллюстрирована пунктиром), поддерживаемой при заранее заданной меньшей температуре. Также предусмотрена возможность выборочного подогрева или охлаждения зоны 40 меньшей температуры внешним нагревателем или охладителем для создания заранее заданной меньшей температуры. Первый датчик 12 плотности размещен в пределах зоны 40 меньшей температуры.

Зона 42 большей температуры размещена в пределах зоны 40 меньшей температуры, а второй датчик 14 плотности размещен в пределах зоны 42 большей температуры. Альтернативно зона 42 большей температуры и зона 40 меньшей температуры могут соответственно содержаться в пределах двух раздельных зон с регулировкой температуры. Теплоизоляционный и/или терморегулирующий материал, например, нагревательная лента, стекловолокно и т. д. или другой материал, может окружать зону 42 большей температуры полностью или частично для поддержания более высокой температуры. Температуру зоны 42 большей температуры можно выборочно регулировать с помощью управляемого нагревателя или охладителя. В конкретном примере зона 42 большей температуры реализована в виде регулируемого нагревателя (нагревателя), имеющего внутреннюю полость для установки второго датчика 14 плотности. Примеры нагревателей включают в себя подогретые флюиды, напускаемые в зону 42 большей температуры, например, с помощью системы клапанов с обратной связью; электрообогрев рубашкой с датчиками температуры или паровой обогрев рубашкой с датчиками температуры. Конкретным примером нагревателя для зоны 42 большей температуры является нагреватель типа GLASCOL™ производства компании Glas-Col, г. Терре-Хот, штат Индиана, США, который включает в себя нагревательный элемент для регулируемого нагрева флюида. Данный пример нагревателя включает в себя держатель, в котором можно разместить второй датчик 14 плотности.

В примере осуществления для сглаживания колебаний температуры внутри датчика в пределах зоны 42 большей температуры перед вторым (высокотемпературным) датчиком 14 плотности предусмотрен стабилизатор 44 температуры. Пример стабилизатора 44 температуры реализован в виде выравнивающей спирали, которая включает в себя отрезок трубки 46, например, трубки из нержавеющей стали, обернутой вокруг цилиндра 48, такого как стержень из нержавеющей стали. Стабилизатор 44 температуры обеспечивает физическую задержку флюида, поступающего в зону 42 большей температуры, перед измерением флюида вторым (высокотемпературным) датчиком 14 плотности. Другой стабилизатор температуры (не показан), такой как выравнивающая спираль, может быть предусмотрен в первом трубопроводе 18 перед первым (низкотемпературным) датчиком 12 для уравновешивания флюида перед его поступлением в первый датчик.

Нагревателем или другим терморегулятором для зоны 42 большей температуры можно управлять с помощью процессора 34 или с помощью другого устройства, связанного с процессором или независимого от него. Процессор 34 можно соединить с терморегулятором в зоне 42 большей температуры, например, через подходящие линии 49 передачи сигнала, для выборочного управления терморегулятором. Аналогичным образом, если для регулирования температуры в зоне 40 меньшей температуры предусмотрен дополнительный терморегулятор, терморегулятором можно управлять с помощью процессора 34, например, подключенного через линии 49 передачи сигнала, или с помощью другого устройства, связанного с процессором или независимого от него. Терморегуляторами можно управлять независимо от процессора 34.

Обратная связь по температуре для зон 40, 42 большей и меньшей температур может быть обеспечена с помощью датчиков 50 температуры, таких как, без ограничений, термопары или термисторы. Датчик 50 температуры можно разместить на первом и/или втором датчиках 12, 14 плотности или вблизи них, разместить на теплоизоляции или на обернутом терморегуляторе (например, датчики, размещенные на нагревательной ленте), и/или разместить или встроить в терморегулятор (например, термопары, размещенные в защитных карманах для термопар держателя элемента для терморегулятора). Для обеспечения обратной связи по температуре датчики температуры можно соединить с процессором 34 или другим устройством через линии 49 передачи сигнала или другие подходящие пути передачи сигнала. Такая обратная связь позволит обеспечить регулировку температуры в зоне 42 большей температуры (или в зоне 40 меньшей температуры при ее активном регулировании), например, используя замкнутый контур автоматического регулирования.

