УСТРОЙСТВО ОТБОРА ПРОБ ЖИДКОСТИ ИЗ БЕЗНАПОРНОЙ СИСТЕМЫ ТРУБОПРОВОДА

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей и транспортирующей отрасли, а так же к другим отраслям промышленности, где применяют технологию и технику высокоточного отбора пробы жидкости из трубопровода. Устройство позволит в автоматическом режиме с заданной частотой и в регулируемом объеме отбирать точечные пробы жидкости, протекающей по трубопроводу, где отсутствует избыточное давление или его значение ничтожно мало вследствие влияния гидравлического сопротивления трубопровода и его элементов.
Известны способ отбора пробы и устройство (патент на изобретение РФ №2206881, МПК G01N 1/10, опубл. 20.06.2003 г.), где осуществляют соединение трубопровода с автоматическим пробоотборником каналом (обводным трубопроводом). Точечные пробы отбирают из этого канала. Часть жидкости из канала периодически поступает в автоматический пробоотборник для обеспечения необходимой гидравлики на движущихся элементах (поршень дозатора) автоматического пробоотборника при его работе, а затем вытесняется из автоматического пробоотборника. Избыточное давление, обеспечивающее движение жидкости по каналу, создается при помощи диафрагмы.
Недостатком приведенного изобретения является обязательное наличие насосов и диафрагмы, обеспечивающих избыточное давление в обводном трубопроводе, что соответственно влечет геометрически громоздкую конструкцию, затратную с точки зрения материалов и комплектующих для изготовления. К тому же применение диафрагмы в основном трубопроводе создает дополнительные гидравлические потери, которые создают дополнительную нагрузку на насосы, увеличивая энергозатраты и снижая их производительность, что автоматически увеличивает время перекачки, к примеру, на наливных установках нефти и нефтепродуктов на терминалах морских портов.
Известно устройство для отбора проб жидкости из трубопровода (патент на полезную модель РФ №124802, МПК G01N 1/10, опубл. 10.02.2013 г.), содержащее дозирующую камеру, выполненную с возможностью регулирования объема пробы и с установленным в ней подвижным поршнем, разделяющим упомянутую дозирующую камеру на дозирующую полость, сообщающуюся с впускной магистралью и с емкостью для сбора проб, и подпорную полость, сообщающуюся с впускной магистралью и выпускной магистралью, средства перераспределения потоков текучей среды и блок управления, отличающееся тем, что средствами перераспределения потоков текучей среды являются два трехходовых регулирующих устройства, одно из которых сообщает дозирующую полость дозирующей камеры с впускной магистралью и с емкостью для сбора проб, а второе - подпорную полость дозирующей камеры с впускной магистралью и с выпускной магистралью, при этом впускная магистраль сообщается с выпускной магистралью посредством дросселя, а емкость для сбора проб выполнена в виде герметичного поршневого гидроаккумулятора с подвижным поршнем, разделяющим полость упомянутой емкости для сбора проб на приемную гидравлическую и подпорную газовую полости.
Известна система отбора проб из трубопровода (патент на полезную модель РФ №31653, МПК G01N 1/10, опубл. 20.08.2003 г.), содержащая дозирующую камеру, выполненную с возможностью регулирования объема пробы, блок управления перераспределением потоков текучей среды и средство для создания вблизи дозирующей камеры участка впускной магистрали совмещенного с участком сливной магистрали, при этом дозирующая камера выполнена в виде корпуса с установленным в нем с возможностью заданного осевого перемещения поршнем и имеет в надпоршневой части отверстие для обеспечения подпорного давления на поршень, а в подпоршневой части отверстие для связи упомянутой камеры через впускную магистраль с магистралью трубопровода и через сливную магистраль с емкостью для сбора проб, при этом на впускной и сливной магистралях установлены соленоидные клапаны, электрически связанные с упомянутым блоком управления.
Недостатком вышеприведенных устройств является обязательное наличие избыточного давления в трубопроводе для поступления части жидкости в пробоотборник и приведение в движение поршневых частей пробоотборника, а в случае его отсутствия вынуждены создавать систему принудительной циркуляции с применением насосов и сопутствующих элементов трубопровода.
Задачей заявляемой полезной модели является создание устройства автоматизированного отбора объединенной пробы жидкости из безнапорной системы трубопровода.
Техническим результатом является упрощение и обеспечение надежности эксплуатации конструкции устройства отбора пробы из безнапорной системы трубопровода за счет создания зоны разрежения в дозаторе и исключения необходимости использования обводной линии c созданием избыточного давления.
Технический результат достигается тем, что устройство для отбора проб жидкости из безнапорной системы трубопровода включает последовательно соединенные пробозаборный элемент, клапанный узел с входным каналом для подачи жидкости через пробозаборный элемент и выходным каналом для подачи порции пробы в пробоприемную емкость, дозатор с подвижным поршнем и регулировочной втулкой для регулирования хода поршня и блок программного управления, при этом дополнительно содержит приводной механизм поршня дозатора, выполненный с возможностью принудительного приведения поршня в возвратно-поступательное движение для создания разреженной зоны в полости дозатора, дозатор выполнен с дренажным каналом для вытеснения воздуха из запоршневой зоны и указателем положения поршня в полости дозатора.
