一种快开收球筒的恒温控制方法及装置与流程

1.本发明涉及油田地面设备技术领域，特别是涉及一种快开收球筒的恒温控制方法及装置。


背景技术：

2.快开收球筒主要作用是油田管输清蜡球的回收，通常安装在油田场站的增压点、结转站或联合站内。如果快开收球筒内温度过低，清蜡球不易取出，造成与管道结蜡相连接，人工清理费事费力。如果快开收球筒内温度过高，原油有可能分解出可燃气体，存在安全隐患。通过电磁感应加热线圈对快开收球筒筒壁进行加热，可以有效解决筒内温度过低的问题。
3.因为流经快开收球筒的含水原油的含水率及流速等随着油井井况的变化而变化，难以实现对快开收球筒内的原油进行恒温加热。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提供了一种快开收球筒的恒温控制方法及装置，以采用实时温度补偿的方式，实现对快开收球筒内的原油进行恒温加热。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
6.一种快开收球筒的恒温控制方法，所述方法包括如下步骤：
7.获取当前采样时刻流入快开收球筒的原油的含水率和流速，作为当前采样时刻的含水率和流速；
8.分别将当前采样时刻的含水率和流速与初始采样时刻的含水率和流速进行比较，获得含水率变化值和流速变化值；
9.基于所述含水率变化值和所述流速变化值计算当前采样时刻的温度补偿值；
10.利用当前采样时刻的温度补偿值对初始采样时刻的控制温度进行补偿，获得当前采样时刻的控制温度；
11.根据当前采样时刻的控制温度对快开收球筒进行加热，当下一个采样时刻到达时，将下一个采样时刻设置为当前采样时刻，返回步骤“获取当前采样时刻流入快开收球筒的原油的含水率和流速”。
12.可选的，所述获取当前采样时刻流入快开收球筒的原油的含水率和流速，具体包括：
13.通过设置在原油进口管道上的流速传感器，采集当前采样时刻流入快开收球筒的原油的流速；
14.通过设置在快开收球筒和原油进口管道之间的含水率传感器，采集流体为当前采样时刻流入快开收球筒的原油时含水率传感器的测量电极之间的电压幅值；
15.通过设置在原油进口管道内的第一温度传感器，采集当前采样时刻流入快开收球筒的原油的温度；
16.根据流体为当前采样时刻流入快开收球筒的原油时含水率传感器的测量电极之间的电压幅值和当前采样时刻流入快开收球筒的原油的温度，计算当前采样时刻流入快开收球筒的原油的含水率。
17.可选的，所述根据流体为当前采样时刻流入快开收球筒的原油时含水率传感器的测量电极之间的电压幅值和当前采样时刻流入快开收球筒的原油的温度，计算当前采样时刻流入快开收球筒的原油的含水率，具体包括：
18.根据拟合关系式和当前采样时刻流入快开收球筒的原油的温度，确定流体为当前采样时刻的温度下的水时含水率传感器的测量电极之间的电压幅值；所述拟合关系式表示流体为水时含水率传感器输出的电压幅值与温度的关系式；
19.根据流体为当前采样时刻的温度下的水时含水率传感器的测量电极之间的电压幅值和流体为当前采样时刻流入快开收球筒的原油时含水率传感器的测量电极之间的电压幅值，利用公式计算当前采样时刻流入快开收球筒的原油的含水率；
20.其中，αw表示当前采样时刻流入快开收球筒的原油的含水率，fw表示流体为当前采样时刻的温度下的水时含水率传感器的测量电极之间的电压幅值，fm表示流体为当前采样时刻流入快开收球筒的原油时含水率传感器的测量电极之间的电压幅值。
21.可选的，所述基于所述含水率变化值和所述流速变化值计算当前采样时刻的温度补偿值，具体包括：
22.根据含水率变化值、油的比热容和水的比热容，计算含水率变化引起的热量变化值，作为第一热量变化值；
23.根据所述第一热量变化值计算第一温度补偿值；所述第一温度补偿值为当含水率变化时，使快开收球筒内的原油保持设定温度的控制温度补偿值；
24.根据流速变化值计算流速变化引起的热量变化值，作为第二热量变化值；
25.根据所述第二热量变化值计算第二温度补偿值；所述第二温度补偿值为当流速变化时，使快开收球筒内的原油保持设定温度的控制温度补偿值。
26.总的控制温度补偿值δt计算的原理为：
[0027][0028]