Хотя в примере устройства 10 измерения плотности для обеспечения более низкой температуры для первого датчика 12 плотности и подогрева зоны 42 большей температуры для обеспечения более высокой температуры для второго датчика 14 плотности используется изоляция зоны 40 меньшей температуры, следует понимать, что температуру зоны меньшей температуры и зоны большей температуры можно регулировать и другими способами. Например, температуру зоны 40 меньшей температуры можно обеспечивать посредством охлаждения, а температуру зоны 42 большей температуры можно либо поддерживать, либо повышать. В целом, каждую из зоны 40 меньшей температуры и зоны 42 большей температуры можно подогревать, поддерживать или охлаждать таким образом, чтобы можно было создать заранее заданную ненулевую разность температур между зоной меньшей температуры и зоной большей температуры и, таким образом, между первым датчиком 12 плотности и вторым датчиком 14 плотности.

В не имеющем ограничительного характера примере осуществления в качестве разности температур (перепад температур, или дельта Т) между первым датчиком 12 плотности и вторым датчиком 14 плотности в работающем устройстве 10 измерения плотности поддерживают минимум 20°C. Это можно обеспечить, например, поддерживая разность температур между зоной 40 меньшей температуры и зоной 42 большей температуры. Это позволяет получить достаточную итоговую разность в измерениях плотности для сведения к минимуму ошибок при расчете температурного поправочного коэффициента (например, коэффициента B в уравнении (1) выше). Большая величина дельта Т сводит к минимуму шум при измерениях в потоке для первого и второго датчиков 12, 14 плотности, что позволяет получать более стабильные результаты расчета температурного поправочного коэффициента и, таким образом, более надежные скорректированные по температуре измерения плотности. Дельта Т также можно выбирать исходя из температуры технологического потока через трубопровод 18 для флюида. Для потоков более легких флюидов может быть предпочтительно использовать меньшую дельта Т, например, чтобы избежать образования пузырьков в потоке. В предпочтительном варианте осуществления температура технологического потока может обеспечивать более низкую температуру для зоны 40 меньшей температуры, а более высокую температуру можно выбрать такой, чтобы обеспечить максимально возможную величину дельта T, при этом оставаясь ниже точки образования пузырьков флюида. Данная разность температур предпочтительно составляет от 5°C до 100°C (принимая во внимание свойства углеводородного флюида при получаемых температурах), более предпочтительно от 7°C до 50°C и наиболее предпочтительно от 10°C до 25°C.

На фиг. 2 показан пример способа измерения плотности в потоке углеводородного флюида, который будет разъяснен со ссылкой на пример устройства 10 измерения плотности, показанного на фиг. 1. Углеводородный флюид пропускают через первый трубопровод 18 и, таким образом, через первый и второй датчики 12, 14 плотности, заставляя ее протекать, например, за счет разности давлений, создаваемой системой переработки углеводородов, в которой установлено устройство 10 измерения плотности, или за счет дополнительной разности давлений, создаваемой отдельно от системы переработки углеводородов.

Первый датчик 12 плотности поддерживают при первой температуре (в устройстве 10 измерения плотности — при меньшей температуре), а второй датчик 14 плотности поддерживают при второй температуре (например, при большей температуре), при этом углеводородный флюид протекает через первый датчик плотности и второй датчик плотности (этап 51). Например, зону 40 меньшей температуры можно поддерживать при первой, более низкой, температуре, а зону 42 большей температуры можно поддерживать при более высокой температуре, как предусмотрено выше.

На этапе 52 первым датчиком плотности (низкотемпературным датчиком) 12 измеряют плотность при меньшей температуре D_TLo, а вторым датчиком плотности (высокотемпературным датчиком) 14 измеряют плотность при большей температуре D_THi. Измерения на этапе 52 проводят в потоке; то есть в рабочих условиях процесса переработки углеводородов, из которого требуется анализировать углеводородный флюид.

