ТРУБОПОРШНЕВОЕ ПОВЕРОЧНОЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель относится к измерительному оборудованию, а именно к трубопоршневым поверочным устройствам, используемым, в частности, для поверки и контроля метрологических характеристик расходомеров. Полезная модель может быть использована, например в нефтяной промышленности.
Известна двунаправленная трубопоршневая поверочная установка (трубопоршневое поверочное устройство) [Пат. РФ №93530 U1, МПК G01F 25/00, з. 29.12.2009, оп. 27.04.2010], представляющая собой участок трубопровода с ограниченным детекторами калиброванным участком, внутри которого движется (под действием потока измеряемой среды) шаровой поршень (поршень-вытеснитель), соединенными шлюзом пусковой и приемной камерами и расположенным между камерами устройством для изменения направления движения жидкости, причем калиброванный участок выполнен прямолинейным.
Недостатками известной установки являются:
- отсутствие в конструкции изделия теплоизоляции, что приводит к увеличению погрешности измерения значений метрологических характеристик из-за термодинамических процессов, ввиду того, что при достаточно больших габаритах изделия, на практике не всегда существует возможность размещения трубопоршневого поверочного устройства в отапливаемом здании, при этом устройство подвергается воздействиям окружающей среды;
- отсутствие разгонного участка перед ограниченным детекторами калиброванным участком и после него (для обратного движения шарового поршня (поршня-разделителя)), что приводит к нестабильности гидродинамических характеристик жидкости, по меньшей мере в начале калиброванного участка и, как следствие, к увеличению погрешности измерения значений метрологических характеристик;
- отсутствие возможности при данной компоновке разместить вне отапливаемого здания часть калиброванного участка, составляющего по габаритам большую часть изделия, что приводит к необходимости строительства большого отапливаемого здания, что в свою очередь увеличивает расходы на отопление, энергообеспечение и другие расходы, связанные с эксплуатацией здания. На практике ввиду вышеуказанных причин изделие устанавливают на улице, а при условии отсутствия теплоизоляции это приводит к увеличению погрешности измерения значений метрологических характеристик из-за термодинамических процессов;
- отсутствие в конструкции изделия грузоподъемного механизма (например консольного крана) приводит к необходимости оборудования здания, в котором располагается изделие, кран-балкой, а при размещении на улице - возникает необходимость привлекать автомобильный кран для осуществления запасовки/выемки шарового поршня (поршня-разделителя), а также монтажа/демонтажа заглушек пусковой и/или приемной камер, результатом чего является снижение удобства эксплуатации и увеличение затрат на эксплуатацию изделия;
- отсутствие в конструкции изделия быстросъемной крышки на пусковой и/или приемной камере, что приводит к необходимости применения грузоподъемного устройства для монтажа/демонтажа заглушек пусковой и/или приемной камер, а также увеличивает время, затрачиваемое на запасовку/выемку шарового поршня (поршня-разделителя) и, как следствие, приводит к снижению удобства эксплуатации.
В качестве прототипа для заявляемой полезной модели выбрана известная [фиг. 2, стр. 4 «Manual of Petroleum Measurement Standards Chapter 4-Proving Systems. Section 2-Conventional pipe Provers. First EDITION, OCTOBER 1998. American petroleum Institute 1220 L Street, Northwest, Washington, D.C. 20005) конструкция двунаправленной ТПУ, которая представляет собой участок трубопровода с ограниченным детекторами U-образным калиброванным участком, внутри которого движется шаровой поршень, соединенными шлюзом пусковой и приемной камерами и расположенным между камерами устройством для изменения направления движения жидкости.
Выбранному прототипу присущи все недостатки, указанные выше для установки по патенту РФ №93530 U1, за исключением возможности разместить вне отапливаемого здания часть калиброванного участка, однако без дополнительной теплоизоляции такое решение негативно скажется на качестве измерений.
Технической проблемой является обеспечение точности и достоверности измерений на трубопоршневом поверочном устройстве двунаправленного типа при проведении поверки и контроля метрологических характеристик расходомеров.
Технический результат выражается в повышении точности и удобства эксплуатации при проведении поверки и контроля метрологических характеристик расходомеров.
Указанный технический результат достигается тем, что трубопоршневое поверочное устройство, содержит ограниченный детекторами калиброванный U-образный участок трубопровода, поршень-разделитель, движущийся внутри калиброванного участка трубопровода под действием потока измеряемой жидкости, пусковую и приемную камеры, соединенные между собой посредством устройства для изменения направления движения жидкости.
Согласно предложенному техническому решению устройство содержит два разгонных участка трубопровода, граничащих с калиброванным участком трубопровода, по меньшей мере одна из пусковой и приемной камер оснащена быстросъемной крышкой, при этом устройство снабжено теплоизоляцией.
Устройство может содержать грузоподъемный механизм.
Кроме того, грузоподъемный механизм может быть выполнен в виде консольного крана.
Теплоизоляция узлов, к которым требуется доступ, может быть выполнена съемной.
Поршень-разделитель может быть выполнен в виде полого шара из полиуретана.
