ВИБРАЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО С ФУНКЦИЕЙ САМООЧИСТКИ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЛОТНОСТИ ИЛИ ВЯЗКОСТИ ТЕКУЩЕЙ НЕФТИ

Полезная модель относится к вибрационным устройствам для определения плотности или вязкости текущей нефти и может быть использована в нефтяной промышленности.
Известны вибрационные устройства для определения плотности среды, в том числе, текущей среды, например нефти, содержащие резонатор и измеряющие функционально связанную с плотностью частоту (период) собственных колебаний резонатора в среде. Резонатор может быть выполнен в виде металлической трубки (стр. 129-130 второго тома Учебника для вузов «Трубопроводный транспорт нефти», изд. - М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2006 г.. - Т.2. - 621 с: ил.). Для получения и восприятия вибраций резонатора с последующим их преобразованием в электрический сигнал вибрационное устройство содержит колебательную систему на основе, например, возбуждающей и приемной электромагнитных катушек (рис. 1.25 на стр. 130 второго тома Учебника для вузов «Трубопроводный транспорт нефти», изд. - М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2006 г.) или возбуждающих и приемных пьезоэлектрических элементов (патент РФ № 151456 на полезную модель, МПК G01N 9/00, опубл. 10.04.2015 г.).
Указанные вибрационные устройства могут измерять также вязкость среды, так как вязкость находится в зависимости от затухания колебаний резонатора (стр. 132, абзац 2 второго тома Учебника для вузов «Трубопроводный транспорт нефти», изд. - М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2006).
Резонатор в виде металлической трубки может быть установлен в опоре с закреплением обоих концов (патент США № 7520162, МПК G01N 11/16, G01F 1/86, опубл. 21.04.2009 г.) или одного конца при свободном другом (консольное закрепление) (патент РФ № 2024841 на изобретение, МПК G01N 9/32, опубл. 15.12.1994 г.; патент РФ № 2526297 на изобретение, МПК G01N 9/00, опубл. 2.08.2014 г.; патент РФ № 151456 на полезную модель, МПК G01N 9/00, опубл. 10.04.2015 г.). В отличие от закрепления обоих концов, при консольном закреплении контролируемая среда омывает не только внутреннюю, но и внешнюю сторону металлической трубки (резонатора), что обеспечивает равномерное давление среды на ее стенку и снижение зависящей от давления погрешности измерений плотности или вязкости.
Если средой является текущая нефть, то в процессе эксплуатации на стенках металлической трубки (резонатора) образуются асфальто-смолистые и парафиновые отложения, которые искажают измерения вибрационного устройства. Причем при консольном закреплении образование асфальто-смолистых и парафиновых отложений на металлической трубке (резонаторе) происходит значительно быстрее, чем при закреплении ее обоих концов.
Удаление асфальто-смолистых и парафиновых отложений производится двумя способами: во-первых, прокачкой растворителя через металлическую трубку (резонатор), во-вторых, очисткой вручную с разборкой вибрационного устройства. При первом способе необходима схема подачи растворителя через байпас, что является дорогостоящим мероприятием. Второй способ трудоемок и долог.
Вибрационное устройство (патент РФ № 2024841, МПК G01N 9/32, опубл. 15.12.1994 г.), принятое за наиболее близкий аналог (прототип), используется, «когда требуется измерить плотность, вязкость жидкостей или их комбинацию». Устройство содержит металлическую трубку («полый цилиндрический резонатор») (фиг. 1-3 патента РФ № 2024841) с входным и выходным отверстиями на торцах. Металлическая трубка (резонатор) закреплена консольно (то есть одним концом) во фланце, установленном в корпусе. Для инициирования вибраций металлической трубки и их преобразования в электрический сигнал вибрационное устройство включает колебательную систему на основе пьезоэлектрических элементов, расположенных на фланце. Как было указано выше, при консольном закреплении трубки на ней происходит быстрое образование асфальто-смолистых и парафиновых отложений, искажающих измерения вибрационного устройства.
Задачей полезной модели является повышение надежности работы вибрационного устройства для определения плотности или вязкости текущей нефти, в котором резонатор выполнен в виде металлической трубки, закрепленной консольно одним концом в опоре при свободном другом конце этой трубки.
Технический результат заключается в обеспечении нагрева металлической трубки (резонатора) до температуры, при которой происходит размягчение образующихся на ней асфальто-смолистых и парафиновых отложений с последующим смывом этих отложений нефтью, набегающей на металлическую трубку (резонатор).
Как и наиболее близкий аналог (прототип), устройство для определения плотности или вязкости текущей нефти содержит металлическую трубку с торцевыми входным и выходным отверстиями для нефти, закрепленную одним концом в опоре при свободном другом конце, снабженную колебательной системой, которая выполнена с возможностью инициирования вибраций указанной трубки и их преобразования в электрический сигнал.
В отличие от наиболее близкого аналога (прототипа), заявляемое устройство содержит нагревательный индуктор, охватывающий свободный конец упомянутой трубки с образованием между ними промежутка для сквозного прохода нефти и выполненный с возможностью подключения к источнику переменного тока высокой частоты.
Для того чтобы обеспечить равномерное расплавление асфальто-смолистых и парафиновых отложений на внешней стороне металлической трубки, расстояние между металлической трубкой и нагревательным индуктором в плоскости поперечного сечения упомянутой трубки одинаково.
