УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТБОРА ПРОБ И ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ В ТРУБОПРОВОДЕ

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности и предназначена для целей модернизации устройств, используемых при отборе проб и замере температуры в трубопроводе.
Задачей заявленной полезной модели является создание устройства для отбора проб и измерения температуры в трубопроводе, позволяющего совмещать операции отбора проб и измерения температуры в трубопроводе, а также определять температуру перекачиваемой жидкости по всему сечению трубопровода и на определенном уровне.
Из области техники известны стационарные пробоотборники, которые служат для отбора средних проб нефтепродуктов из трубопроводов. Пробу из трубопровода отбирают стационарным пробоотборником, представляющим собой систему установленных в трубопроводе пробозаборных трубок, соединенных через вентиль с пробозаборной емкостью [см. ГОСТ 2517-85. Нефть и нефтепродукты. Методы отбора проб. М., 1987. 25 с.].
Известно устройство для отбора проб жидкости, содержащее диафрагму внутри трубопровода, заборную трубку с краном и подпружиненную заслонку [см. авт. свид. СССР №640167, G01N 1/10, опубл. 30.12.1978].
К недостаткам данных устройств относится невозможность отбора пробы с заданной точки сечения трубопровода.
Из области техники известны термопреобразователи с унифицированным выходным сигналом (ТХАУ Метран-271-Ех, ТСМУ Метран-274-Ех, ТСПУ Метран-276-Ех) производства промышленной группы «Метран» для измерения температуры нейтральных и агрессивных сред, по отношению к которым материал защитной арматуры является коррозионностойким.
К недостаткам данных устройств относится высокая стоимость, а также невозможность совмещать операции отбора проб и замера температуры.
8
Известно устройство для отбора проб из трубопровода, состоящее из корпуса, полого штока с гусаком и запорным вентилем, а также сальникового узла, отличающееся тем, что корпус выполнен в виде сменного патрубка, на внутренней поверхности которого параллельно его оси выполнены пазы, обеспечивающие перемещение по ним направляющего ролика, жестко закрепленного на полом штоке, соединенном посредством муфты со шпинделем винтового механизма, смонтированного в верхней части корпуса, при этом сальниковый узел посредством резьбы соединен с основанием, к верхней части которого жестко присоединен корпус, а нижняя часть основания выполнена в виде фланца с отверстиями под болтовое соединение [см. патент РФ №105399, МПК F17D 3/10, G01N 1/10, опуб. 10.06.2011].
Недостатком данного устройства для отбора проб является невозможность определения температуры перекачиваемой жидкости.
Поставленная задача в устройстве для отбора проб и измерения температуры в трубопроводе, состоящем из корпуса, выполненного в виде сменного патрубка, полого штока со сливным гусаком и вентилем, сальникового узла, на внутренней поверхности корпуса параллельно его оси выполнены пазы, обеспечивающие перемещение по ним направляющего ролика, жестко закрепленного на полом штоке, соединенном со шпинделем ходового узла, смонтированного в верхней части корпуса, при этом сальниковый узел посредством резьбы соединен с основанием, к верхней части которого жестко присоединен корпус, а нижняя часть основания выполнена в виде фланца с отверстиями под болтовое соединение, решается тем, что устройство дополнительно содержит герметичный шток, выполненный в виде патрубка, в нижней части которого посредством резьбы присоединен термокарман с установленным датчиком температуры, соединенным посредством кабеля с термометром, закрепленным в верхней части герметичного штока, при этом герметичный шток соединен со шпинделем посредством муфты, а основание выполнено с центральным отверстием для перемещения полого и герметичного штоков.
Устройство для отбора проб и измерения температуры в трубопроводе поясняется с помощью графических материалов, представленных на фиг.1 и фиг.2.
На фиг.1 представлено устройство для отбора проб и измерения температуры в трубопроводе с установленным полым штоком.
