УСТАНОВКА ДЛЯ ПОВЕРКИ ТРУБОПОРШНЕВЫХ УСТАНОВОК

Полезная модель относится к нефтедобывающей отрасли, а именно к установкам, предназначенным для первичной и периодических поверок трубопоршневых установок (далее - ТПУ) всех типов с пропускной способностью от 100 до 4000 м3/ч.
В настоящее время поверка трубопоршневых установок осуществляется в соответствии со следующими нормативными документами:
[1] МИ 1972-95. Рекомендация. ГСОЕИ. Установки поверочные трубопоршневые. Методика поверки установкой на базе весов ОГВ или мерников.
[2] Инструкция. ГСОЕИ. Установки поверочные трубопоршневые. Методика поверки с помощью поверочной установки на базе эталонных мерников (утв. ГНМЦ ФГУП «ВНИИР» 18.07.2006 г.).
Поверка ТПУ включает проведение следующих операций:
- определение метрологических характеристик (MX): вместимости ТПУ, среднеквадратического отклонения случайной составляющей погрешности, границы суммарной систематической составляющей погрешности, относительной погрешности;
- проверку отсутствия протечек жидкости;
- определение относительного отклонения вместимости ТПУ от значения при предыдущей поверке.
Основной параметр, который является исходным для расчета других метрологических характеристик - показатель, характеризующий вместимость ТПУ (объем калиброванного участка).
Метод определения вместимости ТПУ по [1] основан на том, что воду (поверочная жидкость), вытесняемую из ТПУ при движении шарового поршня по калиброванному участку от одного детектора до другого, направляют в специальную накопительную емкость и измеряют ее объем. Направляют воду в емкость или с помощью переключателя потока, управляемого сигналами детекторов, или, останавливая поршень, путем перекрытия потока: остановив поршень на первом детекторе, выход ТПУ соединяют с емкостью, затем, вытеснив воду из калиброванного участка в емкость, останавливают поршень на втором детекторе. Объем воды измеряют косвенным (с помощью весов и ареометров) или прямым методом (мерником) сливая ее из накопительной емкости. Объем воды можно измерить без накопительной емкости, непосредственно направляя поток воды в мерник, останавливая поршень в калиброванном участке после каждого заполнения мерника и без остановки поршня.
В зависимости от выбранного метода определения вместимости калиброванного участка используется и различное оборудование:
1. Поверочная установка на базе образцовых грузопоршневых весов (ОГВ) с накопительной емкостью и переключателем потока.
2. Поверочной установкой на базе мерников с накопительной емкостью и переключателем потока.
3. Поверочной установкой на базе ОГВ или мерников с накопительной емкостью с остановкой поршня.
4. Поверочной установкой на базе мерников с остановкой поршня без накопительной емкости.
5. Поверочной установкой на базе мерников без остановки поршня и без накопительной емкости.
Наиболее близкой по совокупности существенных признаков к заявленной полезной модели является, принятая за прототип, известная (пп.6.2.1., 6.3.2., рис.1 МИ 1972-95. Рекомендация. ГСОЕИ. Установки поверочные трубопоршневые. Методика поверки установкой на базе весов ОГВ или мерников) поверочная установка на базе мерника с накопительной емкостью и переключателем потока, которая содержит гидравлическую систему для создания и контроля расхода поверочной жидкости через поверяемую ТПУ, включающую емкость-хранилище, предназначенную для хранения поверочной жидкости; насос для подачи поверочной жидкости из емкости-хранилища в ТПУ, указатель расхода и регулятор расхода для установки выбранного значения поверочного расхода жидкости, переключатель потока жидкости, устройство для сбора и измерения объема жидкости, включающее мерник и термометры и манометры для измерения температуры воды и давления на входе и выходе ТПУ, и устройство сбора, обработки информации и регистрации результатов измерения, включающее устройство обработки информации, на соответствующие входы которого подаются выходные сигналы термометров и манометров, измеряющих температуру и давление на входе и выходе ТПУ, результаты измерения интервала времени движения поршня и БУ поверочной установкой, куда поступают сигналы с ограничивающих калиброванный участок детекторов ТПУ.
