Счетчик массового расхода газожидкостной смеси

Предложение относится области измерительной техники и может быть использована для измерений массового расхода сырой нефти и ее компонентов (нефти, пластовой воды).
Известен ковшовый счетчик количества жидкости и попутного нефтяного газа в протекающей газожидкостной смеси (патент RU №2657321, МПК G01F 3/28, опубл. 13.06.2018 Бюл. №17), содержащий измерительный блок, размещенный в своем горизонтально расположенном цилиндрическом корпусе и включающий: герметично присоединенную к торцевой поверхности корпуса крышку и опору; расположенные между ними с возможностью свободного качания и связанные общим ребром и одной боковиной два призматических ковша треугольного сечения со своими грузоуравновешиваемыми измерительными камерами внутри, поочередно заполняемыми учитываемой жидкой смесью и сливаемой из них, и со своими боковыми пластинами с грузом, уравновешивающим по весу массу жидкости в объеме заполненной измерительной камеры ковша и вызывающим его поворот: одной - примыкающей к крышке, а другой - примыкающей к опоре; соединяющие крышку и опору шпильки, ограничивающие повороты ковшей и расположенные параллельно оси корпуса измерительного блока; по меньшей мере один магнит, фиксирующий каждый слив ковшей и размещенный на примыкающей к крышке боковой пластине, а также связанные с ним датчики, расположенные на крышке счетчика с ее внешней стороны; а также узел сепарации, сформированный из входного устройства для залива газожидкостной смеси в измерительные камеры ковшей и охватывающей его воронки с удерживаемым под ним на ее внутренней поверхности отбойником потока газожидкостной смеси; коллекторы, два из которых встречно присоединены к корпусу перпендикулярно его оси, причем один из них предназначен для подвода газожидкостной смеси во входное устройство, а другой коллектор предназначен для отвода из корпуса учтенной жидкой смеси, и третий - газовый коллектор для отвода отделенного от смеси газа; эжектор, установленный в выходном коллекторе счетчика и связанный с газовым коллектором; датчик плотности учтенной жидкой смеси, установленный в отводящем коллекторе, и блок, информационно связанный со всеми датчиками счетчика и рассчитывающий количество жидкости в протекающей газожидкостной смеси и выводящий эти показания на обозрение, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен сепарационным корпусом с элементами для слива отсепарированной жидкой смеси в ковши измерительного блока и в нем установлена воронка с отбойником, формирующая вместе с ним узел сепарации, а сам сепарационный корпус герметично закреплен на корпусе измерительного блока, при этом воронка выполнена с перфорацией и зафиксирована в сепарационном корпусе с возможностью формирования в нем отдельной камеры между его внутренней поверхностью и внешней поверхностью воронки с зонами скопления и отвода отсепарированных продуктов: верхней, связанной с газовым коллектором, зоной для скопления и отвода отделенного от смеси газа и нижней зоной для скопления и отвода отсепарированной жидкой смеси.
Известен также массовый камерный счетчик жидкости, состоящий из первичного и вторичного преобразователей (патент на ПМ RU №174112, МПК G01F 3/28, G01F 1/05, G01F 11/26, опубл. 02.10.2017 Бюл. №28), причем первичный преобразователь состоит из горизонтально расположенного цилиндрического корпуса с входным и выходным патрубками, в котором установлен измерительный блок, содержащий крышку и опору заднюю, соединенные между собой двумя верхними и одной нижней штангами, причем между крышкой и опорой задней установлена измерительная камера с возможностью ее поворота, содержащая две открытые сверху полости, образованные плоскими боковинами и днищами, и боковые пластины, причем на боковых пластинах закреплены контргрузы, причем угол поворота измерительной камеры ограничен гасителями ударов, установленными на верхних штангах, причем на крышке расположен датчик импульсов, имеющий возможность взаимодействия с магнитом, закрепленным на нижней части измерительной камеры так, что в одном из положений измерительной камеры датчик импульсов располагается в зоне его действия, причем датчик импульсов соединен с вторичным преобразователем, причем внутри корпуса после входного патрубка установлено сопло, отличающийся тем, что биссекторные плоскости двугранных углов, образованных днищами каждой полости измерительной камеры, располагаются строго вертикально в положении этой полости под налив.