Устройство для отбора проб и измерения температуры в трубопроводе состоит из корпуса 1, полого штока 2 со сливным гусаком 3, выполненного с резьбой для присоединения контейнера для отбора проб (на фиг.1 не показан), и вентилем 4, а также сальникового узла, состоящего из гайки 5, набивки 6 и корпуса сальника 7. В верхней части корпуса 1 смонтирован ходовой узел, включающий шпиндель 8, ходовую гайку 9 и штурвал 10. Шпиндель 8 соединен с полым штоком 2 посредством муфты 11. В верхней части полого штока 2 жестко закреплен направляющий ролик 12 с указателем 13. На внутренней поверхности корпуса 1 параллельно его оси выполнены пазы (на фиг.1 не показаны), обеспечивающие прямолинейное перемещение по ним направляющего ролика 12 с указателем 13. В верхней части корпуса 1 параллельно его оси выполнены сквозные проточки 14, обеспечивающие свободное перемещение закрепленных на полом штоке 2 сливного гусака 3, вентиля 4 и направляющего ролика 12 с указателем 13. Нижняя часть корпуса 1 жестко соединена с основанием 15 с центральным отверстием 16. Нижняя часть основания 15 выполнена в виде фланца с отверстиями под болтовое соединение 17 и уплотнительной канавкой под уплотнительное кольцо 18. К основанию с помощью резьбы присоединен тройник 19 для установки манометра 20 и вентиля для сброса давления 21. К верхней части основания 15 посредством резьбы присоединен сальниковый узел, состоящий из гайки 5, набивки 6 и корпуса сальника 7. На внешней поверхности корпуса 1 со стороны указателя 13 вдоль сквозной проточки 14 нанесена мерная шкала 22.
На фиг.2 представлено устройство для отбора проб и измерения температуры в трубопроводе с установленным герметичным штоком для измерения температуры с примером размещения датчика температуры в термокармане герметичного штока.
В нижней части герметичного штока 23, выполненного в виде патрубка, посредством резьбы установлен термокарман 24, выполненный из теплопроводного материала, в котором размещен датчик температуры 25, соединенный посредством кабеля 26, проходящего через внутреннюю полость герметичного штока 23 к термометру 27, закрепленному на наружной поверхности герметичного штока 23. Для уплотнения термокармана 24 в герметичном штоке 23 предназначены уплотнительные кольца 28. Сквозные проточки 14 обеспечивают свободное перемещение закрепленного на герметичном штоке 23 термометра 27, направляющего ролика 12 с указателем 13.
Устройство для отбора проб и измерения температуры в трубопроводе работает следующим образом.
Устанавливают основание 15 на закрытой задвижке 29, закрепив его болтовым соединением 17 с затяжкой уплотнительного кольца 18. Нижнюю часть штока 2 в сборе с сальниковым узлом пропускают через центральное отверстие 16 основания 15 и наворачивают на основание 15 корпус сальника 7. Устанавливают верхнюю часть корпуса 1 в сборе с ходовым узлом устройства, состоящим из шпинделя 8, ходовой гайки 9 и штурвала 10, на основание 15 и закрепляют на нем фиксирующими винтами 30, верхнюю часть полого штока 2 соединяют с помощью муфты 11 со шпинделем 8. Открывают задвижку 29 и вращением штурвала 10 по часовой стрелке перемещают полый шток 2 на необходимую глубину трубопровода 31. При отборе проб открывают вентиль 4 и через сливной гусак 3 производят отбор проб. Закрывают вентиль 4 и вращением штурвала 10 против часовой стрелки поднимают полый шток 2 в основание 15. Закрывают задвижку 29, открывают вентиль для сброса давления 21 и стравливают давление в основании 15, фиксируют снижение давления по манометру 20. Отвинчивают фиксирующие винты 30, снимают верхнюю часть корпуса 1 с основания 15, отсоединяют полый шток 2 от муфты 11 и заменяют полый шток 2 на герметичный шток 23 для замера температуры.
