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Dokumentenidentifikation DE69030562T2 07.08.1997
EP-Veröffentlichungsnummer 0435433
Titel Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung des Wasserinhaltes
Anmelder Texaco Development Corp., White Plains, N.Y., US
Erfinder Marrelli, John David, Houston, Texas 77009, US
Vertreter BOEHMERT & BOEHMERT, 28209 Bremen
DE-Aktenzeichen 69030562
Vertragsstaaten DE, DK, GB
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 18.10.1990
EP-Aktenzeichen 903114676
EP-Offenlegungsdatum 03.07.1991
EP date of grant 23.04.1997
Veröffentlichungstag im Patentblatt 07.08.1997
IPC-Hauptklasse G01N 22/04
IPC-Nebenklasse G01N 22/00   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft Wassergehaltsüberwachungsvorrichtungen zur Überwachung des prozentualen Wassergehalts in einer fließenden Flüssigkeitsströmung, insbesondere einer Erdölströmung. Auf derartige Überwachungsvorrichtungen wird in der folgenden Beschreibung als Vorrichtungen zur Überwachung der Wasserfraktion und insbesondere Vorrichtungen zur Überwachung der Wasserfraktion mittels Mikrowellen Bezug genommen.

US-A-4, 499,418 beschreibt eine Wassergehaltsüberwachungsvorrichtung zur Überwachung des prozentualen Wassergehalts in

einer fließenden Flüssigkeitsströmung, mit: einer Testzelle, durch die die Flüssigkeitsströmung fließt;

einer ersten Antenne zum Bestrahlen des Flusses durch die Testzelle mit Mikrowellenenergie;

einer zweiten Antenne zum Empfangen durch den Fluß hindurch gelassener Mikrowellenenergie;

einer Einrichtung zum Liefern eines für die Phasendifferenz zwischen der Mikrowellenenergie von der Quelle und der empfangenen Mikrowellenenergie repräsentativen Signals; und

einer Einrichtung zum Liefern eines für den prozentualen Wassergehalt der Flüssigkeitsströmung entsprechend dem Phasendifferenzsignal repräsentativen Signals.

Die vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß:

die Überwachungsvorrichtung gestaltet ist, um den Wassergehalt in einer durch die Testzelle fließenden Erdölströmung zu überwachen;

ein Detektor mit der zweiten Antenne verbunden ist, um die Intensität der empfangenen Energie zu erfassen und ein dafür repräsentatives Signal zu liefern, wobei die Einrichtung ihr Signal entsprechend dem Intensitätssignal und dem Phasendifferenzsignal liefert;

die erste und zweite Antenne innerhalb der Testzelle angeordnet sind;

ein erster Wellenleiter angeordnet ist, um Mikrowellenenergie von einer Quelle zu der ersten Antenne zu leiten, und ein zweiter Wellenleiter angeordnet ist, um empfangene Mikrowellenenergie von der zweiten Antenne zu dem Detektor zu leiten;

eine Siebeinrichtung innerhalb der Testzelle vorgesehen ist, um im wesentlichen zu verhindern, daß suspendierte Partikeln, die größer als eine vorab bestimmte Größe sind, in die Siebeinrichtung eintreten; und

die erste und zweite Antenne innerhalb der Siebeinrichtung angeordnet sind, um die Menge von suspendiertem Material in dem Anteil der Erdölströmung zu verringern, der zwischen den Antennen fließt, wobei die ausgesiebten suspendierten Partikeln von der Erdölströmung außerhalb der Siebeinrichtung weggeführt werden.

US-A-3,946,308 beschreibt eine Vorrichtung zur Messung der Feuchtigkeit eines Gases, wie z.B. Luft. Es gibt darin keine Testzelle oder Rohrleitung. Es gibt beabstandete Eingangs- und Ausgangs-Antennen für Mikrowellen, die von einer zylindrischen Schutzeinrichtung umgeben sind, die dimensioniert sind, um das Entweichen von Mikrowellenenergie zu minimieren. Dies bildet einen in einer Atmosphäre aus feuchter Luft angeordneten Resonator. In einer Äusführungsform sind die Ober- und Unterseite durch Deckel abgedeckt, die zum Fernhalten von Staub und fremden Gegenständen aus einein Kupferdrahtnetz hergestellt sind.

