УСТАНОВКА ДЛЯ КАЛИБРОВКИ И ПОВЕРКИ ВЛАГОМЕРОВ
INSTALLATION FOR CALIBRATION AND GAGING OF MOISTURE METRES

Область техники
Изобретение относится к устройствам для имитации характеристик потока сырой нефти или другой смеси неводных жидкостей с заданным соотношением компонентов, например влагосодержания сырой нефти.
Устройство имитации потока сырой нефти требуется для калибровки поточного влагомера сырой нефти или его поверки в процессе эксплуатации.
Уровень техники
Как правило, конструкции установок для поверки влагомеров представляют собой замкнутый трубопровод, по которому насосом прогоняют смесь заданного состава.
Наиболее близким аналогом предлагаемого технического решения является "Установка для поверки (калибровки) первичных преобразователей объемной доли воды и нефти" (см. Рекламный буклет ЗАО "ПИК и КО", Москва, 2004 г.).
Известная установка включает циркуляционный замкнутый контур, включающий соединенные трубопроводом участок для залива нефти, насос, секцию установки поверяемого преобразователя влагомера, электродвигатель, теплообменник, служащий для регулирования температуры смеси.
Погрешность задания состава смеси входит непосредственно в основную погрешность влагомера. Для влагомера сырой нефти, действующего, например, по принципу просвечивания потока смеси электромагнитными волнами и определения объемного компонентного состава по опосредованно измеренной диэлектрической проницаемости смеси, требования к точности задания состава смеси весьма велики: например, для влагомеров товарной нефти, работающих в диапазоне до 2% влажности, рекомендуемая основная погрешность не должна превышать 0,06%, для влагомеров с рабочим диапазоном влагосодержания до 10% - не более 0,15%, для высокообводненного влагомера, работающего в диапазоне до 100% влажности, - не более 1,5%.
Для точной калибровки влагомера задание влагосодержания сырой нефти должно быть соответственно порядка 0,02%, 0,05% и 0,5%, что в стенде среднего объема - 15 л - требует задания относительного объема влаги внутри рабочего объема стенда соответственно с максимально допустимым отклонением 3 г, 7,5 г, 75 г, и для обеспечения точности испытательного динамического стенда его рабочий объем часто приходится делать достаточно большим (например, для возможности калибровки влагомера на промысле для рабочего объема устройства около 100 л установку размещают на автомобильном прицепе, что создает определенные трудности).
Другой трудностью обеспечения точного задания объемного влагосодержания в прогоняемой жидкости является требование хорошей перемешанности смеси. Оно задается через ограничение минимальной скорости или расхода потока, обеспечивающих его турбулентность. Тем не менее и при турбулентном потоке точность ограничена наличием зон, в которых возможно преимущественное скопление тяжелых или легких компонентов смеси в кольцевом трубопроводе установки.
В известном решении зонами, в которых возможно преимущественное скопление тяжелых или легких компонентов смеси (газ, вода, нефть), могут являться технологически обусловленные подсоединительный патрубок вентиля 16, пространство между сливным вентилем 19 и насосом 10, зоны под вентилем 18 и участок для залива нефти 12 (см. фиг.1). Чтобы удовлетворить высокие требования к точности задания объемного влагосодержания смеси, в известном устройстве приходится, например, перед ее заливкой продувать кольцевой трубопровод горячим воздухом для устранения влаги на стенках и в зонах, в которых возможно преимущественное скопления тяжелых или легких компонентов смеси, что чрезвычайно затрудняет и замедляет процесс калибровки, причем приходится полностью менять всю смесь. Тем не менее, это не гарантирует от нарушения равномерности перемешивания и увеличения погрешности задания из-за скопления в упомянутых зонах преимущественно каких-либо фракций при протекании смеси.
Раскрытие изобретения
Задачей настоящего изобретения является повышение точности задания объемного содержания компонентов неводных жидкостей, а также повышение удобства эксплуатации и сокращение времени на калибровку и поверку влагомеров.
Техническим результатом изобретения является повышение равномерности перемешивания и значительное уменьшение погрешности задания объемного влагосодержания в прогоняемой жидкости путем устранения влияния зон, в которых возможно преимущественное скопление тяжелых или легких компонентов смеси.
Указанный технический результат достигается тем, что установка для калибровки и поверки влагомеров, содержащая циркуляционный замкнутый контур, выполненный из нескольких секций и включающий соединенные трубопроводом участок для залива жидкости, насос, секцию установки поверяемого преобразователя влагомера, электродвигатель, теплообменник, согласно изобретению закреплена на опоре, выполненной в виде вертикально ориентированных стоек, установленных на горизонтальной платформе, циркуляционный контур с помощью соединительного элемента, установленного на участке упомянутого контура, закреплен на центральной стойке опоры с возможностью вращения в плоскости, перпендикулярной указанной платформе, на угол 90°-100°, одна из секций контура снабжена двумя патрубками с вентилями для заполнения и/или слива жидкости, причем на участке указанной секции до и после патрубков установлены отсекающие вентили.
