УСТАНОВКА ДЛЯ ПОВЕРКИ ВЛАГОМЕРОВ НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ

Настоящая полезная модель относится к испытательному оборудованию и может быть использована для проведения поверки (калибровки) поточных влагомеров нефти и нефтепродуктов, а также для испытания вновь разработанных средств измерения влагосодержания нефти и нефтепродуктов и приготовления поверочных жидкостей.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков устройством того же назначения является принятая за прототип известная (RU №36893) Установка для поверки влагомеров нефти и нефтепродуктов, представляющая собой циркуляционный контур последовательно соединенных трубопроводом накопительной емкости (бак смеситель), в которой циркулирует поверочная жидкость с заданными параметрами, с устройством устранения турбулентности потока, системы терморегулирования с датчиком температуры (измеритель температуры), устройства для регулировки скорости потока, связанного с насосом для перемешивания нефти и добавляемой воды, стыковочных узлов для крепления первичного преобразователя поверяемого влагомера.
К причинам, препятствующим получению нижеуказанного технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, следует отнести следующие его недостатки:
- наличие отдельных самостоятельных устройств для дегазации и устранения турбулентности потока жидкости с ручной регулировкой при помощи механических заслонок;
- использование системы терморегулирования, связанной с теплообменником, в которой происходит охлаждение теплоносителя (эмульсии) проточной водой от центрального водоснабжения;
- отсутствие устройства для контроля скорости потока жидкости в трубопроводе для последующего поддержания ее (скорости) требуемой величины.
Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, - модернизация испытательного оборудования нефтегазовой отрасли промышленности.
Основной технический результат, который может быть получен при осуществлении настоящей полезной модели, заключается в повышении точности и достоверности производимых измерений.
Указанный технический результат при осуществлении полезной модели достигается тем, что известная установка для поверки влагомеров нефти и нефтепродуктов, содержащая циркуляционный контур последовательно соединенных трубопроводом накопительной емкости, в которой циркулирует поверочная жидкость с заданными параметрами, с устройством для устранения турбулентности потока жидкости, устройства для регулировки скорости потока эмульсии, связанного с двигателем насоса, системы терморегулирования с датчиком температуры и стыковочные узлы для крепления первичного преобразователя влагомера, дополнительно содержит статический миксер, установленный на входе поверяемого влагомера, расходомер, используемый для контроля скорости потока поверочной жидкости, поддержание оптимальной величины которой производится устройством для регулировки скорости потока эмульсии, выполненным в виде частотного регулятора сети электропитания двигателя насоса, в качестве устройства для устранения турбулентности потока жидкости используется смеситель сепараторного типа, установленный на входе в накопительную емкость, а система терморегулирования содержит термостат с системой охлаждения, выполненной на термоэлементах Пельтье, и электронный терморегулятор, связанный с датчиком температуры.
Точность производимых на установке измерений зависит от степени однородности проходящей через первичный преобразователь влагомера поверочной эмульсии и чувствительности первичного преобразователя влагомера. С этой целью в заявляемой установке наряду с насосом для перемешивания жидкости используют смеситель сепараторного типа и установленный на входе влагомера статический миксер. Благодаря их использованию происходит более эффективное перемешивание (полное и равномерное) воды и нефти (нефтепродуктов), что способствует образованию «представительной» (достоверной) пробы. Чувствительность влагомера поддерживается установленным на его входе статическим миксером, при работе которого происходит обмывание стенок датчика, что способствует очищению его от загрязняющих фракций (парафин, битум, смолы и т.п.).
Достоверность производимых измерений зависит от стабильности снимаемых с первичного преобразователя показаний, которая в свою очередь зависит от достижения поверочной жидкостью оптимальной скорости циркуляции в трубопроводе, при которой поток эмульсии остается ламинарным и в течение поверки сохраняет свои свойства. Это достигается за счет применения расходомера, контролирующего расход поверочной жидкости, и поддержания требуемой величины скорости потока частотным регулятором (устройство регулировки скорости потока эмульсии) сети электропитания насоса.
Благодаря использованию в установке усовершенствованной системы автоматического терморегулирования, содержащей термостат с системой охлаждения, выполненной на термоэлементах Пельтье, и электронный терморегулятор, связанный с датчиком температуры, происходит быстрая стабилизация температуры поверочной жидкости в требуемом по условиям поверки диапазоне температур, что в конечном итоге также увеличивает точность и достоверность измерений, а также сокращает время проведения работ по поверке.
Преимущество использования смесителя сепараторного заключается также в совмещении им функций 2-х используемых для этих целей в прототипе устройств (турбулентности и дегазации) в одном, с добавлением функции перемешивания. Конструкция используемого смесителя способствует снижению скорости потока и, соответственно, устранению дополнительного образования воздушно-нефтяной смеси и турбулентности, а также перемешиванию воды и нефти.
Использование вышеперечисленных систем: статического миксера, автоматической системы терморегулирования, смесителя сепараторного типа позволяет реализовать установку в меньших габаритных размерах, упростить проведение процедур поверки влагомеров, что делает установку мобильной, способной к быстрой транспортировке на объект для оперативного проведения работ. Особенности конструкции установки облегчают проведение работ и повышают производительность труда (дополнительный технический результат).