式中：δt为控制温度补偿值；δq为总的热量变化值；vb为快开收球筒的体积；s为流速；δs为流速变化值；a为原油进口管道管道横截面积；δt为给定采样时间间隔；αw为原油的含水率；δαw为含水率变化值；cw为水的比热容；ρw为水的密度；co油的比热容；ρo油的密度。
[0029]
根据以上公式，当含水率变化，流速不变时，得
[0030][0031]
式中，δt1为当前温度差。
[0032]
δt1＝控制温度-当前采样时刻流入快开收球筒的原油的温度
[0033][0034]
同理，当含水率不变，流速变化时，得
[0035][0036][0037]
当含水率和流速都发生变化时，假定流速恒定计算第一热量变化值，假定含水率恒定计算第二热量变化值，采用以下公式计算总热量
[0038][0039]
进而利用控制温度补偿值计算公式可以得到δt。
[0040]
可选的，所述利用当前采样时刻的温度补偿值对初始采样时刻的控制温度进行补偿，获得当前采样时刻的控制温度，之前还包括：
[0041]
根据初始采样时刻流入快开收球筒的原油的温度、含水率和流速，计算将采样时间间隔内流入快开收球筒内的原油加热到设定温度所需的总热量；
[0042]
根据含水率和流速的变化值确定总热量的值，当流速不变(或者变化值很小)，总热量采用第一热量变化值，控制温度补偿值采用第一温度补偿值；当含水率不变(或者变化值很小)，总热量采用第二热量变化值，控制温度补偿值采用第二温度补偿值；当含水率和流速都发生变化时，流速都发生变化时，计算，控制温度补偿值采用计算。
[0043]
根据所述总热量计算初始采样时刻的控制温度；所述初始采样时刻的控制温度为快开收球筒的加热装置在采样时间间隔内产生所述总热量所需的控制温度。
[0044]
可选的，所述返回步骤“获取当前采样时刻流入快开收球筒的原油的含水率和流速”，之前还包括：
[0045]
获取当前采样时刻的快开收球筒内原油的温度；
[0046]
判断快开收球筒内原油的温度与设定温度的差值是否小于温差阈值，获得判断结果；
[0047]
若所述判断结果表示否，返回步骤“获取当前采样时刻流入快开收球筒的原油的含水率和流速”；
[0048]
若所述判断结果表示是，等待下一个采样时刻，当下一个采样时刻到达时，将下一个采样时刻设置为当前采样时刻，则返回步骤“获取当前采样时刻的快开收球筒内原油的温度”。
[0049]
一种快开收球筒的恒温控制装置，所述装置包括：流速传感器、第一温度传感器、
含水率传感器、电磁感应加热线圈模组和控制器；
[0050]
所述流速传感器、所述第一温度传感器、所述含水率传感器和所述电磁感应加热线圈模组均与所述控制器连接；
[0051]
所述流速传感器设置在原油进口管道上，所述流速传感器用于实时检测流入快开收球筒的原油的流速；
[0052]
所述第一温度传感器设置在原油进口管道内，所述第一温度传感器用于实时检测流入快开收球筒的原油的温度；
[0053]
所述含水率传感器设置在快开收球筒和原油进口管道之间，所述含水率传感器用于实时检测表征流入快开收球筒的原油的阻抗的电压幅值；
[0054]
电磁感应加热线圈模组设置在所述快开收球筒的加热部分的外壁上；
[0055]
所述控制器用于根据流入快开收球筒的原油的温度和表征流入快开收球筒的原油的阻抗的电压幅值计算流入快开收球筒的原油的含水率，根据流入快开收球筒的原油的流速和含水率计算温度补偿值，根据所述温度补偿值对初始采样时刻的控制温度进行补偿，获得实时的控制温度，并根据实时的控制温度控制电磁感应加热线圈模组对快开收球筒内的原油进行加热。
[0056]
可选的，所述装置还包括：
[0057]
保温层，所述保温层覆盖在所述快开收球筒的外壁及电磁感应加热线圈模组的外侧。
[0058]
可选的，所述流速传感器采用外夹式安装方法安装在原油进口管道的外壁上。
[0059]
可选的，所述装置还包括第二温度传感器，所述第二温度传感器设置在快开收球筒的底部，所述第二温度传感器与所述控制器连接，所述第二温度传感器用于测量所述快开收球筒内的原油的温度。
[0060]
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
[0061]