По одному из вариантов исполнения изобретения одна из секций замкнутого контура может быть выполнена разветвленной, при этом ветви выполнены параллельными друг другу и лежат предпочтительно в горизонтальной плоскости.
В предпочтительном варианте исполнения изобретения стойки опоры могут быть снабжены смягчающими накладками.
Закрепление предлагаемой установки на опоре, выполненной в виде вертикально ориентированных стоек, установленных на горизонтальной платформе, закрепление циркуляционного контура с помощью соединительного элемента, установленного на участке упомянутого контура на центральной стойке опоры с возможностью вращения в плоскости, перпендикулярной указанной платформе, на угол 90°-100°, обеспечивает повышение равномерности перемешивания прогоняемой жидкости за счет возвращения отстоявшихся компонентов смеси в поток и, следовательно, повышает точность задания объемного содержания компонентов неводных жидкостей.
Это достигается за счет освобождения зон, в которых возможно преимущественное скопление тяжелых или легких компонентов смеси (мертвые зоны), без прерывания процесса калибровки влагомера. Ось вращения целесообразно размещать вблизи центра тяжести контура для того, чтобы контур было возможно легко поворачивать вокруг оси. Скопившиеся в "мертвых зонах" компоненты при повороте контура на угол 90°-100° выходят из мест скопления и перемешиваются, чем обеспечивается более точное задание концентрации компонент.
Важно отметить, что хотя при повороте контура "мертвые зоны" освобождаются, но появляются другие, однако скопление компонентов в "мертвых зонах" происходит в основном при заливке и герметизации контура (закрывании заливных отверстий). За время измерения автоматическим влагомером (около 1 сек) преимущественное скопление в зонах компонентов пренебрежимо мало, тем более что возможно периодическое покачивание контура с влагомером вокруг оси во время калибровки с накоплением статистически достоверного среднего значения полученной при этом серии измерений.
Снабжение одной из секций контура двумя патрубками с вентилями для заполнения и/или слива жидкости и отсекающими вентилями, установленными до и после патрубков, обеспечивает условия для повышения точности задания объемного содержания компонентов неводных жидкостей.
Такой узел фактически выполняет функции дозатора. Он позволяет слить смесь из отсеченной ветки секции. В случае необходимости возможно промыть секцию и заместить смесь эквивалентным количеством той компоненты, количество которой в смеси желательно увеличить. При этом замещается строго рассчитанный, заранее калиброванный объем.
Например, если в двухкомпонентной водонефтяной смеси до замещения концентрация воды в дозаторе и стенде была
в
где К - концентрация воды;
в
О - объем воды в "дозаторе";
з
О - полный объем "дозатора" (замещаемый объем);
вс
О - объем воды в циркуляционном контуре;
с
О - полный объем циркуляционного контура;
то после замещения водой и перемешивания воды в "дозаторе" станет
внов
в
з
в
О=О+О(1-К),
и новая концентрация воды станет
внов
внов
к
К=О/О,
внов
где К - новая концентрация воды.
Точность замещения достигается благодаря точному определению объема замещения, ограниченного внутренними, по отношению к отсекаемой секции, поверхностями отсекающих вентилей (после их нового открытия объем смеси внутри канала вентиля вновь возвращается в поток), а также более легкой продувке и просушке замещаемого объема.
Выполнение одной из секций контура разветвленной и ветвей - параллельными друг другу в горизонтальной плоскости (на фиг.2 они изображены в вертикальной плоскости) позволяет слить смесь из отсеченной ветви секции, не прекращая прогонки смеси по контуру, что в свою очередь позволяет сократить время на калибровку и поверку влагомеров.
Перечень чертежей:
на фиг.1 изображен общий вид установки;
на фиг.2 изображен общий вид установки с разветвленной секцией;
на фиг.3 изображен вид сбоку установки.
Установка содержит циркуляционный замкнутый контур, включающий соединенные трубопроводом участок для залива жидкостей 1, насос 2, закрепленный на нижней секции контура, секцию установки влагомера 3, теплообменник 4, опору 5, содержащую вертикально ориентированные периферийные стойки 6 и 8 и центральную стойку 7, расположенные на горизонтальной платформе с возможностью поворота контура на угол 90°-100°, соединительный элемент 9, установленный на участке циркуляционного контура, ось вращения 10 указанного крепежного элемента, разветвленные секции 11 и 12 контура, первый отсекающий вентиль 13 разветвленной секции контура, первый вентиль 14 для заполнения и слива жидкости из разветвленной секции контура, второй отсекающий вентиль 15 разветвленной секции контура, второй вентиль 16 для заполнения и слива жидкости из разветвленной секции контура, клапан для выпуска воздуха (газа) 17 и вентиль 18 для заполнения и слива жидкости всего контура, смягчающие накладки 19, установленные на периферийных вертикально ориентированных стойках и предназначенные для амортизации соприкосновения контура системы, дополнительные вентили 20 и 21, предназначенные для слива и заполнения жидкости всего контура, размещенные на нижней секции циркуляционного контура.