В частных случаях выполнения установка может быть изготовлена во взрывозащищенном исполнении, что позволяет проводить поверку влагомеров непосредственно на объектах эксплуатации в нефтегазовой отрасли промышленности в опасных зонах, где возможно образование взрывоопасных смесей окружающего воздуха и газов.
Установка может быть дополнена увеличенной емкостью и автоматическим дозатором для поверки влагомеров сырой нефти с диапазоном содержания воды до 100%.
Перечень фигур, поясняющих сущность полезной модели:
- фиг.1 - блок-схема установки;
- фиг.2 - гидравлическая схема установки.
Ниже на конкретном примере исполнения Мобильной установки МТП-3 для поверки влагомеров нефти и нефтепродуктов приводятся сведения, подтверждающие возможность осуществления настоящей полезной модели. В тексте цифрами указаны ссылки на фиг.1, в скобках общепринятыми условными обозначениями - ссылки на фиг.2.
Мобильная установка МТП-3 (далее - установка) предназначена для проведения поверки (калибровки) поточных влагомеров нефти, входящих в состав блоков технологических Систем измерений количества и показателей качества нефти (СИКН). Установка представляет собой замкнутую систему трубопроводов, содержащую последовательно соединенные: накопительную емкость 1(УЗ), на входе которой установлен статический смеситель сепараторного типа 2 (Сп1), термостат 3 (ТС) с системой охлаждения и терморегулятором, насос 4 (Н1) с частотным регулятором сети электропитания двигателя 5, статический миксер 6 (Cm1) на входе поверяемого влагомера 7 (Вл1), расходомер 8 (УЗР), который служит для контроля расхода поверочной жидкости. В таблице приведены технические характеристики конструктивных элементов,
Таблица
Поз. обозн.
Наименование
Техническая характеристика
Кол.
Т1
Термометр цифровой малогабаритный ТЦМ 9410 ExiallATSX
Диапазон, °C -+10…+50 Разрешение, °С - 0,01
1
УЗ
Емкость
Объем, л - 10
1
Сп1
Сепаратор
Смеситель сепараторного типа
TC
Термостат
Охлаждающий на термоэлементах Пельтье
1
Н1
Насос центробежный СР 158
Напор, м - 23 Подача, м<sup>3</sup>/час - 5,4
УЗР
Стационарный расходомер для измерения скорости потока DMTF-B
Накладной, ультразвуковой Точность - 1% Диапазон скорости, м/с-0…12
1
Р1,Р2
Рукав гибкий
Двн=18 мм, Sст=2,8
2
Ст1
Статический миксер (смеситель)
Шнекового типа
1
Вл1
Влагомер (поверяемый)
Поточного типа для нефти и нефтепродуктов
1
Для проведения поверки влагомеров товарной и сырой нефти требуется наличие образцовых (аттестованных) поверочных жидкостей. На установке типа МТП-3 можно использовать готовые образцовые (аттестованные) поверочные жидкости или приготовлять образцовые жидкости методом добавления в емкость установки к обезвоженной нефти строго дозированные порции воды. Для влагомеров товарной нефти добавление воды производится последовательно с пересчетом добавленной воды к общему переменному объему поверочной жидкости. Для влагомеров сырой нефти в зависимости от диапазона измерения содержания воды добавляется вода в нефть или нефть в воду.
Абсолютная погрешность приготовления образцовых жидкостей, % объемные, не более:
с содержанием воды от 0 до 2% об.
0,025
с содержанием воды от 2 до 10% об.
0,05
с содержанием воды от 10 до 20% об.
0,10
с содержанием воды от 20 до 40% об.
0,25
Точность поддержания температуры жидкости, °С
±0,1
Принцип действия устройства.
Для приготовления образцовой поверочной жидкости накопительную емкость заполняют с помощью мерных цилиндров, входящих в комплект установки, определенным объемом обезвоженной нефти, взятой с места эксплуатации поверяемого влагомера. В зависимости от типа поверяемого влагомера остаточное содержание воды в обезвоженной нефти не должно превышать 0,1-0,5% об. Затем производят добавку воды механическим дозатором для получения требуемого ряда поверочных жидкостей с вышеуказанной погрешностью.
В начальной точке проводится совмещение показаний влагомера и, по мере добавления воды, рассчитывается его погрешность в диапазоне измерения влагосодержания. В случае превышения предела допускаемой погрешности, проводится калибровка влагомера и повторное измерение до получения приемлемых результатов.
При измерении начального влагосодержания нефти используются эталонный влагомер товарной нефти типа ЭУДВН-1л или данные химико-аналитической лаборатории.