Например, в условиях технологического процесса переработки углеводородов первый датчик 12 и второй датчик 14 размещают последовательно вдоль первого трубопровода 18 и поддерживают при относительно более высокой и более низкой температурах T_Lo и T_Hi соответственно, используя один или более из описанных выше способов. Первый и второй датчики 12, 14, предпочтительно одновременно, измеряют плотность флюида, проходящего через датчики вдоль первого трубопровода 18. Измерения в потоке плотностей D_TLo, D_THi от первого и второго датчиков 12, 14 поступают в процессор 34 по линиям 36 передачи сигнала. «Одновременно» относится к выполнению двух измерений плотности с разницей во времени от нуля до десяти секунд друг от друга, а более предпочтительно от нуля до пяти секунд друг от друга.

В конкретном примере способа измерения плотности и температуры наряду с другими измерениями, такими как измерения вязкости и диэлектрических свойств, получают с первого и второго датчиков 12, 14 (например, датчиков свойств флюидов) и с датчиков 50 температуры, размещенных для измерения температур для каждого из первого и второго датчиков плотности, и направляют (например, передают) эти измерения в процессор 34. Альтернативно, если первая и вторая температуры уже известны (например, их поддерживают независимо, но на уровнях, известных процессору 34), процессор 34 может получать только измерения плотности. Эти измерения можно сохранять в памяти или записывать, например, сохранять в одной или более базах данных, связанных с (например, находящихся в связи с) процессором 34. Процессор 34 может присваивать соответствующие метки каждому получаемому с датчиков значению. Примером периодичности измерения для принимаемых измерений может быть, например, каждые 0,1–10 секунд, а более предпочтительно каждые 0,5–5 секунд, хотя измерения можно проводить в любое требуемое время или через периоды времени.

На этапе 54 процессор 34 определяет, например, рассчитывает, температурный поправочный коэффициент, или коэффициент теплового расширения ϒ, на основе величин D_THi, D_TLo, T_Hi и T_Lo, используя разницу плотностей D_TLo, D_THi и разницу температур T_Lo и T_Hi. Например, коэффициент теплового расширения ϒ можно рассчитать, используя уравнение (2) ниже:

(2)

Альтернативно процессор 34 может рассчитывать температурный поправочный коэффициент, такой как коэффициент B, в уравнении (1) ниже:

(1),

подставляя одну из первой и второй плотностей (например, D_THi или D_TLo), измеренную на этапе 52, в качестве D₀, подставляя другую измеренную плотность в качестве D₁), подставляя соответствующие температуры (т. е. высокую или низкую) T_Hi и T_Lo в качестве T₀ и T₁ (например, если D_THi подставляется в качестве D₁, то следует подставить T_Hi в качестве T₁, а D_TLo и T_Lo следует подставить в качестве D₀ и T₀ соответственно) и решая уравнение относительно температурного поправочного коэффициента B.

Затем, на этапе 56, используя измеренную плотность и температурный поправочный коэффициент, определяют скорректированную измеренную плотность. Более конкретно, процессор 34, используя определенный температурный поправочный коэффициент, корректирует по температуре измеренную плотность либо с первого датчика 12 плотности, либо со второго датчика 14 плотности. Это можно выполнить, например, путем пересчета измеренной плотности либо с первого датчика 12 плотности, либо со второго датчика 14 плотности к стандартной температуре, используя рассчитанный температурный поправочный коэффициент, например, коэффициент теплового расширения ϒ (используя уравнение (2)) или температурный поправочный коэффициент B (используя уравнение (1)). Например, для стандартной температуры 15,55°C (60°F) плотность D_TLo, измеренную первым (низкотемпературным) датчиком 12 при температуре T_Lo, можно пересчитать в стандартную плотность D_{15,55C (60F)} с помощью уравнения (3) ниже, которое можно вывести из уравнения (2):

На этапе 58 выводится полученная скорректированная плотность, например, стандартная плотность D_{15,55C (60F)}. Например, скорректированную плотность можно вывести в базу данных завода или лаборатории, распечатать, вывести на подходящий дисплей, сохранить в памяти, сохранить в энергонезависимой памяти, вывести для дальнейшей обработки со сравнением с пороговой величиной для выдачи предупреждающего сигнала и т. д.