US-A-4,822,486 beschreibt ein Drehsieb, das an dem Ende einer Leitung angebracht und in einen Wasserkörper eingetaucht ist. Eine Beeinträchtigung des Flusses durch anhaftendes Geröll wird durch Vorbeidrehen des Siebs an einem Düsenaufbau verhindert, von dem Wasser unter Druck durch eine separate Versorgungsleitung gespeist wird, die in den Pumpenfernauslaß geschraubt sein kann.

Die vorliegende Erfindung ist in der folgenden ausführlichen Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen eine Ausführungsform als Beispiel dargestellt ist, beispielhaft dargestellt. Es sollte jedoch ausdrücklich verständlich sein, daß die Zeichnungen nur zu Darstellungszwecken dienen und nicht als die Grenzen der Erfindung aufzufassen sind.

Fig. 1 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm einer Vorrichtung zur Überwachung der Wasserfraktion mittels Mikrowellen, die gemäß der vorliegenden Erfindung konstruiert ist.

Fig. 2 ist eine Wiedergabe der in Fig. 1 gezeigten Testzelle.

Fig. 3 ist eine ausführliche Wiedergabe der in Fig. 1 gezeigten Testzelle.

Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linien 4-4 des in Fig. 3 gezeigten geschirmten Testraumes.

Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung zur Überwachung der Wasserfraktion schließ einen Mikrowellensender 3 ein, der elektromagnetische Energie, auf die nachfolgend als Mikrowellenenergie Bezug genommen wird, mit einer Mikrowellenfrequenz liefert. Der Sender 3 wird mit geringer Leistung betrieben und kann eine Mikrowellen-Gunn-Quelle verwenden. Der Sender 3 liefert die Mikrowellenenergie an einen Richtungskoppler 7. Der Richtungskoppler 7 liefert die Mikrowellenenergie an einen spannungsgesteuerten Phasenschieber 9 herkömmlicher Art und an einen Zirkulator 8. Die gesamte Leitung oder Übertragung der Mikrowellenenergie wird unter Verwendung von herkömmlichen Wellenleitern bewerkstelligt.

Der Zirkulator 8 liefert die Mikrowellenenergie über einen Wellenleiter 10 an eine Erdölströmung, die durch eine Testzelle 17 hindurchtritt. Die Testzelle 17 wird nachfolgend ausführlicher beschrieben werden. Die Mikrowellenenergie, die durch die Erdölströmung hindurchtritt, wird mittels eines Wellenleiters 19 an eine Schalteinrichtung 24 geliefert, die in einem Zustand die empfangene Mikrowellenenergie als Testmikrowellenenergie an einen Richtungskoppler 28 liefert. Der Richtungskoppler 28 liefert die Testmikrowellenenergie an einen Detektor 32 und einem Mischer 34. Der Detektor 32 liefert ein Signal E2, das der Intensität der Testmikrowellenenergie entspricht.

Die Erdölströmung kann auch einen Teil der Mikrowellenenergie zurückreflektieren, der mittels des Wellenleiters 10 zu dem Zirkulator 8 zurücktritt. Der Zirkulator 8 hindert die reflektierte Mikrowellenenergie daran, in den Sender 2 zurück eingespeist zu werden, und liefert die reflektierte Mikrowellenenergie, die wichtiger wird, wenn die Entfernung quer über die Testzelle 17 zunimmt. Dies ist speziell gültig, wenn die Testzelle 17 mit einer die Erdölströmung aufnehmenden großen Rohrleitung verwendet wird.

Eine positive Gleichstromspannung + V liegt an der Schaltein richtung 24 an. Wenn die Schalteinrichtung 24 in einem anderen Zustand ist, liefert die Schalteinrichtung 24 die reflektierte Mikrowellenenergie von dem Zirkulator 8 als die Testmikrowellenenergie.

Die Mikrowellenenergie von dem spannungsgesteuerten Phasenschieber 9, nachfolgend Referenzmikrowellenenergie genannt, und die Testmikrowellenenergie von dem Richtungskoppler 28 werden an den Mischer 34 geliefert, der diese mischt, um zwei elektrische Signale E3, E4 zu liefern, die jeweils für die Phasen der Referenzmikrowellenenergie und der Testmikrowellenenergie repräsentativ sind.