本发明公开一种快开收球筒的恒温控制方法，所述方法包括如下步骤：获取当前采样时刻流入快开收球筒的原油的含水率和流速，作为当前采样时刻的含水率和流速；分别将当前采样时刻的含水率和流速与初始采样时刻的含水率和流速进行比较，获得含水率变化值和流速变化值；基于所述含水率变化值和所述流速变化值计算当前采样时刻的温度补偿值；利用当前采样时刻的温度补偿值对初始采样时刻的控制温度进行补偿，获得当前采样时刻的控制温度；根据当前采样时刻的控制温度对快开收球筒进行加热。本发明通过实时采集的流入快开收球筒的原油的含水率和流速，对控制温度进行实施补偿，以实现对快开收球筒内的原油进行恒温加热。
附图说明
[0062]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0063]
图1为本发明提供的快开收球筒的恒温控制方法的流程图；
[0064]
图2为本发明提供的快开收球筒的恒温控制方法的原理图；
[0065]
图3为本发明提供的快开收球筒的恒温控制装置的结构图；
[0066]
图4为本发明提供的快开收球筒的恒温控制装置中各组件的连接关系图；
[0067]
图5为本发明提供的含水率传感器的工作原理图。
[0068]
符号说明：1-原油进口管道，2-流速传感器，3-含水率传感器，4-快开收球筒，5-保温层，6-电磁感应加热线圈模组，7-1-第一温度传感器，7-2-第二温度传感器，8-控制器。
具体实施方式
[0069]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0070]
本发明的目的是提供一种快开收球筒的恒温控制方法及装置，实时地、精准地对快开收球筒内部的温度进行恒温控制。
[0071]
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0072]
图1为本发明快开收球筒的恒温控制方法的流程图，图2为本发明快开收球筒的恒温控制方法的原理图。如图所示，本发明提供了一种快开收球筒的恒温控制方法，所述方法应用于快开收球筒，所述方法包括：
[0073]
步骤s1，获取当前采样时刻流入快开收球筒的原油的含水率和流速，作为当前采样时刻的含水率和流速。
[0074]
其中，获取当前采样时刻流入快开收球筒的原油的流速，具体包括：
[0075]
通过设置在原油进口管道上的流速传感器，采集当前采样时刻流入快开收球筒的原油的流速。
[0076]
获取当前采样时刻流入快开收球筒的原油的含水率的原理如下：
[0077]
由于水的介电常数随着温度变化会有较大变化。在两个测量电极之间的阻抗包括电阻性和电容性两种阻抗。电容的容值与介质的介电常数有着密切关系。因此需要分析两个测量电极之间电容性阻抗由于水的介电常数随温度变化产生的影响，也就是需要得到流体为纯水时电压幅值与温度的变化关系。
[0078]
本实施例中，标定流体仅为纯水时的电压幅值，按照温度从10℃-50℃，每间隔10℃进行标定一次，记录纯水的电压幅值，得到纯水的电压幅值与温度的变化关系。如表1所示。
[0079]
表1纯水电压幅值与温度关系表
[0080]
温度10℃20℃30℃40℃50℃f
wfw
1fw2fw3fw4f
w5[0081]
表中：fw为纯水的电压幅值，1、2、3、4和5分别代表10℃、20℃、30℃、40℃和50℃，例如fw1代表温度为10℃时纯水的电压幅值。
[0082]
基于表1得到所述实时入口温度对应的所述纯水的实时电压幅值，基于所述纯水的实时电压幅值和所述纯净原油的实时电压幅值，得到所述含水原油的实时含水率。计算公式如下：
[0083][0084]
式中：αw为实时原油含水率，fm为纯净原油的实时电压幅值。
[0085]
获取当前采样时刻流入快开收球筒的原油的含水率，具体包括如下步骤：
[0086]
通过设置在原油进口管道上的流速传感器，采集当前采样时刻流入快开收球筒的原油的流速。
[0087]
通过设置在快开收球筒和原油进口管道之间的含水率传感器，采集含水率传感器输出的流体为当前采样时刻流入快开收球筒的原油时含水率传感器的测量电极之间的电压幅值。
[0088]
通过设置在原油进口管道内的第一温度传感器，采集当前采样时刻流入快开收球筒的原油的温度。
[0089]