В конкретном примере процессор дополнительно может рассчитывать удельную плотность флюида путем деления стандартной плотности, например, при 15,55°C (60°F), на плотность воды при 15,55°C (60°F), равную 0,99907 г/мл. Таким образом поправки на вариации свойств измеряемого флюида учитываются в скорректированное по температуре измерение удельной плотности.

Аналогичным образом, процессор 34 может дополнительно рассчитывать плотность флюида в градусах АНИ, используя уравнение (4) ниже

(4)

Таким образом, пример измерения плотности АНИ в потоке позволяет рассчитывать поправочные данные в реальном времени.

Примеры способа обеспечивают измерение плотности в потоке углеводородных флюидов в условиях различных технологических процессов переработки углеводородов с внесением поправок на состояние флюида в ходе процесса. Это позволяет дополнительно перенести часть решавшихся ранее в лаборатории задач на измерения в потоке. Примеры способов измерения плотности в потоке обеспечивают более точное управление работой завода, снижают затраты на анализ флюида и повышают экспериментальную производительность за счет сведения к минимуму времени выхода на рабочий режим оборудования после изменения параметров конверсии и дистилляции.

Примеры анализируемых углеводородных флюидов включают в себя чистые жидкие углеводородные соединения и их смеси; входные, промежуточные и выходные жидкие потоки для процессов гидрокрекинга и гидроочистки.

Следует понимать и специалистам в данной области должно быть понятно, что на графических материалах не показаны различные другие компоненты, такие как клапаны, насосы, фильтры, охладители и т. д., поскольку считается, что данные устройства хорошо известны специалистам в данной области и их описание не является необходимым для практической реализации или понимания вариантов осуществления настоящего изобретения.

Конкретные варианты осуществления изобретения

Хотя приведенное ниже описание относится к конкретным вариантам осуществления, следует понимать, что настоящее описание предназначено для иллюстрации, а не ограничения объема предшествующего описания и прилагаемой формулы изобретения.