Далее полезная модель поясняется следующим чертежом.
Фиг. 1 - общий вид устройства в положении 1 и положении 2.
Устройство для отбора проб жидкости из безнапорной системы трубопровода содержит пробозаборный элемент 1, последовательно соединенные узел клапана 2 с входным каналом 3, соединенным с пробозаборным элементом 1, и выходным каналом 4, соединенным с пробоприемной емкостью 5, дозатор 6 с герметичным подвижным поршнем 7, дренажным каналом 8 и указателем 9 положения поршня в полости дозатора, приводной механизм 10 поршня 7 дозатора 6, регулировочную втулку 11 и блок программного управления 12 (фиг. 1).
Пробозаборный элемент 1 расположен в поперечном сечении трубопровода и входным отверстием направлен навстречу потоку жидкости, через которое часть жидкости попадает в узел клапана 2.
В узле клапана 2 производится переключение потока жидкости клапаном между входным каналом 3 для забора пробы из трубопровода и выходным каналом 4 для слива пробы в пробоприемную емкость 5. Клапан может быть выполнен с любым известным приводом, в том числе  электрическим, пневматическим или гидравлическим.
Дозатор 6 предназначен для дозированного отбора пробы. Поршень 7 дозатора 6 выполнен с возможностью возвратно-поступательного движения для забора пробы из трубопровода (положение 1) и слива пробы в пробоприемную емкость 5 (положение 2). Дренажный канал 8 обеспечивает вытеснение воздуха из запоршневой зоны для движения поршня 7 без сопротивления. Герметичность поршня 7 обеспечивается герметизирующими прокладками. Целостность герметизирующих прокладок поршня 7 контролируется наличием потеков в дренажном канале 8.
Указатель 9 положения поршня в полости дозатора выполнен в виде удлиненного штока, свободно установленного внутри регулировочной втулки 11 и верхним концом выступающего за пределы регулировочной втулки 11. Нижний конец указателя 9 положения поршня находится в сопряжении с верхней поверхностью поршня 7 для возвратно-поступательного перемещения вместе с поршнем 7. Положение указателя 9 показывает положение поршня 7 в полости дозатора 6 и функционирование всего устройства.
Приводной механизм 10 поршня 7 дозатора 6 выполнен с возможностью перемещения поршня 7 дозатора 6 в положение 1 и положение 2, вытесняя из полости дозатора 6 отобранную точечную пробу жидкости через выходной канал 4 узла клапана 2 в пробоприемную емкость 5 для сбора объединенной пробы. В данном варианте реализации применяется  электромагнитный приводной механизм 10 поршня 7 дозатора 6. В других вариантах реализации возможно применение электромеханического, пневматического или гидравлического привода.
Регулировочная втулка 11 выполнена с возможностью ограничения хода поршня 7 для регулирования объема точечной пробы.
Блок программного управления 12 предназначен для управления приводным механизмом 10 поршня 7 и приводом клапана. В блоке программного управления 12 задается интервал времени и количество циклов отбора точечной пробы.
Устройство изготавливается из материалов, стойких к коррозии и воздействию агрессивных сред, в том числе воздействию механических примесей в жидкостях.
Устройство для отбора проб жидкости из безнапорной системы трубопровода работает следующим образом. По сигналу от блока программного управления 12 для втягивания пробы приводной механизм 10 поршня 7 дозатора 6 перемещает поршень 7 в герметичной полости дозатора 6 и соответственно указатель 9 положения поршня в положение 1 и создает разреженную зону. При этом приводом клапана открывается входной канал 3 узла клапана 2 и жидкость, протекающая по трубопроводу, поступает в полость дозатора 6 через пробозаборный элемент 1 по закону неразрывности струи, стремясь заполнить все свободное пространство. По дренажному каналу 8 вытесняется воздух из запоршневой зоны, чтобы не создавать сопротивление для движения поршня. По второму сигналу от блока программного управления 12 закрывается входной канал 3 и открывается выходной канал 4 приводом клапана. Далее, приводной механизм 10 поршня 7 дозатора 6 перемещает поршень 7 дозатора 6 и соответственно указатель 9 положения поршня в положение 2, тем самым вытесняя из полости дозатора 6 отобранную точечную пробу жидкости через выходной канал 4 узла клапана 2 в пробоприемную емкость 5 для сбора объединенной пробы. Таким образом, описан один цикл отбора точечной пробы.
Преимущества заявляемого устройства:
1.  Повышение представительности объединённой пробы жидкости.
2.  Нет необходимости в создании дополнительной обводной трубопроводной системы и ее оснащении энергозатратными насосами для создания избыточного давления в трубопроводе.
3.  Исключение дополнительных гидравлических потерь при транспортировке жидкости по трубопроводу.
4.  Возможность автоматического отбора пробы жидкости из имеющихся трубопроводных сетей, где нет возможности поддерживать избыточное давление насосами.
5.  Компактность устройства.
6.  Замена ручного труда персонала.
7.  Высокая экономическая эффективность ввиду снижения затрат на электроэнергию и затрат на сопутствующие трубопроводу комплектующие.
8.  Широкая область применения от нефтедобычи и транспортировки нефтепродуктов до экологического контроля вредных выбросов промышленных предприятий.