Ein Differenzverstärker 36 liefert ein Ausgangssignal E0 entsprechend der Differenz zwischen den Signalen E3, E4 und somit die Phasendifferenz zwischen der Testmikrowellenenergie und der Referenzmikrowellenenergie. Das Signal E0, und somit das Signal C, nimmt in der Amplitude ab, bis es zwischen der Referenzmikrowellenenergie und der Testmikrowellenenergie eine Phasendifferenz von im wesentlichen 90º gibt. Der spannungsgesteuerte Phasenschieber 9 zeigt den Betrag der zum Eliminieren der Phasendifferenz erforderlichen Phasenschiebung an und liefert ein "Freigabe"-Signal an die Computereinrichtung 50.

Die Signale E2 und C werden an-die Computereinrichtung 50 geliefert, die innerhalb ihrer Speichereinrichtung Daten enthält, die sich auf Phasen und Amplituden für verschiedene Prozentsätze von Wasserfraktionen beziehen, denen in der erzeugten Strömung begegnet werden könnte. Das von dem Phasenschieber 9 an die Computereinrichtung 50 gelieferte Signal erlaubt der Computereinrichtung 50, die Signale C und E1 zu verwenden, um den richtigen Wasserfraktionswert auszuwählen. Die Computereinrichtung 5Q liefert dem ausgewählten Wasserfraktionswert entsprechende Signale an eine Ausleseeinrichtung 54, die entweder eine digitale Anzeigeeinrichtung oder eine Aufnahmeeinrichtung oder eine Kombination der beiden sein kann.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 2, 3 und 4 tritt der Wellenleiter 10 in die Testzelle 17 und einen geschirmten Testraum 70 ein und ist er mit einer Antenne 74 verbunden. Eine Abdichtung 76 verhindert, daß irgendetwas von der Erdölströmung in der Testzelle 17 ausläuft. In ähnlicher Weise tritt der Wellenleiter 19 in die Testzelle 17 und den geschirmten Testraum 70 und ist er mit einer Antenne 80 verbunden. Eine Abdichtung 84 verhindert, daß die Erdölströmung aus der Testzelle 17 ausläuft.

Wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist, wird die Mikrowellenenergie von dem Zirkulator 8 durch eine Leitung 10 hindurchtreten und von der Antenne 74 zu der Antenne 80 ausgestrahlt. Die Antenne 80 empfängt Mikrowellenenergie und liefert die empfangene Mikrowellenenergie über den Wellenleiter 19. Der geschirmte Raum 70 ist eine selbstreinigende Einrichtung, die einer Flüssigkeitsmischung ermöglicht, zwischen den Antennen 74 und 80 zu fließen, während Partikeln und Geröll, die in der Erdölströmung vorhanden sein könnten, entfernt werden.

Der geschirmte Testraum 70 weist zwei Endstücke 87 und 90 auf, die gestaltet sind, um ein grobes Drahtgitter 93 als ein außenseitiges Sieb und ein feines Drahtgitter 98 als ein inneres Sieb zu halten. Der Durchgang der Wellenleiter 10 und 19 durch die jeweiligen Endplatten 87 und 90 wird von einem Kugellagersystem 102 gehalten. Der geschirmte Testraum 70 wird sich als Antwort auf den Fluß der Erdölströmung um die Wellenleiter 10 und 19 drehen.

Da das Geröll in der Erdölströmung mit dem geschirmten Raum 70 in Berührung kommt, berühren die größeren Elemente des Gerölls im Betrieb das grobe Drahtgitter 93 und fallen sie auf den Boden der Testzelle 17 und werden sie von dem Fluß der Erdölströmung weggeführt. Die kleineren Elemente des Gerölls können in den Raum 70 etntreten, werden aber das feine Drahtgitter 98 berühren und darsn gehindert, den Abschnitt des geschirmten Testraumes 70 zu betreten, der zwischen des Antennen 74 und 80 liegt. Das von dem feinen Drahtgitter 98 gestoppte Geröll kann von dem feinen Drahtgitter 98 getragen und unter den Einflüssen der Schwerkraft und der Drehung des geschirmten Raumes 70 wegfallen. Die weggefallenen kleineren Elemente werden aufgrund des Flusses der Erdölströmung aus dem geschirmten Raum 70 heraustreten, so daß es keinen Aufbau von Geröll in der Nähe des Mikrowellenenergiewegs zwischen den Antennen 74 und 80 gibt.

Die vorangehend beschriebene vorliegende Erfindung ist eine Vorrichtung zur Überwachung der Wasserfraktion mittels Mikrowellen mit einer Vorrichtung zum Reduzieren der Menge von Geröll in einer Erdölströmung, die zwischen den Mikrowellenantennen hindurchtritt, um die Genauigkeit der Vorrichtung zur Überwachung der Wasserfraktion zu verbessern.