Первый вариант осуществления изобретения представляет собой способ измерения плотности в потоке углеводородного флюида, включающий пропускание углеводородного флюида через расположенные последовательно первый и второй датчики плотности, причем первый датчик плотности имеет первую температуру, а второй датчик плотности имеет вторую температуру, при этом между первой температурой и второй температурой задают разность температур от 5°C до 100°C; получение первого измерения плотности с первого датчика плотности; получение второго измерения плотности со второго датчика плотности; определение температурного поправочного коэффициента с использованием первого измерения плотности, второго измерения плотности, первой температуры и второй температуры; и коррекцию первого измерения плотности или второго измерения плотности с использованием рассчитанного температурного поправочного коэффициента для обеспечения скорректированного по температуре измерения плотности углеводородного флюида. Вариант осуществления изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном пункте, вплоть до первого варианта осуществления, представленного в данном пункте, в которых первая температура ниже второй температуры. Вариант осуществления изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном пункте, вплоть до первого варианта осуществления, представленного в данном пункте, в которых вторая температура ниже первой температуры. Вариант осуществления изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном пункте, вплоть до первого варианта осуществления, представленного в данном пункте, дополнительно включающих в себя в ходе пропускания углеводородного флюида поддержание первого датчика плотности при первой температуре и второго датчика плотности при второй температуре. Вариант осуществления изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном пункте, вплоть до первого варианта осуществления, представленного в данном пункте, в которых поддержание первого датчика плотности при первой температуре и второго датчика плотности при второй температуре включает в себя поддержание первой температуры в пределах зоны первой температуры, причем первый датчик плотности размещен в пределах зоны первой температуры; и поддержание второй температуры в пределах зоны второй температуры, причем второй датчик плотности находится в пределах зоны второй температуры. Вариант осуществления изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном пункте, вплоть до первого варианта осуществления, представленного в данном пункте, в которых поддержание первой температуры в пределах зоны первой температуры включает в себя одно или более из теплоизоляции зоны первой температуры, выборочного подогрева зоны первой температуры или выборочного охлаждения зоны первой температуры; и в которых поддержание второй температуры в пределах зоны второй температуры включает в себя одно или более из теплоизоляции зоны второй температуры, выборочного подогрева зоны второй температуры или выборочного охлаждения зоны второй температуры. Вариант осуществления изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном пункте, вплоть до первого варианта осуществления, представленного в данном пункте, в которых зона второй температуры находится в пределах зоны первой температуры. Вариант осуществления изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном пункте, вплоть до первого варианта осуществления, представленного в данном пункте, в которых поддержание первого датчика плотности при первой температуре и второго датчика плотности при второй температуре дополнительно включает в себя теплоизоляцию зоны первой температуры; и выборочный подогрев зоны второй температуры до второй температуры. Вариант осуществления изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном пункте, вплоть до первого варианта осуществления, представленного в данном пункте, в которых определение температурного поправочного коэффициента включает в себя определение коэффициента коррекции по температуре. Вариант осуществления изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном пункте, вплоть до первого варианта осуществления, представленного в данном пункте, дополнительно включающих в себя определение удельной плотности углеводородного флюида с использованием скорректированного первого измерения плотности или второго измерения плотности. Вариант осуществления изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном пункте, вплоть до первого варианта осуществления, представленного в данном пункте, дополнительно включающих в себя определение плотности АНИ углеводородного флюида с использованием скорректированного первого измерения плотности или второго измерения плотности. Вариант осуществления изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном пункте, вплоть до первого варианта осуществления, представленного в данном пункте, дополнительно включающих в себя вывод скорректированного первого измерения плотности или второго измерения плотности. Вариант осуществления изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном пункте, вплоть до первого варианта осуществления, представленного в данном пункте, в которых первый и второй датчики размещены последовательно вдоль трубопровода для флюида, установленного внутри трубопровода для флюида в системе переработки углеводородов. Вариант осуществления изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном пункте, вплоть до первого варианта осуществления, представленного в данном пункте, в которых система переработки углеводородов представляет собой завод или лабораторию по переработке углеводородов и в которых трубопровод для флюида включает в себя один или более из трубопровода для дистиллята в вакуумной колонне, трубопровода для кубового остатка в вакуумной колонне, трубопровода для дистиллята в атмосферной колонне или трубопровода для кубового остатка в атмосферной колонне.

Второй вариант осуществления изобретения представляет собой способ измерения плотности в потоке углеводородного флюида в системе переработки углеводородов, включающий пропускание углеводородного флюида через первый и второй датчики плотности, установленные последовательно вдоль трубопровода для флюида в рамках технологического процесса переработки углеводородов; поддержание первого датчика плотности при первой температуре и поддержание второго датчика плотности при второй температуре, причем между первой температурой и второй температурой задают разность температур от 5°C до 100°C; в ходе технологического процесса переработки углеводородов получение первого измерения плотности с первого датчика плотности и получение второго измерения плотности со второго датчика плотности; определение температурного поправочного коэффициента с использованием первого измерения плотности, второго измерения плотности, первой температуры и второй температуры; коррекцию первого измерения плотности или второго измерения плотности с использованием определенного температурного поправочного коэффициента для обеспечения скорректированного по температуре измерения плотности углеводородного флюида; и вывод скорректированного первого измерения плотности или второго измерения плотности.