К недостаткам принятого за прототип известного устройства, препятствующим достижению нижеуказанного технического результата относятся:
- необходимость накопительной емкости и ее большие габариты;
3
3
3
- трудоемкость поверки (При поверке ТПУ средней производительности 2000 м/ч с объемом калиброванного участка 20 м с использованием методики поверки с установкой на базе весов ОГВ или мерников необходимо запустить шаровой поршень и объем, ограниченный парой детекторов, слить в промежуточную емкость 10 м, после чего этот объем измерить 10-ю мерниками, ожидая каждый раз выхода пузырьков воздуха, а при сливе воды из мерника - слива капель. За время поверки необходимо заполнить/слить емкость 20 раз, а мерник 200 раз.)
- человеческий фактор (каждый раз при заполнении мерника необходимо оператору точно измерить объем мерника, т.е. «на глаз» определить положение «мениска» мерника).
Задача, на решение которой направлена настоящая полезная модель, заключается в модернизации измерительного оборудования нефтегазовой отрасли промышленности.
Технический результат, достигаемый при использовании заявляемой полезной модели, заключается в автоматизации процесса измерения объема ТПУ и, соответственно, значительном сокращении сроков поверки ТПУ.
Указанный технический результат достигается тем, что установка для поверки трубопоршневых установок, характеризуется тем, что она содержит гидравлическую систему для создания и контроля расхода поверочной жидкости через поверяемую ТПУ, включающую емкость-хранилище, предназначенную для хранения поверочной жидкости, насос для подачи поверочной жидкости из емкости-хранилища в ТПУ, указатель и регулятор расхода для установки выбранного значения поверочного расхода жидкости; устройство для сбора и измерения объема и параметров жидкости, включающее мерник, предназначенный для определении метрологических характеристик используемого в качестве указателя расхода объемного счетчика жидкости, коэффициент преобразования которого вычисляют по определенному объему воды в мернике при установленном для определения метрологических характеристик счетчика расходе и сгенерированному за время заполнения мерника количеству импульсов счетчика с учетом температуры и давления в его измерительной линии и температуры воды в мернике, термометры и манометры для измерения температуры воды и давления на входе и выходе ТПУ; и включающее блок управления поверочной установкой устройство сбора, обработки информации и регистрации результатов измерения, на соответствующие входы которого поступают сигналы положения 4-х ходового клапана ТПУ, сигналы детекторов, ограничивающих калиброванный участок ТПУ, импульсные сигналы счетчика жидкости, сигналы преобразователей давления и температуры измерительной линии счетчика, сигналы преобразователей давления и температуры воды в мернике, сигналы преобразователей давления и температуры ТПУ, осуществляющее по сигналам детекторов ТПУ подсчет импульсов, поступающих от счетчика за интервал времени движения поршня между детекторами, по отношению количества которых к коэффициенту преобразования счетчика, вычисляется вместимость ТПУ; расчет мгновенного расхода жидкости; управление четырехходовым клапаном ТПУ, предназначенным для изменения направления жидкости ТПУ; преобразование параметров входных электрических сигналов в значения величин и их отображение их на дисплее; ввод данных, регистрацию и обработку результатов измерений; индикацию текущих значений измеряемых величин на дисплее; формирование, отражение и печать протоколов поверки.
Принцип действия поверки с помощью заявленной установки на базе мерника и объемного счетчика основан на том, что объемный счетчик работает в качестве компаратора, с помощью которого объем мерника первого разряда передается поверяемой ТПУ. Т.е. счетчик калибруется с помощью мерника, а далее определяется объем ТПУ с помощью счетчика в автоматическом режиме без остановки шарового поршня.