Наиболее близким является счетчик массового расхода и массы вязких жидкостей (патент RU №2610546, МПК G01F 3/28, опубл. 13.02.2017 в Бюл. №5), состоящий из корпуса, измерительного блока, входного и выходного коллекторов, при этом корпус представляет собой горизонтально расположенный цилиндрический сосуд, на обечайке которого перпендикулярно оси выполнены два соосных отверстия для входа/выхода вязкой жидкости посредством герметично присоединенных входного и выходного коллекторов, а на входном отверстии установлено устройство моделирования формы потока, к корпусу через фланец прикреплена крышка измерительного блока с герметизацией соединения с помощью резиновой прокладки, причем на внутреннем торце крышки выполнены три отверстия с резьбой, в которые установлены шпильки, служащие осями для крепления опоры и установки на них ударогасителей, перемещение которых ограничено шайбой и шплинтом, а на торце крышки и опоры имеются соосные отверстия с подшипниками и в них установлена ось измерительного блока, который является подвижной системой и состоит из двух призматических ковшей треугольного сечения и боковых пластин, к которым прикреплены грузы, при этом измерительный блок снабжен по меньшей мере одним постоянным магнитом, на наружном торце крышки измерительного блока выполнены отверстия для крепления по меньшей мере одного электромагнитного датчика, ручек и уровня, причем отверстие для крепления электромагнитного датчика выполнено таким образом, что его центр совпадает с траекторией движения постоянного магнита измерительного блока, при этом электромагнитный датчик связан с вычислителем, причем он содержит устройство электрического обогрева, состоящее из закрепленного на внешней поверхности корпуса электрического греющего кабеля, размещенного в теплоизоляционном кожухе с теплоизоляционной крышкой, в котором закреплена взрывозащищенная клеммная коробка для подвода питания к этому кабелю, при этом пространство между кабелем, крышкой и кожухом заполнено теплоизоляционным объемным наполнителем, постоянный магнит в измерительном блоке установлен на нижней плоскости посредине между призматическими ковшами, электромагнитный датчик содержит дополнительно помещенную во взрывобезопасный корпус плату электронного корректора, представляющего собой программируемое устройство, а выходной коллектор выполнен в виде прямолинейного участка трубы.
Недостатком всех аналогов является наличие застойных зон в корпусе перед выходным отверстием, в которых со временем накапливаются эмульмия, асфальт смолистые и/или парафиновые отложения, фракции вязкой нефти и т.п., что приводит к выходу из строя массового счетчика к заклинивания ковшей (особенно при измерении вязкой нефти).
Технической задачей предполагаемой полезной модели является создание конструкции счетчика массового расхода газожидкостной смеси, позволяющего увеличить время бесперебойной работы за счет исключения в корпусе застойных зон перед выходным отверстием.
Техническая задача решается счетчиком массового расхода газожидкостной смеси, включающим корпус в виде цилиндрического сосуда с верхним входным и нижним выходным отверстиями, установленный в корпусе измерительный блок в виде двух ковшей, выполненных с возможностью качания ограниченного отбойниками на горизонтальной оси при последовательном заполнении жидкостью из выходного отверстия, входной и выходной коллекторы, герметично сообщенные с соответствующими отверстиями, устройство моделирования формы потока, установленное на выходе входного отверстия, и счетчик колебаний ковшей.
Новым является то, что цилиндрический сосуд корпуса расположен вертикально и снизу оснащен конусным сужением к выходному отверстию для исключения застойных зон для стекающей жидкости.
На чертеже изображена схема счетчика в продольном разрезе.
Счетчик массового расхода газожидкостной смеси включает корпус 1 в виде цилиндрического сосуда 2 с верхним входным 3 и нижним выходным 4 отверстиями, установленный в корпусе 1 измерительный блок в виде двух ковшей 5 и 6, выполненных с возможностью качания ограниченного отбойниками 7 на горизонтальной оси 8 при последовательном заполнении жидкостью из выходного отверстия 3, входной 9 и выходной 10 коллекторы, герметично сообщенные с соответствующими отверстиями 3 и 4, устройство моделирования формы потока 11, установленное на выходе входного отверстия 3, и счетчик колебаний (не показан) ковшей 5 и 6. Цилиндрический сосуд 2 корпуса 1 расположен вертикально и снизу оснащен конусным сужением 12, направленным к выходному отверстию 4 для исключения застойных зон для стекающей жидкости (нефти, воды, эмульсии и т.д.).
