СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЛИЧЕСТВА ФЕРРОМАГНИТНЫХ ЧАСТИЦ В ПОТОКЕ ЖИДКОСТИ ИЛИ ГАЗА И УСТРОЙСТВО ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF DETERMINING NUMBER OF FERROMAGNETIC PARTICLES IN LIQUID OR GAS STREAM

Изобретение относится к производству фильтров для улавливания твердых частиц с содержанием ферромагнитных примесей и может быть использовано для количественной оценки в закрытых трубопроводах ферромагнитных частиц в жидкости и газе.
Известен кольматажер (см. Шайдаков В.В., Малахов А.И., Емельянов А.В., Лаптев А.Б., Чернова К.В. Механические примеси в добываемой и транспортируемой продукции нефтяных и газовых месторождений // IV Конгресс нефтегазопромышленников России. Секция Н. «Наука и образование в нефтегазовом комплексе»: Сб. науч. ст. - Уфа: Изд-во УГНТУ, 2003 - с.12-132), состоящий из установленного параллельно трубопроводу цилиндрического корпуса, внутри которого помещен фильтрующий элемент, представляющий собой набивку из кварцевого песка, ограниченную по краям сетками и опорными перфорированными шайбами. На торцевых поверхностях цилиндрического корпуса посредством резьбового соединения установлены крышки, к которым крепятся подводящая и отводящая трубки.
Недостатками являются отсутствие возможности количественно оценить ферромагнитные частицы механических примесей определенного размера; отсутствие возможности корректно определить долю примесей в жидкости из-за уменьшения скорости потока, проходящего через кольматажер в результате увеличения гидравлического сопротивления в процессе забивания фильтрующего элемента механическими примесями; непродолжительная экспозиция кольматажера в потоке жидкости, связанная с быстрым уменьшением проницаемости фильтрующего элемента, вызванным его забиванием.
Известен способ определения количества ферромагнитных частиц в потоке жидкости или газа (см. патент РФ №2349900, МПК G01N 15/06. Опубл. 20.03.2009 г. Бюл. №8), включающий установку параллельно трубопроводу съемных элементов с магнитной системой, через которые проходит часть потока, транспортируемого по трубопроводу, взвешивание их до и после прохождения потока жидкости или газа, при этом устанавливаются один или несколько съемных элементов с магнитной системой, позволяющих пропускать жидкость или газ на разных уровнях трубопровода.
Недостатком является энергоемкость процесса определения количества ферромагнитных частиц на различных уровнях трубопровода из-за необходимости установки нескольких съемных элементов, а также невысокая точность измерений при взвешивании, вследствие отсутствия регламентирования отбора ферромагнитных частиц. Так как конечное взвешивание осуществляется после освобождения съемного элемента от оставшейся жидкости или газа, в которой также может находиться некоторое количество неучтенных ферромагнитных частиц.
Технической задачей предлагаемого изобретения является снижение энергоемкости и повышение точности определения количества ферромагнитных частиц в потоке жидкости или газа, транспортируемых в трубопроводе.
Технический результат достигается тем, что способ определения количества ферромагнитных частиц в потоке жидкости или газа, включающий установку перпендикулярно трубопроводу съемного элемента с магнитной системой, через которую проходит часть потока, транспортируемого по трубопроводу, пропускание жидкости или газа через съемный элемент, регулируемый отбор ее с ферромагнитными частицами для последующего их взвешивания, при этом съемный элемент состоит из цилиндрического корпуса с фланцами ввода и вывода жидкости или газа, а фланец ввода герметично соединен с трубкой отбора, расположенной внутри трубопровода и перемещающейся в поперечном сечении ее от горизонтальной оси до внутренней поверхности, и для синхронного совместного перемещения соединенной посредством телескопической тяги с постоянным магнитом, кроме того, магнитная система состоит из постоянного магнита, вертикально перемещающегося по наружной поверхности цилиндрического корпуса съемного элемента, и ферромагнитной жидкости, образующей при контакте с постоянным магнитом пленку, которая в виде поршня разделяет цилиндрический корпус на нижнюю камеру для отбора и верхнюю камеру для последующего взвешивания жидкости или газа с ферромагнитными частицами.
На фиг.1 приведена схема установки съемного элемента с магнитной системой для осуществления способа определения количества ферромагнитных частиц в потоке жидкости или газа: а) отбор жидкости или газа, движущегося по трубопроводу из потока в верхнем положении у внутренней поверхности, б) то же самое по центру трубопровода.