Третий вариант осуществления изобретения представляет собой устройство измерения плотности для измерения плотности в потоке углеводородного флюида в системе переработки углеводородного флюида, содержащее входное отверстие и выходное отверстие; трубопровод для флюида, размещенный между входным отверстием и выходным отверстием; первый и второй датчики плотности, расположенные последовательно вдоль трубопровода для флюида; нагреватель для выборочного подогрева одного или более из первого датчика плотности или второго датчика плотности для создания между первым датчиком плотности и вторым датчиком плотности разности температур от 5°C до 100°C; и процессор, соединенный с первым и вторым датчиками плотности и выполненный с возможностью получения первого измерения плотности с первого датчика плотности и второго измерения плотности со второго датчика плотности, причем первый датчик плотности имеет первую температуру, а второй датчик плотности имеет вторую температуру; определения температурного поправочного коэффициента с использованием первого измерения плотности, второго измерения плотности, первой температуры и второй температуры; и коррекции первого измерения плотности или второго измерения плотности с использованием определенного температурного поправочного коэффициента для обеспечения скорректированного по температуре измерения плотности углеводородного флюида. Вариант осуществления изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном пункте, вплоть до третьего варианта осуществления, представленного в данном пункте, в которых процессор дополнительно выполнен с возможностью поддержания первого датчика плотности при первой температуре и второго датчика плотности при второй температуре. Вариант осуществления изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном пункте, вплоть до третьего варианта осуществления, представленного в данном пункте, дополнительно включающих в себя дополнительный трубопровод для флюида, размещенный между входным отверстием и выходным отверстием и обходящий первый и второй датчики плотности; клапан, размещенный внутри трубопровода для флюида; и клапан, размещенный внутри дополнительного трубопровода для флюида. Вариант осуществления изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном пункте, вплоть до третьего варианта осуществления, представленного в данном пункте, в которых трубопровод для флюида и дополнительный трубопровод для флюида теплоизолированы для создания зоны первой температуры; и в которых второй датчик плотности размещен в пределах зоны второй температуры, причем зона второй температуры теплоизолирована от зоны первой температуры; и в которых нагреватель выполнен с возможностью выборочного подогрева зоны второй температуры. Вариант осуществления изобретения представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном пункте, вплоть до третьего варианта осуществления, представленного в данном пункте, в которых каждый первый и второй датчики плотности представляют собой датчики свойств флюидов.

Не вдаваясь в подробности, отметим, что считается, что, используя предшествующее описание, специалист в данной области может в полной мере использовать настоящее изобретение и легко установить основные характеристики настоящего изобретения, чтобы без отступления от его сущности и объема внести в настоящее изобретение различные изменения и модификации с целью его адаптации к различным вариантам применения и условиям. Таким образом, предшествующие предпочтительные конкретные варианты осуществления следует рассматривать как исключительно иллюстративные, не накладывающие каких-либо ограничений на остальную часть раскрытия и охватывающие различные модификации и эквивалентные конструкции, входящие в объем прилагаемой формулы изобретения.

Если не указано иное, в приведенном выше описании все температуры представлены в градусах по шкале Цельсия, а все доли и процентные значения даны по массе.

1. Способ измерения плотности в потоке углеводородного флюида, включающий:

пропускание (51) углеводородного флюида через расположенные последовательно первый и второй датчики плотности, причем первый датчик плотности имеет первую температуру, а второй датчик плотности имеет вторую температуру, при этом между первой температурой и второй температурой задают разность температур от 5°C до 100°C;

получение (52) первого измерения плотности с первого датчика плотности;

получение второго измерения плотности со второго датчика плотности;

определение (54) температурного поправочного коэффициента с использованием первого измерения плотности, второго измерения плотности, первой температуры и второй температуры; и

коррекцию (56) первого измерения плотности или второго измерения плотности с использованием определенного температурного поправочного коэффициента для обеспечения скорректированного по температуре измерения плотности углеводородного флюида.

2. Способ по п. 1, дополнительно включающий: в ходе указанного пропускания углеводородного флюида поддержание первого датчика плотности при первой температуре и второго датчика плотности при второй температуре.