В данном случае мерник является эталоном объема, который служит для передачи единицы объема ТПУ косвенным методом через счетчик-компаратор. Объем ТПУ равен отношению количества импульсов, поступающих от счетчика за интервал времени движения поршня между детекторами, к коэффициенту преобразования счетчика-компаратора.
Для переключения потока среды при поверке двунаправленных ТПУ используют четырехходовой клапан, входящий в состав ТПУ. При поверке двунаправленных ТПУ, если вместимость накопительной емкости достаточна, допускается определять сразу суммарную вместимость ТПУ.В частных случаях исполнения установки могут быть использованы:
- фильтры для защиты средств измерений от попадания механических примесей;
- сигнализатор уровня для защиты насоса от «сухого хода» и от перелива воды.
Для пояснения сущности полезной модели представлена технологическая схема установки на базе мерника и объемного счетчика.
Ниже, на примере эталонной поверочной установки (ЭПУ), предназначенной для первичной и периодических поверок ТПУ с пропускной способностью от 100 до 4000 м3/ч, приводятся сведения, подтверждающие осуществление полезной модели с получением вышеуказанного технического результата.
ЭПУ ТПУ состоит из двух модулей, конструктивно собранных на отдельных рамных конструкциях. Для обеспечения потока жидкости между технологическим оборудованием модулей и поверяемой ТПУ предусмотрены рукава высокого давления Ду50 и Ду25.
3
Модуль I установки для поверки ТПУ содержит следующее технологическое оборудование: мерник 1 эталонный шкальный 1-го разряда с пределами допускаемой основной погрешности 0.02% и номинальной вместимостью 1000 дм3, расположение которого обеспечивает свободный доступ к шаровым кранам, предназначенным для опорожнения и заполнения мерника; объемный счетчик жидкости (далее - счетчик-компаратор) 2 (камерный положительного вытеснения со значением среднеквадратичного отклонения случайной составляющей погрешности не более 0.015%, номинального расхода 6-60 м3/час, лопастной модели ST-75-SS), который одновременно является и преобразователем расхода (счетчик, расходомер, преобразователь расхода), который с помощью устройства сбора, обработки информации и регистрации результатов измерения (УОИ) рассчитывает и мгновенный расход (указатель расхода); преобразователи давления и температуры измерительной линии (участок трубопровода с установленными на нем счетчиком-компаратором, преобразователями температуры и давления, термометром и манометром) счетчика: преобразователь избыточного давления 3, характеризующийся верхним пределом измерения 1.0 МПа, пределом допускаемой основной погрешности 0.25% и выходным сигналом 4-20 мА, манометр 4 с верхним пределом измерений 1.0 МПа класса точности 0.6; преобразователь температуры 5 в комплекте с термосопротивлением класса А, характеризующийся погрешностью 0.2°С и выходным сигналом 4-20 мА, термометр 6 стеклянный с ценой деления 0.1°С (погрешность 0.2°С); электронасос центробежный 7 производительностью 5 м/ч и напором 46 м, предназначенный для слива воды из мерника; фильтр тонкой очистки 8, регулятор расхода 9 для установки значения поверочного расхода жидкости, запорную арматуру (краны и обратные клапаны) и устройство сбора, обработки информации и регистрации результатов измерения (УОИ)10 с блоком управления поверочной установкой. Мерник оснащен преобразователями температуры 20 и 21, установленными в термокарманах.
УОИ - комплекс измерительно-вычислительный ИМЦ-3 с пределами допускаемой основной погрешности измерений количества импульсов 0.01%, в состав которого входит счетчик импульсов, представляющий собой электронное устройство, которое подсчитывает количество импульсов, поступающих со счетчика-компаратора жидкости (преобразователя расхода) 2.