Исходя из открытых источников (например, патенты на полезные модели и изобретения RU №№154433, 163766, 174112, 2610546, 2656279, 2657321, 2665715, 2666179 и т.п.) ковши 5 и 6, отбойники 7, устройство моделирования потока 11 могут быть изготовления любой формы и конструкции, а счетчик колебаний ковшей 5 и 6 может быть механическим, электромагнитным, звуковым или основан на любом другом принципе действия (см. эти же патенты). Авторы на эти конструктивные элементы не претендуют.
Конструктивные элементы и технологические соединения, не влияющие на работоспособность счетчика, не показаны или показаны условно.
Счетчик работает следующим образом.
В ходе исследования корпусов 1 счетчиков массового расхода жидкости определили расположение зон застоя, из чего выбрали угол α конусного сужения 12 корпуса 1 (для месторождений Республики Татарстан α=2°-35° - чем вязкость жидкости выше, тем угол меньше). Изготавливают корпус 1 с вертикальной осью 13 в виде закрытого цилиндрического сосуда 2 с конусным сужением 12, направляющим поток жидкости к выходному отверстию 4. Внутри корпуса 1 располагают (например, при помощи технологической пластины 14, зафиксированной относительно стенок корпуса 1) отбойники 7 и ковши 5 и 6 на горизонтальной оси 8. После чего корпус 1 герметизируют кроме отверстий 3 и 4, верхнее 3 из которых предварительно снабжают устройством моделирования формы потока 11. К верхнему 3 и нижнему 4 отверстиям подсоединяют соответственно входной 9 и выходной 10 коллекторы.
В лабораторных условиях проводят настройку счетчика. Для этого по входному коллектору 9 подают жидкость с заранее известной массой, которая через верхнее отверстие 3 и устройство моделирования формы потока 11 направляется в один из ковшей 5 или 6, который при заполнении до определенного уровня опрокидывается с излитом из него жидкости внутрь корпуса, подставляя под устройство моделирования формы потока 11 для заполнения жидкостью другой ковш 6 или 5, который при заполнении также опрокидывается. Далее циклы работы ковшей 5 и 6 повторяются. При помощи груза 15 и расположения отбойников 7 добиваются соответствия выбранной массы жидкости и полных циклов качания (колебания) ковшей 5 и 6 (по завершению заливки жидкости выбранной массы жидкости в ковшах не остается). Количество качаний ковшей 5 и 6, регистрируемых счетчиком колебаний, на единицу массы заносится программный модуль (компьютер, блок расчета или т.п.- не показаны).
Настроенный счетчик устанавливают вместе перекачки газожидкостной смеси (например, на выходе из скважины). Газожидкостная смесь через входной коллектор 9 подается в корпус 1, где устройством моделирования формы потока 11 направляется последовательно в ковши 5 и 6 измерительного блока, которые после наполнения поворачиваются вокруг оси 8 до взаимодействия ковшей 5 и 6 с соответствующими отбойниками 7. Жидкость последовательно из ковшей 5 и 6 изливается в корпус 1 и по конусному сужению 12 стекает и направляется через нижнее отверстие 4 в выходной коллектор 10 и далее в отводящий трубопровод (не показан). Количество колебаний ковшей 5 и 6 регистрируется счетчиком и после обработки программным модулем показывает на считывающих устройствах (мониторе компьютера, принтере, экране смартфона или т.п.) массу прокаченной через него жидкости, входящей в газожидкостную смесь (массой газа можно пренебречь). Жидкость во время работы счетчика последовательно из ковшей 5 и 6 изливается в корпус 1 и по конусному сужению 12 стекает и направляется через нижнее отверстие 4 в выходной коллектор 10 и далее в отводящий трубопровод (не показан). Так как в корпусе 1 практически отсутствуют застойные зоны перед выходным нижним отверстием 4, то время бесперебойной работы счетчика и, как следствие, его межремонтный период увеличивается как минимум в два раза.
Предлагаемый счетчик массового расхода газожидкостной смеси позволяет увеличить время бесперебойной работы и межремонтный период за счет исключения в корпусе застойных зон перед выходным отверстием.