Перпендикулярно горизонтальной оси трубопровода 1 установлен съемный элемент 2, состоящий из цилиндрического корпуса 3 с фланцами ввода 4 и вывода 5 контролируемого потока жидкости или газа, при этом фланец ввода 4 соединен с трубкой отбора 6, обеспечивающий поступление частиц потока с различного уровня: от центра горизонтального трубопровода 1 до его внутренней поверхности. При этом трубка отбора 6 соединена телескопической тягой 7 с постоянным магнитом 8, расположенным на наружной поверхности цилиндрического корпуса 3. Магнитная система представляет собой постоянный магнит 8 и пленку 9 из ферромагнитной жидкости, расположенной внутри цилиндрического корпуса 3, которая в виде поршня разделяет внутреннюю емкость цилиндрического корпуса 3 на нижнюю камеру 10 для перемещения через фланец ввода 4 и вывода 5 исследуемого потока жидкости или газа и верхнюю камеру 11 для сбора и последующего определения, например, взвешиванием количества ферромагнитных частиц, отобранных из нижней камеры 10.
На фланцах ввода 4 и вывода 5 установлены вентили 12 и 13 для перекрытия потока жидкости или газа.
Заявляемый способ действует следующим образом.
Сначала съемный элемент 2 взвешивают с магнитной системой, а затем с помощью фланцев 4 и 5 устанавливают его перпендикулярно горизонтальной оси трубопровода 1. При этом фланец 4 дополнительно соединяют с трубкой отбора 6, которая установлена таким образом, что отбор жидкости или газа осуществляется с центральной горизонтальной оси трубопровода 1, и открывают вентили, сначала 12, потом 13 на фланцах 4 и 5. В результате воздействия скоростного напора (динамического давления) жидкости или газа телескопическая тяга 7 перемещает по вертикали постоянный магнит 8 и соответственно пленку 9, увеличивая объем нижней камеры 10 до размеров, обеспечивающих беспрепятственное пропускание жидкости с максимальным расходом (что соответствует максимальному скоростному напору потока в зоне расположения трубки отбора 6), ее через фланцы ввода 4 и вывода 5 при открытых вентилях 12 и 13, т.е. без возрастания гидравлического сопротивления съемного элемента 2, что определяется экспериментально в зависимости от вязкости исследуемого потока (см., например, Чугуев P.P. Гидравлика энергии. 1975, - 600 с., ил.).
В случае наличия ферромагнитных частиц любых размеров, а следовательно, и увеличения массы исследуемого потока, который при наличии ферромагнитных частиц переходит в состояние двухкомпонентного потока с возрастанием давления, представляющим собой суммарный динамический напор: собственно динамический напор жидкости или газа и дополнительно - движущиеся ферромагнитные частицы (см., например, Седов Л.И. Механика сплошных сред. М.: Недра, 1970, - 469 с., ил.).
В результате в нижней камере 10 повышается давление, и пленка 9 разрывается, сбрасывая ферромагнитные частицы с жидкостью или газом в верхнюю камеру 11. Здесь ферромагнитные частицы или накапливаются до определенного количества, а потом взвешиваются, или же непрерывно взвешиваются, что осуществляется известными способами контроля, и в предлагаемой заявке не рассматриваются.
По мере необходимости определяется концентрация ферромагнитных частиц: на различных уровнях по сечению трубопровода 1 трубка отбора 6 перемещается перпендикулярно потоку движущейся жидкости или газа, что позволяет осуществить отбор на различных уровнях. В связи с тем, что скорость динамического напора от центра трубопровода 1 к внутренней его поверхности уменьшается, следовательно, и уменьшается воздействие на телескопическую тягу 7, тогда и высота подъема постоянного магнита 8 снижается. В этом случае объем нижней камеры 10 также уменьшается и пропорционально уменьшается величина части потока жидкости или газа, проходящего через фланцы 4 и 5 с вентилями 11 и 12.
Наличие ферромагнитных частиц в исследуемой жидкости или газе приводит к возрастанию давления в нижней камере 10, а так как ее объем уменьшается, то и разрыв пленки 9 осуществляется при меньшем возрастании давления с последующим отбором в верхнюю камеру 11 ферромагнитных частиц для последующего взвешивания.
Следовательно, использование телескопической тяги 7, соединяющей трубку отбора 6 с постоянным магнитом 8 для синхронного перемещения ферромагнитной пленки 9 и, соответственно, изменения объема нижней камеры 10 в зависимости от уровня проводимого отбора жидкости или газа с ферромагнитными частицами из трубопровода 1, позволяет более точно оценивать количественные показатели по наличию загрязнений в движущемся потоке.
Для отключения от процесса измерения количества ферромагнитных частиц съемный элемент 2 перекрывает вначале вентиль 4, потом вентиль 5.
Оригинальность предлагаемого технического решения по повышению качественной оценки определения количества ферромагнитных частиц и снижения энергоемкости отбора части потока жидкости или газа с разных уровней трубопровода обеспечивается тем, что улавливание частиц любого размера, а следовательно, и массы достигается путем разрыва ферромагнитной пленки, входящей в магнитную систему, в процессе пропускания части движущегося потока жидкости или газа и последующего накопления для измерения, например, взвешиванием. При этом отбор части потока жидкости или газа осуществляется с использованием одного съемного элемента, обеспечивающего качественную оценку количественного наличия ферромагнитных частиц на любом уровне трубопровода.