УЗЕЛ ИЗМЕРЕНИЯ ВЯЗКОСТИ НЕФТИ

Настоящая полезная модель относится к промышленному оборудованию, а именно - узлу измерения вязкости нефти, и может быть использована в Системах измерения количества и показателей качества нефти (СИКН), применяемых при добыче, транспортировке и переработке нефти (нефтепродуктов).
Для эффективной эксплуатации магистральных нефтепроводов (МН) необходима оперативная и достоверная информация о кинематической вязкости перекачиваемой нефти. Лабораторные результаты измерения вязкости нефти могут существенно отличаться от результатов измерений в блоках измерений показателей качества (БИК) нефти, т.к. эффективная вязкость нелинейно-вязких жидкостей является функцией скорости деформации или напряжений в жидкой среде, а характер течения нефти в потоке отличается от ламинарного (упорядоченного). Измерения вязкости в лабораториях требуют периодического отбора проб и длительного времени для проведения анализов. Таким образом, лабораторные методы измерений вязкости не позволяют оперативно осуществлять измерения значений вязкости перекачиваемой нефти, а, значит, контролировать и управлять режимами работы участков МН.
Общепринятым решением этой проблемы является измерение вязкости нефти поточными измерительными преобразователями вязкости (ПВ, поточный вискозиметр), применяемыми в составе СИКН или в отдельно устанавливаемых БИК. Преимуществом измерения вязкости в динамическом режиме является обеспечение непрерывного измерения вязкости перекачиваемой нефти в режиме реального времени. Дополнительно использование поточных вискозиметров необходимо для корректировки метрологических характеристик турбинных преобразователей расхода (ПР).
Известен (Статья «Применение измерительных преобразователей вязкости нефти в системе магистральных нефтепроводов и их метрологическое обеспечение» Жданов В.П., Писарев В.В., Сафонов А.В., Соловьев Е.И., Быкадоров С. В., 2007 г.) принятый за прототип по совокупности сходных с заявляемой полезной моделью существенных признаков узел измерения вязкости, представляющий собой конструкцию из двух соединенных трубопроводом ПВ (рабочего и резервно-контрольного при эксплуатации или рабочего и эталонного при калибровке/контроле метрологических характеристик), установленных в измерительных камерах, каждая из которых имеет входную трубу условного проходного диаметра DN 80, и расположенную перпендикулярно ей, максимально приближенно к ПВ-выходную трубу DN 50.
К причинам, препятствующим достижению нижеуказанного технического результата при использовании известного устройства, относятся следующие его недостатки:
- параллельное расположение измерительных камер с вискозиметрами, принципиально имеющее разные потоки жидкости;
- недостаточная информативность температурных датчиков, установленных на входе и выходе узла измерения вязкости.
Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель состоит в совершенствовании средств измерений вязкости.
Основной технический результат, который может быть получен при осуществлении настоящей полезной модели, заключается в повышении точности и достоверности производимых измерений динамической вязкости нефти в гидравлическом тракте БИК, а также упрощении конструкции узла измерения вязкости и эксплуатации ПВ.
Указанный технический результат при осуществлении полезной модели достигается тем, что в известном узле измерения вязкости нефти, представляющем собой трубопроводную обвязку с муфтовыми и фланцевыми соединениями на рабочее давление, содержащую две соединенные трубопроводом измерительных камеры, с поточным измерительным преобразователем вязкости каждая, измерительные камеры установлены последовательно и могут включаться в поток как одновременно, так и поочередно, при этом, по крайней мере, в одной из камер на время калибровки встроенного температурного датчика поточного измерительного преобразователя вязкости предусмотрена возможность установки эталонного измерительного преобразователя температуры
Конструкция предлагаемой модели позволяет последовательно установить две измерительные камеры, соответственно, с рабочим ПВ и эталонным ПВ при калибровке/контроле метрологических характеристик (или рабочим и резервным ПВ при эксплуатации), за счет чего оба установленных вискозиметра находятся в одинаковых условиях (через оба вискозиметра протекает поток жидкости с идентичными параметрами), что и позволяет производить калибровку (контроль) рабочего вискозиметра по эталонному на месте эксплуатации. При этом отпадает необходимость остановки технологического процесса перекачки нефтепродуктов, а также демонтаж вискозиметров и отправка их на калибровку в специализированные технические центры. Проведение поверки рабочих средств измерений (включая необходимую корректировку градуировочных характеристик ПВ) на месте эксплуатации с использованием переносного и легко монтируемого эталона упрощает процесс эксплуатации ПВ и, следовательно, создает значительные удобства (дополнительный технический результат) для пользователей.