УОИ обеспечивает выполнение следующих основных функций:
- управление четырехходовым клапаном ТПУ, предназначенным для изменения направления жидкости ТПУ;
- прием сигналов:
- положения 4-х ходового клапана ТПУ,
- сигналов детекторов ТПУ,- импульсного сигнала счетчика жидкости,
- преобразователя давления измерительной линии счетчика-компаратора,
- преобразователя температуры измерительной линии счетчика-компаратора,
- преобразователя давления ТПУ
- преобразователя температуры ТПУ;
- преобразование параметров входных электрических сигналов в значения величин (температура, давление, количество импульсов) и их отображение их на дисплее УОИ;
- обеспечение ввода данных;
- обработку результатов измерений;
- индикацию текущих значений измеряемых величин;
- обработку результатов измерений;
- формирование, отражение и печать протоколов поверки.
3
3
Модуль II установки для поверки ТПУ содержит следующее технологическое оборудование: емкость-хранилище 11 для поверочной жидкости с номинальным объемом 11000 дм; электронасос 12 центробежный производительностью 70 м/ч и напором 80 м, предназначенный для подачи жидкости из емкости в ТПУ; регулятор расхода 13 для выбора оптимального режима работы насоса при остановке потока (разгрузка насоса); манометр 14 с верхним пределом измерений 1.0 МПа и классом точности 1.5 для измерения давления в измерительной линии; и запорную арматуру (краны 15, 16, 17, 18, 19 и обратные клапаны).
При изготовлении данной установки допускается применение других средств измерений с аналогичными или лучшими метрологическими характеристиками.
Все трубопроводы, переходы, фланцы, хомуты, фильтры, запорная арматура, обратные клапаны выполнены из антикоррозионных материалов, покрыты внутри и снаружи долговечным антикоррозионным составом.
Проведение поверки ТПУ осуществляют в нижеуказанном порядке при следующих условиях:
- температура окружающего воздуха, град. С
от 10 до 30
- поверочная жидкость
вода питьевая
- температура поверочной жидкости, град. С
от 10 до 30
- давление поверочной жидкости на выходе ТПУ, МПа, не менее
0,1
- содержание свободного газа в поверочной жидкости не допускается
- отклонение поверочного расхода от установленного значения в процессе проверки
<2,5%
- изменение температуры поверочной жидкости в ТПУ за время прохождения поршня в одном направлении (от одного детектора до другого)
<0,2 град С
- изменение температуры поверочной жидкости вблизи счетчика-компаратора жидкости за время заполнения мерника
<0,2 град С
Значение поверочного расхода (Q1, м3/ч), при котором определяют метрологические характеристики, и значение расхода (Q2, м3/ч), при котором производят контроль отсутствия протечек, устанавливают, исходя из следующих условий:
- значение расхода Q1 должно не менее, чем в 2 раза превышать значение Q2;
- значение расхода выбирают в пределах диапазона, в которых нормируются MX ТПУ.
1. Проводят подготовительные работы:
Наполняют емкость-хранилище поверочной жидкостью, количество которой должно исключить возможность захвата воздуха насосом. Открывают краны 15, 16, 17, включают насос 12 и с помощью регуляторов расхода 9 и 13 устанавливают через технологическую схему значение поверочного расхода жидкости Q1 согласно таблицы 1 (рекомендуемые поверочные расходы жидкости при поверке ТПУ).
Таблица 1
Условный диаметр калиброванного участка, мм
Q1,м<sup>3</sup>/ч
Q2, м<sup>3</sup>/ч
150-250
6.0-20.0
3.0-10.0
300-500
18.0-30.0
9.0-15.0
600-920
18.0-40.0
9.0-20.0
Выполняют несколько пусков шарового поршня ТПУ, открывая при этом воздушные вентили, установленные на ТПУ на верхних точках.
