Стенд для исследований накопления и выноса воды в трубопроводе

Полезная модель относится к области исследования гидравлики трубопроводного транспорта и предназначена для исследования процессов накопления и выноса воды в полости трубопровода.
В настоящее время процесс накопления воды в трубопроводе изучен недостаточно. Процесс накопления воды в трубопроводе напрямую зависит от множества факторов: режима течения жидкости, наличия воды в нефти, геодезических особенностей трассы трубопровода.
Определить существование «неподвижного» участка воды в трубопроводе посредствам датчиков давления, установленных на линейной части магистрального трубопровода, невозможно. При этом наличие отложения «неподвижного» участка воды в трубопроводе несет в себе как коррозийную опасность, так и механическую в случае замерзания. Под воздействием низкой температуры водяные полости могут образовывать «ледяные языки», что в свою очередь отрицательно влияет на эффективный диаметр трубопровода, а также может стать предпосылкой к авариям и/или инцидентам.
Также застревание средств очистки в местах образования «ледяных языков» приводит к внеплановым остановкам нефтепроводов, что приводит к дополнительным материальным затратам, а также может привести к экологической катастрофе.
Техническая проблема, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, состоит в создании стенда для исследования накопления и выноса воды в трубопроводе, предназначенного для проведения исследований процессов образования осаждения воды при различных профилях трубопровода стенда, а также проведение исследований режимов работы трубопровода, при которых происходит вынос воды в исследуемом трубопроводе.
Технический результат, достигаемый при реализации заявляемого изобретения, заключается в расширении функциональных возможностей средств для исследований процессов в трубопроводе за счет создания экспериментального стенда, обеспечивающего определение влияния профиля трубопровода на механизм отложения воды, определение режимов работы, при которых возможно осаждение воды, определение режимов работы, при которых достигается удаление воды из участка трубопровода.
Заявляемый технический результат достигается за счет того, что стенд для исследований накопления и выноса воды в трубопроводе включает в себя V-образную измерительную линию из прозрачного материала с восходящим и нисходящим участками, сопряженными посредством жесткой вставки под углом от 15° до 90°, подъемный механизм, обеспечивающим подъем V-образной измерительной линии на угол от горизонтальной поверхности в диапазоне от 0° до 90°, насос для закачки модельной жидкости, снабженный частотно-регулируемым приводом, расходную и приемную емкости для модельных жидкостей, расходную емкость для воды, соединенную с трубной обвязкой и измерительной линией в ее низшей точке, дозировочный насос, установленный на выходе расходной емкости для воды, поточный влагомер, установленный на входе измерительной линии, регулятор расхода и смеситель, последовательно установленные в трубной обвязке по ходу движения модельной жидкости на выходе измерительной линии, датчики давления, установленные на входе и выходе измерительной линии, расходомер, установленный на входе насоса для закачки модельной жидкости, комплект запорной арматуры, размещенной на трубной обвязке с возможностью регулирования подачи модельных жидкостей и воды.
Кроме того, в частном случае реализации полезной модели, подъемный механизм выполнен в виде гидроцилиндра.
Кроме того, в частном случае реализации полезной модели V-образная измерительная линия выполнен из акрила.
Кроме того, в частном случае реализации полезной модели в качестве расходомера используют ультразвуковой расходомер.
Кроме того, в частном случае реализации полезной модели жесткая вставка сопряжения восходящего и нисходящего участка V-образной измерительной линия выполнена съемной.
Полезная модель поясняется чертежами, на которых на фиг. 1 показана принципиальная схема стенда для исследования накопления и выноса воды; на фиг. 2 показан общий вид стенда для исследования накопления и выноса воды.
На чертежах позиции имеют следующие обозначения:
1 - насос для закачки модельной жидкости, 2, 3 - емкости для модельных жидкостей, 4 - дозировочный насос, 5 - поточный влагомер, 6 - регулятор расхода, 7 - измерительная линия, 8 - гидравлический цилиндр, 9 - сливной патрубок, 10 - смеситель, 11, 12 - запорная арматура (шаровые краны), 13 - емкость для воды, 14 - датчики давления, 15 - ультразвуковой расходомер.
Стенд для исследований накопления и выноса воды (фиг. 1) включает в себя трубную обвязку, содержащую V-образную измерительную линию 7 с нисходящим и восходящим участками, сопряженными посредством жесткой вставки под углом от 15° до 90°, насос 1 для закачки модельной жидкости, расходную емкость 2 и приемную емкость 3 для модельной жидкости, дозировочный насос 4, поточный влагомер 5, установленный на входе измерительного участка 7, регулятор расхода 6, гидравлический цилиндр 8 (фиг. 2), посредством которого осуществляется подъем V-образной измерительной линии 7 на заданный угол от горизонтальной поверхности в диапазоне от 0° до 90° в соответствии с целями эксперимента. Также стенд включает сливной патрубок 9, смеситель 10, шаровые краны 11 и 12, обеспечивающие регулирование подачи модельных жидкостей и воды, расходную емкость для воды 13, датчики давления 14 и ультразвуковой расходомер 15. При этом регулятор расхода 6 и смеситель 10 последовательно установлены в трубной обвязке по ходу движения модельной жидкости из V-образной измерительной линии 7, расходная емкость 13 для воды соединена с трубной обвязкой и измерительной линией 7 в ее низшей точке, дозировочный насос 4 установлен на выходе расходной емкости для воды 13, датчики давления 14 установлены на входе и выходе измерительной линии 7, ультразвуковой расходомер 15 установлены на входе насоса 1 для закачки модельной жидкости.