В качестве устройства для изменения направления движения жидкости может быть использован четырехходовой кран.
Пусковая и приемная камеры могут быть расположены вертикально или наклонно.
Также пусковая и приемная камеры могут быть расположены в одной плоскости с калиброванным участком трубопровода.
Кроме того, устройство на входе и выходе может содержать датчики температуры и давления жидкости.
Заявляемая полезная модель поясняется фиг. 1 и 2. На фиг. 1 изображено трубопоршневое поверочное устройство; на фиг. 2 - технологическая схема трубопоршневого поверочного устройства.
Трубопоршневое поверочное устройство содержит ограниченный детекторами 1 (фиг. 1, 2) U-образный калиброванный участок 2 трубопровода, поршень-разделитель 3 (фиг. 2), выполненный, например в виде полого шара из полиуретана, движущийся внутри калиброванного участка 2 трубопровода под действием потока измеряемой жидкости. Кроме того, поршень-разделитель 3 (фиг. 2) может быть выполнен в любом другом виде, обеспечивающем возможность полностью перекрывать сечение калиброванного участка 2 (фиг. 1, 2) трубопровода, перемещаться по нему вместе с жидкостью с одинаковой скоростью, при этом проходя между детекторами 1 в обоих направлениях, вытеснять постоянный известный объем жидкости. Для повышения надежности измерений в начале и конце калиброванного участка 2 (фиг. 1, 2) трубопровода установлены по два детектора 1, при этом целесообразно использовать детекторы электромеханического типа, как наиболее простые конструктивно и надежные. Также трубопоршневое поверочное устройство содержит пусковую и приемную камеры 5 (фиг. 1, 2), каждая из которых представляет собой отрезок трубы, имеющий диаметр больше, чем диаметр калиброванного участка 2 трубопровода и, соответственно, разгонного участка 7 трубопровода. Очевидно, что для двунаправленного типа устройств назначение камер 5 (пусковая или приемная) в процессе эксплуатации будет меняться в зависимости от направления движения (начального положения) поршня-разделителя 3. Одна из камер 5 (фиг. 1, 2) снабжена быстросъемной крышкой 8, при этом, быстросъемной крышкой может быть снабжена также и другая камера 5 (данное решение целесообразно в силу указанной выше идентичности пусковой и приемной камер). Примером быстросъемной крышки может служить затвор [Пат. РФ №84355 U1, МПК B65D 45/34, F16J 13/00, з. 22.12.2008, оп. 10.07.2009]. Пусковая камера и приемная камеры 5 соединены между собой посредством устройства 6 для изменения направления движения жидкости, например, четырехходового крана, в частности, пробкового типа. Пусковая и приемная камеры 5 расположены наклонно, но в частных вариантах исполнения могут также располагаться вертикально или в одной плоскости с калиброванным участком 2 трубопровода. Такое расположение выбирается в зависимости от места установки трубопоршневого поверочного устройства с учетом наличия или отсутствия ограничений по высоте и/или длине устройства для обеспечения его последующей нормальной работы. Также трубопоршневое поверочное устройство снабжено теплоизоляцией (не показана) и содержит два разгонных участка 7 (фиг. 1, 2) трубопровода, граничащих с калиброванным участком 2 трубопровода. Теплоизоляция (не показана) узлов, к которым требуется доступ, например, фланцевых соединений (не показаны), выполнена съемной (возможно применение любых известных материалов и способов установки/снятия). Калиброванный участок 2 (фиг. 1, 2) трубопровода и разгонные участки 7 трубопровода изготовлены из труб и отводов, калиброванных по внутреннему диаметру, а внутренняя поверхность покрыта тонким слоем полимерного покрытия для защиты от коррозии и уменьшения трения при движении поршня-разделителя 3 (фиг. 2). Внутренний диаметр разгонных участков 7 (фиг. 1, 2) трубопровода равен внутреннему диаметру калиброванного участка 2 трубопровода. На входе и выходе трубопоршневое поверочное устройство содержит датчики температуры 10 (фиг. 2) и давления 11 жидкости. Также трубопоршневое поверочное устройство содержит грузоподъемный механизм 9 (фиг. 1), выполненный, например, в виде консольного крана. Для предотвращения создания избыточного давления в трубопоршневом поверочном устройстве установлен предохранительный клапан 4 (фиг. 2). Трубопоршневое поверочное устройство установлено на металлической раме (не показана) и содержит площадки обслуживания (не показаны) для обеспечения доступа, по меньшей мере к пусковой и приемной камерам 5, а также к устройству 6 для изменения направления движения жидкости.
Трубопоршневое поверочное устройство работает следующим образом.