Герметичный шток 23 с присоединенным термокарманом и в сборе с сальниковым узлом пропускают через центральное отверстие 16 основания 15, установленное на закрытой задвижке 29, и на основание 15 наворачивают корпус сальника 7. Устанавливают верхнюю часть корпуса 1 в сборе с ходовым узлом устройства, закрепляют на основании 15 фиксирующими винтами 30, верхнюю часть герметичного штока 23 соединяют с помощью муфты 11 со шпинделем 8. Открывают задвижку 29 и вращением штурвала 10 по часовой стрелке перемещают герметичный шток 23 с термокарманом 24 через центральное отверстие 16 основания 15 на необходимую глубину трубопровода 31. Показания с датчика температуры 25 поступают на термометр 27, закрепленный на наружной поверхности герметичного штока 23. Определение глубины спуска герметичного штока 23 с термокарманом 24 осуществляют посредством направляющего ролика 12 с указателем 13 и мерной шкалы 22. Замеры температуры производят в середине потока перекачиваемой жидкости, в пристеночных зонах верхней и нижней образующей трубы. После замера температуры вращением штурвала 10 против часовой стрелки перемещают герметичный шток 23 с термокарманом 24 в основание 15. Закрывают задвижку 29, открывают вентиль для сброса давления 21 и стравливают давление в основании 15, фиксируют снижение давления по манометру 20 и демонтируют устройство.
Преимущество работы устройства для отбора проб и измерения температуры в трубопроводе объясняется следующим.
При гидравлических расчетах межпромысловых, магистральных нефтепродуктов движение жидкости в трубопроводах предполагается изотермическим, то есть происходит при постоянной температуре.
В действительности же перекачиваемые нефти и нефтепродукты имеют температуру, отличную от температуры окружающей среды (грунта на глубине укладки трубопровода). Ввиду разности температур перекачиваемой продукции и грунта наблюдается процесс теплообмена - температура жидкости изменяется вдоль трассы трубопровода, и ее движение носит неизотермический характер. Изменение температуры приводит к изменению вязкости и, следовательно, к гидравлическим потерям. Такие изменения могут быть весьма значительными при большой протяженности магистральных и межпромысловых трубопроводов. Это обстоятельство необходимо учитывать при проведении гидравлических расчетов и оценке возможных перепадов давлений.
Изменение температуры жидкости вдоль трубопровода может быть определено по формуле В.Г.Шухова:
о
н
о
-α·L
t=t+(t-t)·e,
о
где t - температура грунта по оси трубопровода, °С;
н
t - температура поступающей в трубопровод жидкости, °С;
L - расстояние от начала трубопровода, м;
α - коэффициент, характеризующий интенсивность теплообмена, Дж, определяемый по формуле:
н
α=K·π·D/C·ρ·g·Q,
где K - полный коэффициент теплопередачи от жидкости в окружающую среду, численно равный количеству тепла, проходящего через единицу поверхности трубопровода в единицу времени при перепаде температур 1°С, Дж;
C - теплоемкость жидкости, т.е. количество тепла, необходимое для нагрева единицы массы жидкости на 1°С, Дж/°С;
3
Q - объемный расход, м/сут;
2
g - ускорение свободного падения, м/с;
н
D - наружный диаметр трубопровода, мм;
3
ρ - плотность жидкости, кг/м.
Монтаж устройства для отбора проб и измерения температуры в трубопроводе производят при наличии врезок в трубопроводе, что позволяет осуществлять отбор продукции и замеры температуры по всему сечению трубопровода.
Использование устройства для отбора проб и измерения температуры в трубопроводе позволяет замерить реальную температуру в середине потока перекачиваемой жидкости, в пристеночных зонах верхней и нижней образующей трубы и на основе полученных результатов определить участки (места) трубопровода со значительным снижением температуры по причине поднятия трубопровода к поверхности (особенно в болотистых местах).