根据流体为当前采样时刻流入快开收球筒的原油时含水率传感器的测量电极之间的电压幅值和当前采样时刻流入快开收球筒的原油的温度，计算当前采样时刻流入快开收球筒的原油的含水率。
[0090]
其中，所述根据流体为当前采样时刻流入快开收球筒的原油时含水率传感器的测量电极之间的电压幅值和当前采样时刻流入快开收球筒的原油的温度，计算当前采样时刻流入快开收球筒的原油的含水率，具体包括：
[0091]
根据拟合关系式和当前采样时刻流入快开收球筒的原油的温度，确定流体为当前采样时刻的温度下的水时含水率传感器的测量电极之间的电压幅值；所述拟合关系式表示流体为水时含水率传感器输出的电压幅值与温度的关系式。
[0092]
根据流体为当前采样时刻的温度下的水时含水率传感器的测量电极之间的电压幅值和流体为当前采样时刻流入快开收球筒的原油时含水率传感器的测量电极之间的电压幅值，利用公式计算当前采样时刻流入快开收球筒的原油的含水率。
[0093]
其中，αw表示当前采样时刻流入快开收球筒的原油的含水率，fw表示流体为当前采样时刻的温度下的水时含水率传感器的测量电极之间的电压幅值，fm表示流体为当前采样时刻流入快开收球筒的原油时含水率传感器的测量电极之间的电压幅值。
[0094]
步骤s2，分别将当前采样时刻的含水率和流速与初始采样时刻的含水率和流速进行比较，获得含水率变化值和流速变化值。
[0095]
步骤s3，基于所述含水率变化值和所述流速变化值计算当前采样时刻的温度补偿值。
[0096]
所述基于所述含水率变化值和所述流速变化值计算当前采样时刻的温度补偿值，具体包括：根据含水率变化值、油的比热容和水的比热容，计算含水率变化引起的热量变化值，作为第一热量变化值；根据所述第一热量变化值计算第一温度补偿值；所述第一温度补偿值为当含水率变化时，使快开收球筒内的原油保持设定温度的控制温度补偿值；根据流速变化值计算流速变化引起的热量变化值，作为第二热量变化值；根据所述第二热量变化值计算第二温度补偿值；所述第二温度补偿值为当流速变化时，使快开收球筒内的原油保持设定温度的控制温度补偿值。
[0097]
步骤s4，利用当前采样时刻的温度补偿值对初始采样时刻的控制温度进行补偿，
获得当前采样时刻的控制温度。
[0098]
所述利用当前采样时刻的温度补偿值对初始采样时刻的控制温度进行补偿，获得当前采样时刻的控制温度，之前还包括：
[0099]
根据初始采样时刻流入快开收球筒的原油的温度、含水率和流速，计算将采样时间间隔内流入快开收球筒内的原油加热到设定温度所需的总热量。
[0100]
根据所述总热量计算初始采样时刻的控制温度，所述初始采样时刻的控制温度为快开收球筒的加热装置在采样时间间隔内产生所述总热量所需的控制温度。
[0101]
具体的，根据快开收球筒几何尺寸参数以及收球筒底部第一温度传感器的温度数据，结合设定温度值，计算出快开收球筒内当前含水率的原油加热至设定温度所需要的热量。设定温度与检测温度的差，也就是含水原油中水和油所需要的温度升高值。收球筒的体积根据收球筒的几何尺寸参数进行计算。认为收球筒运行时其内部充满液体，因此根据当前含水率可以计算出当前收球筒中有多少体积的水和多少体积的油。一定体积的原油由当前温度升高一定温度所需要的热量根据原油比热容和温度差计算得出，同理可以根据水的比热容计算出一定体积的水由当前温度升高一定温度所需要的热量。收球筒内原油升温需要的热量加上收球筒内水的升温需要的热量即为收球筒内当前含水率的原油加热至设定温度所需要的热量。
[0102]
温度的上升需要一定的时间，含水原油的加热温度上升也不例外。因此以上热量的计算还需要明确温度上升的时间段内流过收球筒的含水原油的量。对流过收球筒的含水原油带走的热量进行补偿，才能准确进行恒温控制。
[0103]
基于上述原理，根据含水率的变化和流速的变化进行恒温控制的步骤如步骤s2-s4。
[0104]
具体实现方式为，流经快开收球筒的含水原油其含水率随着油井井况的变化而变化，实现快开收球筒内原油恒温加热，需要进行原油加热的含水率自适应温度补偿。根据检测到的流速和原油含水率数据进行含水率和流速的自适应温度补偿。
[0105]
首先根据原油含水率变化进行温度补偿。根据实时检测的原油含水率按照给定步长进行温度控制补偿。水的比热容比原油的比热容要高，因此当含水率变高时，给控制温度正的步长补偿，反之给负的步长补偿。即将设定温度与温度补偿值求和，得到控制温度。
