[发明专利]一种基于电学层析成像技术的液位传感器、液位检测系统及检测方法

说明书

本发明提供了一种基于电学层析成像技术的液位传感器、液位检测系统及方法，解决了三相分离器中多层介质液位测量的技术问题，相对现有技术中的传感器部件使体积大大缩小，成本得以有效降低，其封装的结构适于油田现场的恶劣环境。通过ECT和ERT两种层析成像技术对基于电学性质的液位测量过程进行补偿，能够显著提高测量精确度。同时，针对层析成像技术选取了适合的算法，与硬件结合使检测性能更优异，从而起到了现有技术中所不具备的诸多有益效果。

技术领域

本发明涉及液位检测技术领域，尤其涉及一种基于电学层析技术对油、汽、水三相分离过程中的液位进行检测的技术。

背景技术

在三相分离器中，常含有油、气、水、乳化物等多种介质，这些介质由于密度不相同且互不相容，在分离器中大多以分层的形式存在，随着油田生产的进行，这些介质的液位也在时刻变化，时时了解这些介质的液位，对于整个油气水分离过程至关重要。

传统的液位检测技术主要包括三大类：(1).基于密度的液位检测技术，通过钢带浮子液位计、浮球/浮筒式液位计和差压液位计，并建立密度和液位的数学模型来达到检测液位的目的，具有价格较低廉、安装简单方便的优点，但无法检测多层介质的液位。(2).采用电容式液位计、电阻式液位计等基于电学性质的检测技术，其检测方式通过在容器中安装两根长的电极板或电极棒，根据检测的电容值或电阻值来判定液位的变化，存在安装较占用空间，易受电干扰等缺点，同时也无法检测多层介质的液位(3).基于超声波或射线的液位检测技术，可以通过收发声波或射线来确定多层介质的液位，测量结果也是最精准的，然而其价格比较高昂，而且三相分离器中的气体或泡沫会对测量结果产生一定影响。现有技术中也有将电容层析成像(Electrical capacitance tomography,ECT)应用于三相分离器进行多层液位测量的技术，利用多相流介质具有不同的介电常数，通过测量电容传感器阵列电极间的电容值来获取三相分离器内的相对介电常数空间分布信息及相关过程参数，最终得到液位测量结果。这种测量方式通常采用8电极环形结构，将电极片等均匀的分布在三相分离器外面，但其存在以下几方面的缺点：(1).传感器体积很大，占用空间也大，几乎无法安装在现场；(2).必须要求分离器本身是非金属不导电的，进一步使得本传感器无法真正应用于油田现场；(3).当三相分离器中水的含量比较高时，使得里面的混合物成为水连续相混合液时，ECT几乎无法正常工作；(4).传感部件缺少外屏蔽层，受到的外界干扰也会很大。除了硬件方面，成像算法等软件方面对多层介质液位检测的结果也尤为重要，对测量结果的误差大小具有部分绝对作用。因此，如何提供一种适用于多层介质的液位检测传感器及相应的液位检测系统和方法，是本领域中亟待解决的技术问题。

发明内容

针对上述本领域中存在的技术问题，本发明提供了一种基于电学层析技术的液位传感器，包括：内筒、外筒以及若干电极片；其中，部分所述电极片成对且对称设置在内筒外壁上部，用于基于电容层析成像(ECT)原理检测；其余所述电极片成对且对称设置在内筒内壁下部，用于基于电阻层析成像(ERT)原理检测；所述外筒为外屏蔽层，用于屏蔽外部电干扰；每个所述电极片均连接有引线；所述外筒两端设有螺纹密封盖，通过螺丝固定，所述螺纹密封盖设有密封格兰头用于引出所述引线。

进一步地，所述引线采用SMA线，通过钢链引至三相分离器外部的数据采集模块。

进一步地，所述液位传感器包括8对电极片，所述内筒外壁和内壁分别设置4对所述电极片，所述电极片长度为20mm，间距为5mm，弧度为60度。

进一步地，所述内筒直径为60mm，外筒直径为80mm。

进一步地，所述内筒采用5mm厚的PEEK材料，外筒选择2mm厚的PEEK材料，电极片采用0.5mm厚的铜片，密封格兰头、钢链和固定螺丝均为304材质。

本发明还提供了一种液位检测系统，包括上述本发明所提供的液位传感器，以及：控制模块、步进电机、数据采集模块、液位计算模块、图像重建模块以及校正输出模块；