3. Способ по п. 2,

в котором указанное поддержание первого датчика плотности при первой температуре и второго датчика плотности при второй температуре включает в себя:

поддержание первой температуры в пределах зоны первой температуры, причем первый датчик плотности размещен в пределах зоны первой температуры; и

поддержание второй температуры в пределах зоны второй температуры, причем второй датчик плотности размещен в пределах зоны второй температуры;

при этом указанное поддержание первой температуры в пределах зоны первой температуры включает в себя одно или более из теплоизоляции зоны первой температуры, выборочного подогрева зоны первой температуры или выборочного охлаждения зоны первой температуры; и

при этом указанное поддержание второй температуры в пределах зоны второй температуры включает в себя одно или более из теплоизоляции зоны второй температуры, выборочного подогрева зоны второй температуры или выборочного охлаждения зоны второй температуры.

4. Способ по п. 3, в котором зона второй температуры размещена в пределах зоны первой температуры; причем указанное поддержание первого датчика плотности при первой температуре и второго датчика плотности при второй температуре дополнительно включает в себя: теплоизоляцию зоны первой температуры и выборочный подогрев зоны второй температуры до второй температуры.

5. Способ по п. 1, в котором указанное определение температурного поправочного коэффициента включает в себя определение коэффициента коррекции по температуре.

6. Способ по п. 1, дополнительно включающий одно или более из:

определения удельной плотности углеводородного флюида с использованием указанного скорректированного первого измерения плотности или второго измерения плотности; или

определения плотности в градусах Американского нефтяного института (АНИ) углеводородного флюида с использованием указанного скорректированного первого измерения плотности или второго измерения плотности.

7. Способ по п. 1, в котором первый и второй датчики размещены последовательно вдоль трубопровода для флюида, установленного внутри трубопровода для флюида в системе переработки углеводородов; и при этом система переработки углеводородов представляет собой завод или лабораторию по переработке углеводородного флюида, и при этом трубопровод для флюида включает в себя один или более из трубопровода для дистиллята в вакуумной колонне, трубопровода для кубового остатка в вакуумной колонне, трубопровода для дистиллята в атмосферной колонне или трубопровода для кубового остатка в атмосферной колонне.

8. Устройство (10) измерения плотности для измерения плотности в потоке углеводородного флюида, содержащее:

входное отверстие (16) и выходное отверстие (30);

трубопровод (18) для флюида, размещенный между указанным входным отверстием и указанным выходным отверстием;

первый и второй датчики (12, 14) плотности, расположенные последовательно вдоль трубопровода для флюида;

нагреватель (50) для выборочного подогрева одного или более из первого датчика плотности или второго датчика плотности для создания между первым датчиком плотности и вторым датчиком плотности разности температур от 5°C до 100°C; и

процессор (34), соединенный с указанными первым и вторым датчиками плотности, причем указанный процессор выполнен с возможностью:

получения первого измерения плотности с первого датчика плотности и второго измерения плотности со второго датчика плотности, при этом первый датчик плотности имеет первую температуру, а второй датчик плотности имеет вторую температуру;

определения температурного поправочного коэффициента с использованием первого измерения плотности, второго измерения плотности, первой температуры и второй температуры; и

коррекции первого измерения плотности или второго измерения плотности с использованием определенного температурного поправочного коэффициента для обеспечения скорректированного по температуре измерения плотности углеводородного флюида.

9. Устройство измерения плотности по п. 8, в котором указанный процессор дополнительно выполнен с возможностью поддержания первого датчика плотности при первой температуре и второго датчика плотности при второй температуре.

10. Устройство измерения плотности по п. 8,

в котором указанный трубопровод для флюида и указанный дополнительный трубопровод для флюида теплоизолированы для создания зоны (40) первой температуры; и

при этом указанный второй датчик плотности размещен в пределах зоны (42) второй температуры, причем зона второй температуры теплоизолирована от зоны первой температуры;

при этом указанный нагреватель выполнен с возможностью выборочного подогрева зоны второй температуры.