Осуществление изобретения
Относительно малый вес предлагаемого устройства позволяет прокалибровать на промысле влагомер (он монтируется вместо соединительной секции 3) по конечным реперным точкам пластовой воды и плотности добываемой нефти, а также благодаря предлагаемому устройству получить промежуточное значение измерительных параметров с заданием с приемлемой точностью состава потока смеси определенного влагосодержания. Влагомер позволяет замером влагосодержания в потоке водонефтяной смеси определить косвенным методом количество добытой нефти.
Задание состава смеси с помощью предлагаемой установки для калибровки и поверки влагомеров осуществляют следующим образом.
Для получения заданной концентрации водонефтяной смеси в чистый и сухой закольцованный циркуляционный контур с помощью мерной посуды в участок для залива нефти и воды 1 заливают воду и нефть в нужной пропорции.
с
Объем циркуляционного замкнутого контура О (замкнутой циркуляционной системы, включающей в себя и влагомер, закрепляемый на участке 3 контура) должен быть определен и известен заранее. С этой целью циркуляционный контур заполняют водой, выпускают возможные пузыри воздуха с помощью незначительного наклона вокруг поворотной оси 10 в одну и в другую стороны при открытом клапане для выпуска воздуха (газа) 17 и первого вентиля 14, дополняют водой и перекрывают их. Поворачивают контур на угол 90°-100°, сливая воду из емкости над закрытым первым вентилем 14, или отсасывают ее спринцовкой.
Открывают клапан для выпуска воздуха (газа) 17, а затем открывают вентиль 18 и сливают воду в сосуд, освобождая тем самым зоны второго вентиля 16 и дополнительного вентиля 21, где могла скапливаться вода, и далее замеряют объем контура.
з
Аналогичным образом определяют объем части разветвленного участка циркуляционного замкнутого контура О, т.е. объем смеси, определенный отсекающими вентилями 13 и 15 и подлежащий замене для изменения задаваемой концентрации.
с
с
Залив необходимые объемы воды и нефти (например, для получения испытательной концентрации 40% нефти по объему нужно залить в систему 0,6 О воды и 0,4 О нефти), после герметизации установки (закрытия всех заливных отверстий и выпускника воздуха) включают насос 2 и смесь перемещается до получения равномерной эмульсии. Время перемешивания определяется экспериментально, оно зависит, в частности, от мощности насоса 2, прогоняющего смесь. При этом в зонах, в которых возможно преимущественное скопление тяжелой или легкой компоненты смеси в «мертвых зонах», над сливными и заливными вентилями 20 и 21, например, задерживается вода (указанные вентили являются необходимыми, т.к. извлечь всю смесь из контура через один вентиль 18 не представляется возможным ввиду того, что она может не проходить через насос 2). При повороте вокруг оси 10 на угол более 90° вода из них сливается внутрь потока контура, и далее равномерность перемешанности смеси может поддерживаться качанием циркуляционного замкнутого контура с влагомером, закрепленного на участке 3 между его крайними положениями, чтобы вода или легкая фракция не успели застояться.
Если объем циркуляционного контура с влагомером, устанавливаемым на участок, 3-4 л, а объем разветвленной части контура установки - 0,5 л, то для перехода от концентрации 40% к концентрации 41% концентрация нефти в смеси, заливаемой в разветвленную часть контура установки (дозатор), должна быть 48%, а при замене смеси в разветвленной части контура установки (дозаторе) на чистую нефть концентрация станет 47,5%.
После замещения объема разветвленной части контура установки необходимо перемешать смесь со сливом, оседающим в зонах, в которых возможно преимущественное скопление тяжелых или легких компонентов смеси в "мертвых зонах". Для этого вновь проводят герметизацию системы, включают насос 2 и перемешивают смесь. В зонах, в которых возможно преимущественное скопление тяжелых или легких компонентов смеси в "мертвых зонах", над сливными и заливными вентилями 18 и 21, например, задерживается вода. При повороте вокруг оси 10 на угол 90°-100° вода из них сливается, и далее равномерность перемешанности смеси может поддерживаться качанием циркуляционного замкнутого контура с влагомером, закрепленным на участке 3 между его крайними положениями, чтобы вода или легкие компоненты не успели отстояться.
Далее в процессе калибровки регистрируют, какие значения показаний влагомера, установленного на участке 3 контура, соответствуют заданной концентрации водонефтяной смеси, циркулирующей в установке для калибровки, поверки и промывки влагомеров.
Предлагаемое техническое решение обеспечивает повышение точности задания объемного содержания компонентов неводных жидкостей, а также повышение удобства эксплуатации и сокращение времени на калибровку и поверку влагомеров.