Anspruch[de]

1. Eine Wassergehaltsüberwachungsvorrichtung zur Überwachung des prozentualen Wassergehalts in einer fließenden Flüssigkeitsströmung, mit:

einer Testzelle (17), durch die die Flüssigkeitsströmung fließt;

einer ersten Antenne (74) zum Bestrahlen des Flusses durch die Testzelle mit Mikrowellenenergie;

einer zweiten Antenne (80) zum Empfangen durch den Fluß hindurchgelassener Mikrowellenenergie;

einer Einrichtung (9, 44) zum Liefern eines für die Phasendifferenz zwischen der Mikrowellenenergie von der Quelle und der empfangenen Mikrowellenenergie repräsentativen Signals; und

einer Einrichtung (50) zum Liefern eines für den prozentualen Wassergehalt der Flüssigkeitsströmung entsprechend dem Phasendifferenzsignal repräsentativen Signals;

dadurch gekennzeichnet, daß:

die Überwachungsvorrichtung gestaltet ist, um den Wassergehalt in einer durch die Testzelle fließenden Erdölströmung zu überwachen;

ein Detektor (32) mit der zweiten Antenne verbunden ist, um

die Intensität der empfangenen Energie zu erfassen und ein dafür repräsentatives Signal zu liefern, wobei die Einrichtung (50) ihr Signal entsprechend dem Intensitätssignal und dem Phasendifferenzsignal liefert;

die erste und zweite Antenne (74, 80) innerhalb der Testzelle (17) angeordnet sind;

ein erster Wellenleiter (10) angeordnet ist, um Mikrowellenenergie von einer Quelle (3) zu der ersten Antenne zu leiten, und ein zweiter Wellenleiter (19) angeordnet ist, um empfangene Mikrowellenenergie von der zweiten Antenne zu dem Detektor (32) zu leiten;

eine Siebeinrichtung (70) innerhalb der Testzelle vorgesehen ist, um im wesentlichen zu verhindern, daß suspendierte Partikeln, die größer als eine vorab bestimmte Größe sind, in die Siebeinrichtung eintreten; und

die erste und zweite Antenne (74, 80) innerhalb der Siebeinrichtung (70) angeordnet sind, um die Menge von suspendiertem Material in dem Anteil der Erdölströmung zu verringern, der zwischen den Antennen fließt, wobei die ausgesiebten suspendierten Partikeln von der Erdölströmung außerhalb der Siebeinrichtung weggeführt werden.

2. Eine Überwachungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Siebeinrichtung (70) eine im wesentlichen Hohlzylindergestalt aufweist, wobei eine Achse sich quer zu dem Fluß erstreckt, und die Siebeinrichtung (70) für eine freie Drehung um die Achse als Antwort auf den Fluß von den Wellenleitern (10, 19) drehbar gehalten wird.

3. Eine Überwachungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Siebeinrichtung (70) ein äußeres Sieb (93), um im wesentlichen zu verhindern, daß suspendierte Partikeln, die größer als eine vorab bestimmte Größe sind, in das äußere Sieb (93) eintreten, und ein inneres Sieb (98) umfaßt, um im wesentlichen zu verhindern, daß suspendierte Partikeln, die größer als eine zweite vorab bestimmte Größe sind, die kleiner als die erste Größe ist, zwischen den Antennen (74, 60) hindurchtreten.

4. Eine Überwachungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Siebeinrichtung (70) ein äußeres zylindrisches Sieb (93) mit einer ersten Siebweite, ein inneres zylindrisches Sieb (98), das eine zweite Siebweite aufweist, die feiner als die erste Siebweite ist, und koaxial innerhalb des äußeren Siebes (93) angeordnet ist, und Endstücke (87, 90) umfaßt, wobei jeweils ein Stück von den ersten und zweiten Wellenleitern (10, 19) gehalten wird und sie entgegengesetzte Enden der zylindrischen Siebe halten.

5. Eine Überwachungsvorrichtung gemäß Anspruch 4, gekennzeichnet durch ein in jedem Endstück (87, 90) angebrachtes Lager (102) für eine freie Drehung der Siebeinrichtung (70) um die Achse der zylindrischen Siebe (93, 98) als Antwort auf den Fluß.







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