Конструкция узла измерения вязкости упрощена за счет применения ПВ, имеющих собственный встроенный датчик температуры, позволяющий измерять температуру в точке измерения вязкости. В этом случае отпадает необходимость установки рабочих измерительных преобразователей температуры на входе и выходе узла измерения вязкости. Достоверность получаемых измерений в узле измерения вязкости повышается в результате периодически проводимой калибровки встроенных температурных датчиков вискозиметров, по результатам которой вычисляются температурные поправки для вычисления текущих значений вязкости, с помощью эталонных измерительных преобразователей температуры (эталонный датчик температуры). С этой целью во входной трубе каждой измерительной камеры, непосредственно в зоне измерения вязкости вмонтирован термокарман - специальная герметичная конструкция, куда во время калибровочных работ устанавливают эталонный измерительный преобразователь температуры. Для минимизации погрешностей измерений температуры нефти, погруженный непосредственно в поток жидкости термокарман заполняют специальным маслом или теплопроводной пастой. В этом случае разница температуры нефти, омывающей термокарман, и температуры, фиксируемой эталонным термодатчиком, помещенным в такой термокарман, минимальна.
Точность производимых измерений вязкости в непрерывном потоке жидкости с помощью ПВ зависит от степени однородности проходящей через первичный преобразователь (камертон) ПВ жидкости, чувствительности первичного преобразователя и ряда других параметров потока. В заявленном узле измерения вязкости, как и в прототипе, в качестве вискозиметров применяются ПВ, основанные на вибрационном принципе измерений (вибрационные вискозиметры), для которых критично отложение на чувствительном элементе (камертоне) парафинов, смол и механических примесей, изменяющих массу колеблющихся элементов и, соответственно, частоту собственных колебаний, а также наличие в измерительной камере газообразной фазы. В представленной конструкции узла к камере, в непосредственной близости от первичного преобразователя ПВ подсоединены проточный и дренажный краны, первый из которых предназначен для периодической промывки вискозиметра и измерительной камеры от тяжелых фракций нефти, а другой - для дренажа нефти при замене вискозиметра и других работах. Установка на выходной трубе измерительной камеры воздушного крана позволяет исключить образование газообразной фазы, оказывающей влияние на колебания камертона ПВ и искажающей результаты измерений. При расположении выходной трубы камеры перпендикулярно входной трубе в камере практически не скапливается воздух, который искажает показания вискозиметра. Применение указанных конструктивных особенностей существенно повышает надежность (дополнительный технический результат) узла, исключая метрологические отказы вискозиметров.
Для исключения влияния внешней температуры в узле измерения вязкости применена высокоэффективная термоизоляция его конструктивных элементов: измерительных камер, подводящих труб, фланцев.
Достоверность производимых измерений вязкости также зависит от стабильности потока жидкости, характера ее течения. Для обеспечения ламинарности потока, в том числе исключения скачка гидравлического сопротивления, в конструкции узла измерения вязкости применены полнопроходные шаровые краны, в которых диаметр отверстия в шаре крана равен диаметру используемого в данном месте трубопровода, плавные отводы для поворота потока жидкости на 90 градусов и рекомендуемые производителями вискозиметров конструкции подводящих и отводящих трубопроводов.
Реализация в заявленном устройстве схемы последовательного включения измерительных камер с установленными в них поточными вискозиметрами («рабочий + резервный»/«рабочий + эталонный»), позволяющей включать их в работу, как одновременно, так и поочередно, в совокупности с возможностью проведения всех метрологических процедур с рабочими вискозиметрами, применяя эталонный поточный вискозиметр, и другими вышеперечисленными отличительными особенностями заявляемого узла измерения вязкости, позволяет реализовать высокоточную систему измерения вязкости в промышленных условиях и существенно упростить эксплуатацию (дополнительный технический результат) поточных измерителей вязкости нефти и нефтепродуктов.