В качестве насоса 1 используют центробежный насос, снабженный частотно-регулируемым приводом (на чертежах не показано), что обеспечивает плавное изменение производительности.
V-образная измерительная линия 7 представляет собой трубопровод диаметром 100 мм, выполненный из прозрачного материала, например, акрила. Нисходящая и восходящая части измерительной линии 7 сопрягаются посредством сменных жестких вставок под углом от 15° до 90°.
Емкости 2 и 3 выполнены в виде бака с конусообразным дном, снабженным патрубком с шаровым краном (на чертежах не показано), предназначенным для полного опорожнения емкостей от модельной жидкости. Емкости 2 и 3 оснащены газоуравнительной системой (на чертежах не показана) для выравнивания давления в емкостях при проведении подготовительных технологических операций и исследовательских испытаний на стенде, а также дыхательными клапанами (на чертежах не показаны). Также емкости 2 и 3 снабжены датчиками и сигнализацией аварийных уровней модельных жидкостей (на чертежах не показаны).
Ультразвуковой расходомер 15 выполнен с возможностью измерения в диапазоне от 20 до 80 м3/ч.
Датчики давления 14 выполнены с функцией индикации и имеют диапазон измерений от 0 до 4,0 МПа.
В качестве модельной жидкости для проведения исследований используют жидкий парафин, моторные или растительные масла.
Стенд для исследований накопления и выноса воды в трубопроводе работает следующим образом
1. Исследование процесса накопления воды на пониженных участках трубопровода.
Перед началом исследования устанавливается угол наклона V-образной измерительной линии 7 посредством выбора жесткой вставки с углом в диапазоне от 15° до 90° и подъем V-образной измерительной линии на угол от горизонтальной поверхности в диапазоне от 0° до 90° в соответствии с планом эксперимента с помощью гидравлического цилиндра 8. Модельная жидкость, например, жидкий парафин или масло, подается по трубной обвязке насосом 1 из емкости 2 в измерительную линию 7. Для получения эмульсии с заданной обводненностью в трубную обвязку из емкости 13 с помощью дозировочного насоса 4 подают воду, при этом открывают шаровой кран 12. Объемное содержание воды в образовавшейся смеси «модельная жидкость - вода» в V-образной измерительной линии 7 контролируется с помощью поточного влагомера 5. Расход модельной жидкости регулируется с помощью насоса 1 и регулятора расхода 6. Для предотвращения расслаивания жидкого парафина/масла и воды при циркуляции по трубной обвязке за пределами V-образной измерительной линии 7, при проведении исследований по накоплению воды предусмотрен смеситель 10, установленный после измерительной линии 7. Расход модельной жидкости контролируется с помощью ультразвукового расходомера 15. Значения давления в V-образной измерительной линии 7 фиксируются с помощью датчиков давления 14.
Во время исследований визуально контролируют процесс накопления воды в низшей части (сопрягаемая вставка) V-образной измерительной линии 7. После прокачки по V-образной измерительной линии 7 смеси «модельная жидкость-вода» в количестве, заданном планом эксперимента, перекачка останавливается. Отслоившаяся вода через сливной патрубок 9, установленный в низшей части V-образной измерительной линии 7, сливается в мерную емкость (на чертежах не показана), и измеряется ее объем.
Исследования производятся при различных углах наклона V-образной измерительной линии 7, различных концентрациях воды в смеси с модельной жидкостью, различных производительностях перекачки и различных вязкостях модельной жидкости.
По результатам исследований будут установлены эмпирические зависимости скорости накопления воды от угла наклона профиля трубопровода, скорости течения жидкости, плотности и вязкости перекачиваемой жидкости, поверхностного натяжения на границе «модельная жидкость-вода» и т.д.
2. Процесс выноса воды с участка трубы.
Перед началом исследования устанавливается угол наклона V-образной измерительной линии 7 от горизонтальной поверхности в диапазоне от 0° до 90° в соответствии с планом эксперимента с помощью гидравлического цилиндра 8. Насосом 1 из емкости 2 производится заполнение V-образной измерительной линии 7 модельной жидкостью, например, жидким парафином или маслом.
С помощью дозировочного насоса 4 из емкости 13 в низшую часть (сопрягаемую вставку) V-образной измерительной линии 7 посредством открытия шарового крана 11 вводится вода, в количестве определенном планом эксперимента. Далее производится перекачка смеси «модельная жидкость - вода» по V-образной измерительной линии 7. Производительность перекачки определяется планом эксперимента и регулируется частотой вращения насоса 1 и регулятора расхода 6. Расход модельной жидкости контролируется с помощью ультразвукового расходомера 15. Значения давления в V-образной измерительной линии 7 фиксируются с помощью датчиков давления 14.
Прием модельной жидкости производится в емкость 3. По окончании эксперимента останавливается перекачка, через сливной патрубок 9 сливается остаток воды в мерную емкость, и измеряется ее объем.
Исследования производятся при различных углах наклона V-образной измерительной линии 7, различных начальных количествах воды, различных производительностях перекачки и различных вязкостях модельной жидкости.
По результатам исследований устанавливаются эмпирические зависимости выносной скорости от угла наклона профиля трубопровода, скорости течения жидкости, размеров скопления воды, плотности и вязкости перекачиваемой жидкости, поверхностного натяжения на границе «модельная жидкость-вода» и т.д.