Согласно методики поверки, для корректного определения объема жидкости производят смачивание стенок мерника водой, для чего открывают кран 18 и закрывают кран 15. После заполнения мерника до номинальной вместимости, закрывают кран 18 и открывают кран 15. Открывают выходной кран 19 мерника и включают насос 7 для опорожнения мерника. После опорожнения мерника выключают насос 7, выдержав 1 мин., закрывают выходной кран 19 мерника.
2. Определяют метрологические характеристики (коэффициент преобразования) счетчика жидкости.
Определение метрологических характеристик счетчика жидкости выполняют двумя сериями по пять измерений в каждой. Первую серию выполняют перед определением метрологических характеристик ТПУ, вторую - после.
При установленном в соответствии с методикой измерений расходе Q1, закрывают кран 15, обнуляют текущее значение количества импульсов, сгенерированных счетчиком жидкости 2 и измеренных УОИ. Открывают кран 18 и выполняют заполнение мерника, контролируя процесс заполнения по шкале мерника и по количеству импульсов, сгенерированных счетчиком 2. В процессе заполнения мерника фиксируют значение температуры и давления поверочной жидкости в измерительной линии счетчика 2 жидкости. За значение температуры и давления во время измерения принимают средние арифметические значения в начале и конце заполнения мерника. После заполнения мерника закрывают кран 18, с дисплея УОИ считывают значение количества импульсов, сгенерированных счетчиком-компаратором и измеренных УОИ. Открывают кран 15. Через 1 минуту после заполнения мерника определяют объем воды в нем по шкале на горловине и снимают показания с преобразователей температуры 20 и 21, установленных в термокарманах мерника. Открывают выходной кран 19 мерника, включают насос 7 для слива воды. После слива воды из мерника выключают насос 7 и через 1 минуту закрывают сливной кран мерника.
В результате по определенному объему воды в мернике и сгенерированному за время его заполнения количеству импульсов счетчика-компаратора с учетомтемпературы и давления в его измерительной линии и температуры воды в мернике вычисляют коэффициент преобразования (отношение количества импульсов счетчика-компаратора к известному объему мерника) счетчика-компаратора. Начало и окончание процесса заполнения мерника и, соответственно, интервал генерирования импульсов счетчиком-компаратором определяется по сигналам детекторов ТПУ за время прохождения шаровым поршнем калиброванного участка ТПУ.
3. Определяют метрологические характеристики ТПУ.
Выполняют пуск шарового поршня ТПУ. При прохождении поршнем первого детектора в УОИ начинается, а при прохождении второго детектора заканчивается подсчет импульсов, поступающих со счетчика-компаратора. В процессе прохождения шаровым поршнем калиброванного участка ТПУ также фиксируют значения температуры и давления поверочной жидкости в 1 измерительной линии счетчика-компаратора и на входе и выходе ТПУ.
При поверке двунаправленных ТПУ предыдущие операции повторяют для движения шарового поршня в противоположном направлении.
Выполняют семь измерений.
4. Производят обработку результатов измерений метрологических характеристик ТПУ.
Вместимость измерительного участка ТПУ при стандартных условиях определяют согласно МИ 3155-2008 «Рекомендация. ГСОЕИ. Установки поверочные трубопоршневые. Методика поверки поверочными установками на базе мерника и объемного счетчика».
5. Проверяют отсутствия протечек, для чего устанавливают значение расхода Q2, выбранное для проверки отсутствия протечек в соответствии с таблицей, выполняют необходимые измерения для определения коэффициента преобразования счетчика-компаратора и вместимости измерительного участка ТПУ при стандартных условиях.
Таблица 2
Условный диаметр калиброванного участка, мм
Q1,м<sup>3</sup>/ч
Q2,м<sup>3</sup>/ч
150-250
6.0-20.0
3.0-10.0
300-500
18.0-30.0
9.0-15.0
600-920
18.0-40.0
9.0-20.0
С помощью регуляторов расхода 4 и 13 устанавливают выбранное значение поверочного расхода жидкости. В качестве указателя расхода используется объемный счетчик-компаратор 2.