В ПИШ ТУСУРа разрабатывают TDR-уровнемер для нефтяной промышленности

TDR-уровнемер представляет собой устройство для измерения положений границ раздела многослойных жидких сред. Целевой областью применения устройства является нефтяная промышленность на стадиях хранения и сепарации нефти.

Принцип работы устройства основан на методе референсной импульсной рефлектометрии (TDR). Отличительной особенностью метода кроме определения положений границ раздела, является возможность автоматического определения компонентного состава и параметров многослойной жидкой среды без дополнительной калибровки и настройки устройства.

Различные виды уровнемеров (поплавковые, ёмкостные, микроволновые) используются в производственном процессе во множестве промышленных сфер. Однако, если с измерением уровня однородной среды проблем не возникает, то измерение многослойных сред сопряжено с рядом трудностей. Чтобы определить внутренние уровни, необходимо знать характеристики всех слоёв исследуемой среды. В настоящее время для таких измерений используются справочные характеристики, это приводит к существенным ошибкам, поскольку данные из справочников не могут характеризовать случайные изменения параметров естественных сред. Например, в нефтедобывающей промышленности, помимо нефти и подтоварной воды, в ёмкости может располагаться промежуточный слой эмульсии, протяжённость которого может достигать нескольких метров. Её характеристики заранее неизвестны.

За основу разработчики взяли существующий наиболее точный прибор измерения – микроволновый уровнемер. Ученые ТУСУРа предложили модифицировать конструкцию измерительного зонда, который погружается в резервуар, путем добавления в него специальных элементов с управляемыми параметрами. Добавление управляемых элементов позволяет измерить скорость распространения сигналов в каждом из содержащихся в резервуаре слоев. На основе этих данных стало возможно определение параметров каждого из слоёв, что в результате позволяет выполнять автоматический анализ компонентного состава многослойной среды, избавиться от процедур настройки и калибровки устройства.

На текущий момент функциональный макет импульсного уровнемера уже прошёл испытания в лабораторных условиях. Для его реализации были разработаны ключевые блоки и программное обеспечение, позволяющее выполнять автоматическую интерпретацию измеряемых данных.

Одна из задач, с которой столкнулись разработчики устройства на текущий момент – необходимость разработки рефлектометрического измерительного блока. Данный блок планируется выполнить в виде отечественной гибридной интегральной схемы. Над решением этой задачи работает проектная группа ПИШ ТУСУРа.

«В ходе проекта будут разработаны генераторы импульсных сигналов, СВЧ-смесители, узлы синхронизации с высокой точностью установки частот и другие СВЧ-узлы. Разработанный измерительный блок станет ключевой составной частью TDR-уровнемера и позволит реализовать инновационные методы измерения», - отмечает руководитель проекта Евгений Тренкаль.

В 2024 году планируется разработать макет измерительного блока, и на его основе реализовать устройство измерения уровней.

«Что касается серийного выпуска устройства, рассматриваются различные варианты, в том числе организация производства составных частей прибора и прибора в целом на базе наших промышленных партнёров АО «НИИПП» и АО «НПФ «Микран», - отмечает Евгений Тренкаль.