Указанные особенности конструкции узла измерения вязкости облегчают проведение работ и повышают производительность труда (дополнительный технический результат).
Перечень фигур и чертежей, поясняющих сущность полезной модели:
Фиг.1 - гидравлическая схема узла измерения вязкости
Фиг.2 - узел измерения вязкости (в изометрии);
Фиг.3 - конструкция измерительной камеры в сборе (в изометрии).
Ниже, на примере конкретной конструкции узла измерения вязкости с последовательно установленными измерительными камерами с эталонным ПВ, задействованным на время проведения калибровочных работ, и рабочим или резервным ПВ представлены сведения, подтверждающие возможность осуществления полезной модели с вышеуказанным техническим результатом.
Узел измерения вязкости нефти в блоке измерений показателей качества нефти представляет собой (фиг.1-3) конструкцию из последовательно соединенных трубопроводом двух измерительных камер (секций) 1 с подсоединенными поточными измерительными преобразователями вязкости 2. Каждая из камер имеет входную трубу (корпус камеры) 3 условного проходного диаметра 3” (3 дюйма или от 75 до 85 мм) и расположенную перпендикулярно ей, максимально приближенно к ПВ-выходную трубу 4 диаметра 2” (2 дюйма или от 43 до 57 мм) с воздушным краном 5. В корпус каждой измерительной камеры, в зоне измерения вязкости вмонтирован калибровочный термокарман 6 для эталонного датчика температуры, а в непосредственной близости к ПВ к корпусу камеры подсоединены дренажный 7 и проточный 8 краны. В указанные термокарманы после проведения калибровочных работ устанавливаются заглушки.
В качестве рабочего или резервного вискозиметров используется преобразователь плотности и вязкости жидкости измерительный модели 7829 (может применяться модель 7827). В качестве эталонного вискозиметра используется преобразователь плотности и вязкости жидкости измерительный модели 7829 Master.
На подводящих трубах узла измерения вязкости нефти установлены полнопроходные краны 9 для переключения потока измеряемой жидкости.
До начала измерений при помощи помещенных в калибровочные термокарманы 6 измерительных камер максимально близко к ПВ эталонных датчиков температур производится калибровка встроенных температурных датчиков вискозиметров (эталонного и рабочего). ПВ с откалиброванным температурным каналом выдает выходные сигналы, соответствующие действительным значениям вязкости нефти, протекающей через измерительную камеру узла измерения вязкости.
Измерительная камера узла измерения вязкости нефти с рабочим ПВ, предварительно откалиброванным по эталонному, работает следующим образом.
Через входную трубу 3 нефть входит в измерительную камеру 1 с подсоединенным к ней поточным вибрационным резонансным вискозиметром 2, чувствительный элемент которого вибрирует, меняя частоту колебаний в зависимости от вязкости протекающей жидкости, и далее поступает наверх, к выходной трубе камеры 4. Постоянно включенные ПВ непрерывно выдают информацию о текущем значении вязкости в центральный компьютер, где происходит обработка всех сигналов многочисленных датчиков СИКН, в том числе и сигналов от ПВ.
Благодаря горизонтальному расположению входной трубы и вертикальному выходной, в камере практически не скапливается воздух, который искажает показания вискозиметра. Воздушный кран 5 на выходной трубе предназначен для удаления из трубопровода свободного газа и воздуха. Периодическая промывка камертона вискозиметра и самой камеры от постоянных отложений тяжелых фракций нефти производится при помощи промывочного крана 8, кран 7 предназначен для дренажа нефти при замене ПВ и других работах. Измерительные камеры типоразмера 80/50 спроектированы и изготовлены с учетом рекомендаций производителя применяемого ПВ для достижения наибольшей точности измерения вязкости в потоке жидкостей с рекомендуемой скоростью от 5 до 300 л/мин.