[0106]
其次进行流速的温度补偿。将当前采集的流速数据减去初始时刻的流速数据，称之为流速变化值。根据流速传感器的实时检测数据计算流速变化值。如果流速变化值为零，则按照流速恒定进行温度补偿，主要计算出流出收球筒液体带走的热量进行温度补偿。如果流速变化值不为零，则按照流速变化量计算出多或少流出收球筒液体带走的热量进行温度补偿。温度补偿的方法将温度补偿值与经过含水率补偿后的控制温度求和，得到控制温度。
[0107]
总的控制温度补偿值δt计算的原理为：
[0108][0109]
式中：δt为控制温度补偿值；δq为总的热量变化值；vb为快开收球筒的体积；s为流速；δs为流速变化值；a为原油进口管道管道横截面积；δt为给定采样时间间隔；αw为原
油的含水率；δαw为含水率变化值；cw为水的比热容；ρw为水的密度；co油的比热容；ρo油的密度。
[0110]
根据以上公式，当含水率变化，流速不变时，得
[0111][0112]
式中，δt1为当前温度差。
[0113]
δt1＝控制温度-当前采样时刻流入快开收球筒的原油的温度
[0114][0115]
同理，当含水率不变，流速变化时，得
[0116][0117][0118]
当含水率和流速都发生变化时，假定流速恒定计算第一热量变化值，假定含水率恒定计算第二热量变化值，采用以下公式计算总热量
[0119][0120]
进而利用控制温度补偿值计算公式可以得到δt。
[0121]
本发明总热量确定的方式为：根据含水率和流速的变化值确定总热量的值，当流速不变(或者变化值很小)，总热量采用第一热量变化值，控制温度补偿值采用第一温度补偿值；当含水率不变(或者变化值很小)，总热量采用第二热量变化值，控制温度补偿值采用第二温度补偿值；当含水率和流速都发生变化时，计算，计算。
[0122]
步骤s5，根据当前采样时刻的控制温度对快开收球筒进行加热直到下一个采样时刻，将下一个采样时刻设置为当前采样时刻，返回步骤“获取当前采样时刻流入快开收球筒的原油的含水率和流速”。
[0123]
根据当前采样时刻的控制温度，确定加热工艺参数，即电磁感应加热线圈模组的得电时间。实时检测收球筒内温度，达到设定温度后，停止加热，没有达到重新计算需要热量，继续加热。
[0124]
图3为本发明快开收球筒的恒温控制装置结构图。如图2所示，本发明提供了一种快开收球筒的恒温控制装置，所述装置包括流速传感器2，原油含水率传感器3，保温层5，电磁感应加热线圈模组6，第一温度传感器7-1，第二温度传感器7-2，控制器8。流速传感器2采用外夹式安装方法，安装在原油进口管道1的外壁上。含水率传感器3安装在快开收球筒4的
原油进口与原油进口管道1之间。第一温度传感器7-1设置在原油进口管道1内，第二温度传感器7-2设置在快开收球筒的底部，电磁感应加热线圈模组6安装在快开收球筒4外壁上，被保温层5覆盖。
[0125]
图4为快开收球筒的恒温控制装置中各组件的连接关系图，如图4所示，控制器8的输入与第一温度传感器7-1、第二温度传感器7-2、含水率传感器3和流速传感器2的数据输出相连，输出与电磁感应加热线圈模组6相连。
[0126]
图5为含水率传感器的工作原理图，其中，e1端和e2端为激励信号的输入端，在h1端和h2端为测量电极，用于输出电压幅值。
[0127]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0128]
1)本发明的装置由于采用了流速传感器，所以装置可以检测原油流过快开收球筒的量以及变化。
[0129]
2)本发明的装置由于采用了原油含水率传感器，所以装置可检测原油含水率。
[0130]
3)本发明的装置由于采用了基于含水率的自适应温度补偿控制方法，所以应用该方法装置可以实现电磁感应加热工艺参数(电磁感应加热工艺参数与控制温度对应)的自适应。
[0131]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0132]
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。