Трубопоршневое поверочное устройство посредством трубопроводов соединяют последовательно с поверяемым или контролируемым средством измерения, например с преобразователем расхода (расходомером) (не показан). С помощью грузоподъемного механизма 9 (фиг. 2) (консольного крана) через проем быстросъемной крышки 8 (фиг. 1, 2) производят загрузку поршня-разделителя 3 (фиг. 2) в пусковую камеру 5 (фиг. 1, 2). При использовании в качестве поршня-разделителя 3 (фиг. 2) полого шара из полиуретана предварительно производят его заполнение жидкостью (водой или незамерзающей жидкостью) и раскачивают его до необходимого размера. Быстросъемная крышка 8 (фиг. 1, 2) обеспечивает быстрый доступ для обслуживания пусковой камеры 5 по сравнению с применением фланцевых заглушек, требующих от обслуживающего персонала дополнительных затрат времени и труда на монтаж/демонтаж крепежа (шпилек и гаек), строповку самой фланцевой заглушки и подъем/опускание ее с помощью грузоподъемного механизма 9 (фиг. 1). Так как трубопоршневое поверочное устройство способно работать в двух направлениях движения поршня-разделителя 3 (фиг. 2) через калиброванный участок 2 (фиг. 1, 2) трубопровода, запуск и прием поршня-разделителя 3 можно производить в любой из камер 5, то достаточно оснастить быстросъемной крышкой 8 одну из данных камер. Установка быстросъемной крышки на другую камеру не изменяет достигаемый технический результат, но может в достаточно широких пределах обеспечить идентичность (равенство) условий монтажа и эксплуатации заявленного устройства. Применение грузоподъемного механизма 9 (консольного крана) (фиг. 1) также позволяет повысить удобство эксплуатации трубопоршневого поверочного устройства, особенно при больших диаметрах труб.
Включают подачу жидкости, например нефти, через расходомер (не показан), далее жидкость попадает на вход устройства 6 (фиг. 1, 2) для изменения направления движения жидкости (четырехходовой кран). Управление переключением положений четырехходового крана 6 (фиг. 1, 2) осуществляется как дистанционно, так и на месте, при этом, данный кран оснащен электроприводом с ручным дублером (не показан).
Поток жидкости, пройдя через четырехходовой кран 6 (фиг. 1, 2), попадает в пусковую камеру 5 и приводит в движение поршень-разделитель 3 (фиг. 2), который начинает перемещаться со скоростью потока. Под действием потока жидкости поршень-разделитель 3 (фиг. 2) попадает в разгонный участок 7 (фиг. 1, 2) трубопровода, в котором полностью перекрывает проходное сечение, и начинает двигаться по направлению к калиброванному участку 2 трубопровода. Ввиду того, что по длине трубопровода круглого сечения при движении потока жидкости, начиная от входа, на стенках развивается пограничный слой, и жидкость перемещается неравномерно, то для смыкания пограничных слоев на оси потока необходимо наличие разгонного участка 7 (фиг. 1, 2) трубопровода, после которого поток становится стабилизированным, и не изменяет своих гидродинамических характеристик. Для уменьшения погрешности измерений значений метрологических характеристик из-за термодинамических процессов, происходящих под влиянием внешних факторов, воздействующих на трубопоршневое поверочное устройство, в частности, окружающей среды, использована теплоизоляция (не показана), выполненная, например, в виде слоя минераловатного утеплителя, покрытого металлической защитно-декоративной оболочкой, например, из нержавеющей стали. Благодаря вышеперечисленному повышается точность измерения значений метрологических характеристик при проведении поверки и контроля метрологических характеристик, например расходомеров. Выполнение калиброванного участка 2 (фиг. 1, 2) U-образной формы позволяет рационально использовать площадь, занимаемую трубопоршневым поверочным устройством.
При движении по калиброванному участку 2 (фиг. 1, 2) трубопровода поршень-разделитель 3 (фиг. 2) проходит через первый детектор 1 (фиг. 1, 2), по сигналу которого начинается отсчет импульсов от поверяемого расходомера (не показан). При прохождении поршня-разделителя 3 (фиг. 2) через последний детектор 1 (фиг. 1, 2) калиброванного участка 2 трубопровода, по его сигналу прекращается отсчет импульсов от поверяемого расходомера (не показан). По показанию расходомера (числу импульсов) (не показан) и заранее известному объему калиброванного участка 2 (фиг. 1, 2) трубопровода определяется коэффициент преобразования объемного преобразователя расхода (расходомера). При поверке или контроле массового преобразователя расхода (не показан) дополнительно выполняется измерение плотности измеряемой жидкости поточным преобразователем плотности (не показан). Измерения проводятся системой сбора и обработки информации (не показана), установленной на месте проведения измерений, посредством дистанционной передачи в нее информации с детекторов 1 (фиг. 1, 2), с преобразователей (не показаны) расхода, плотности (в случае использования), с датчиков температуры 10 и давления 11. Датчики температуры 10 и давления 11 служат для измерения температуры и давления измеряемой жидкости на входе и выходе трубопоршневого поверочного устройства. После выхода из калиброванного участка 2 (фиг. 1, 2) трубопровода поршень-разделитель 3 (фиг. 2) попадает в приемную камеру 5 (фиг. 1, 2) и находится в ней в восходящем потоке до тех пор, пока направление движения посредством четырехходового крана 6 не изменится на обратное, и поршень-разделитель 3 опять не будет вовлечен в калиброванный участок 2 трубопровода.