Накопительная емкость 1 (УЗ), в которой циркулирует поверочная жидкость с заданными параметрами, выполнена в виде цилиндрического бака с входным отверстием в его боковой части и выходным отверстием в днище воронкообразной формы. Входное отверстие может быть также выполнено и в нижней части емкости - на конусообразной поверхности воронки. Ввод поверочной жидкости в накопительную емкость осуществляется через установленный на входе накопительной емкости смеситель сепараторного типа (далее - сепаратор) 2 (Сп1), в качестве которого используется устройство, выполненное в виде стакана с отверстиями в дне и на его боковой поверхности. Количество и диаметр отверстий сепаратора зависит от типа применяемых поверочных жидкостей и объема используемой накопительной емкости и определяется опытно-расчетным путем. Конструкция сепаратора способствует снижению скорости потока и, соответственно, устранению дополнительного образования воздушно-нефтяной смеси и турбулентности, а также перемешиванию воды и нефти. Удаление свободного воздуха и растворенных газов (дегазация) происходит с открытой поверхности жидкости в накопительной емкости после попадания туда мелких струй жидкости из сепаратора.
Дополнительное перемешивание жидкости для повышения достоверности показаний влагомера производится установленным перед влагомером 7 (Вл1) статическим миксером (далее - миксер) 6 (Cm1). Миксер имеет смесительную камеру в виде участка трубопровода с увеличенным диаметром со специальными лопастями, соединенными в виде шнека. Длина и форма шнековых лопастей подбираются в зависимости от диаметра трубопровода и скорости потока жидкости. В миксере происходит перемешивание и закручивание потока жидкости перед попаданием ее во влагомер, то есть на чувствительные элементы первичного преобразователя. Поток жидкости в трубе встречает на своем пути лопасти, которые разбивают его на несколько струй и закручивают, придавая вращательное движение. В результате этого не только происходит дополнительное перемешивание, но и эффективное очищение первичного преобразователя влагомера.
В качестве насоса в данной конкретной установке используется реверсивный электронасосный агрегат СР-158 с частотным управлением (частотный регулятор электродвигателя насоса Mitsubishi FR-D740) для регулировки скорости потока циркулирующей в системе жидкости. Регулирование скорости потока производится в два этапа: сначала на больших оборотах двигателя достигается перемешивание составляющих жидкости, затем на пониженных оборотах создается равномерный ламинарный поток для проведения измерений.
Контроль расхода поверочной жидкости с целью последующего поддержания требуемой (оптимальной) величины скорости потока производится расходомером 8 (УЗР), который устанавливается в любом конструктивно подходящем месте на прямом участке трубопровода. В данной конкретной установке используется установленный перед входом в накопительную емкость ультразвуковой расходомер DMTF-B с накладными датчиками, которые хомутами крепятся на трубу на входе в накопительную емкость. Главным преимуществом УЗР является то, что он не включается непосредственно в поток, контролирует расход через стенки трубопровода и, тем самым, не создает дополнительного сопротивления потоку и не загрязняется.
За счет интенсивного перемешивания поверочной жидкости насосом происходит постоянный рост ее температуры. Охлаждение и поддержание температуры поверочной жидкости в определенном диапазоне производится в соответствии с методиками калибровки и поверки влагомеров системой терморегулирования, содержащей термостат 3 (ТС) с системой охлаждения на термоэлементах Пельтье и электронный терморегулятор (на фиг. не показан). Терморегулятор связан с датчиком температуры, который устанавливается в трубопровод на выходе электронасосного агрегата и снабжает терморегулятор информацией о температуре поверочной жидкости в зоне расположения самого термодатчика непосредственно после насоса. Эффективное охлаждение поверочной жидкости происходит в термостате, представляющем собой участок трубопровода с прямоугольным сечением, на боковых стенках которого монтируются термоэлементы, которые при подаче на них постоянного напряжения питания производят охлаждение стенок трубопровода. Для эффективной работы термоэлементов их обратная сторона, через которую происходит теплоотдача во внешнюю среду, снабжена радиаторами, рассеивающими тепло. Дополнительно на радиаторы с целью уменьшения их габаритных размеров помещены охлаждающие миниатюрные вентиляторы (кулеры). Для точного измерения температуры поверочной жидкости служит эталонный термометр Т1 (на фиг.1 не показан).
Сигнал с первичного преобразователя влагомера, установленного в трубопроводе между соответствующими фланцевыми (муфтовыми) соединениями (стыковочные узлы), поступает на связанное с ним вторичное устройство для обработки информации и преобразования результатов измерения влагосодержания в процентные показатели содержания воды в жидкости (нефти).
Взрывозащищенность установки обеспечивается применением оборудования во взрывозащищенном исполнении:
- Насос - 2 ExdellBT4;
- Термометр цифровой малогабаритный - ExiallAT6 X;
- Преобразователь расхода -1 ЕхсllCT6 Х
- Пост взрывозащищенный (командный и сигнализирующий прибор типа 8040/1361Х09) - 2ExdellCT6…T4.
Материалы корпуса установки, примененные в конструкции (сталь, текстолит), обеспечивают фрикционную искробезопасность.
Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при осуществлении заявленной полезной модели следующих условий:
- средство, воплощающее устройство при его осуществлении, предназначено для использования в нефтегазовой отрасли промышленности;
- для заявленного устройства в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте формулы, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке и известных до даты приоритета заявки средств и методов;
- средство, воплощающее заявленную полезную модель при его осуществлении, способно обеспечить достижение вышеуказанного заявителем технического результата.