Устройство изображено на фигуре со следующими обозначениями:
1 - металлическая трубка, 2 - входное отверстие металлической трубки, 3 - выходное отверстие металлической трубки, 4 - корпус, 5 - фланец, 6 - колебательная система, 7 - электрические выводы колебательной системы, 8 - нагревательный индуктор, 9 - промежуток между металлической трубкой и нагревательным индуктором, 10 - элемент электрической изоляции, 11 - электрические выводы нагревательного индуктора.
Устройство для определения плотности или вязкости текущей нефти содержит металлическую трубку 1, на одном торце которой для прохода нефти имеется входное отверстие 2, а на другом - выходное отверстие 3.
Металлическая трубка 1 закреплена консольно одним концом в опоре при свободном другом конце трубки 1. На фигуре показано, что металлическая трубка 1 закреплена консольно внутри жесткого корпуса 4 с помощью фланца 5. Для инициирования вибраций металлической трубки 1 и их преобразования в электрический сигнал, на основании которого вычисляют плотность или вязкость, либо их комбинацию, в заявляемом устройстве предусмотрена колебательная система 6. В конкретном исполнении колебательная система 6 содержит пьезоэлектрические элементы, которые с помощью электрических выводов 7 подключены к электронному преобразователю (на фигуре не показан). Вместо пьезоэлектрических элементов колебательная система 6 может быть выполнена на основе катушек индуктивности.
Заявляемое устройство содержит нагревательный индуктор 8, охватывающий свободный конец металлической трубки 1 с образованием между ними промежутка 9 для сквозного прохода нефти. Кроме того, нагревательный индуктор 8 выполнен с возможностью подключения к источнику переменного тока высокой частоты (на фигуре не показан). Нагревательный индуктор 8 с блоком конденсаторов (на фигуре не показаны) входит в состав резонансного контура, образующего вместе с источником переменного тока высокой частоты (на фигуре не показан) индукционный нагреватель.
В конкретном исполнении нагревательный индуктор 8 представляет собой катушку индукционного нагрева, через пустотелый центр которой пропущен свободный конец металлической трубки 1. Катушка индукционного нагрева (нагревательный индуктор) 8 установлена в корпусе 4 и электрически изолирована от него (позиция 10 на фигуре). Выбор диаметра катушки индукционного нагрева (нагревательного индуктора) 8, ее длины и расположения относительно металлической трубки 1 и фланца 5 обеспечивает образование между металлической трубкой 1 и катушкой индукционного нагрева (нагревательным индуктором) 8 такого промежутка 9, по которому нефть свободно проходит с выходом из него наружу. Подключение катушки индукционного нагрева (нагревательного индуктора) 8 к источнику переменного тока высокой частоты (на фигуре не показан) осуществляют за счет электрических выводов 11.
Устройство работает следующим образом.
Нагревательный индуктор 8 вводят в работу, подключая с помощью электрических выводов 11 к источнику переменного тока высокой частоты (на фигуре не показан). Вокруг нагревательного индуктора 8 возникает электромагнитное поле, наводящее в металлической трубке 1 вихревые токи высокой частоты, которые разогревают поверхность металлической трубки 1. Нагревательный индуктор 8 обеспечивает нагрев металлической трубки 1 до температуры, при которой на ней происходит размягчение асфальто-смолистых и парафиновых отложений с их последующим смывом за счет потока набегающей на металлическую трубку 1 нефти. Факторами, связанными с обеспечением смыва (удаления) асфальто-смолистых и парафиновых отложений, являются соответствующий выбор конструкции нагревательного индуктора 8 и его намоточного провода; мощности, частоты и амплитуды тока источника переменного тока высокой частоты. Установлено, что удаление (смыв) асфальто-смолистых и парафиновых отложений путем индукционного нагрева осложняется при увеличении расхода нефти и снижении ее температуры, причем температура нефти влияет в меньшей степени, чем расход, из-за свойств нефти, связанных с теплопереносом. Нагрев может происходить в течение, например, 20 секунд одно- или многократно до полного смыва (удаления) асфальто-смолистых и парафиновых отложений. Для профилактики отложений возможно однократное включение нагревательного индуктора 8, например один раз в час или один раз в минуту.
Нефть способствует охлаждению металлической трубки 1 после удаления асфальто-смолистых и парафиновых отложений и одновременно служит охлаждающей жидкостью для нагревательного индуктора 8, предотвращая его перегрев.
Магнитная индукция в металлической трубке 1 и, следовательно, ток ее нагрева зависят от величины и равномерности промежутка 9 между ней и нагревательным индуктором 8. Под равномерным промежутком 9 понимается промежуток, где расстояние между нагревательным индуктором 8 и металлической трубкой 1 одинаково в плоскости поперечного сечения металлической трубки 1. При равномерном промежутке 9 размягчение асфальто-смолистых и парафиновых отложений на внешней стороне металлической трубки 1 происходит равномерно.
Таким образом, в заявляемом устройстве обеспечивается нагрев металлической трубки (резонатора) до температуры, при которой происходит размягчение образующихся на ней асфальто-смолистых и парафиновых отложений с последующим смывом этих отложений нефтью, набегающей на металлическую трубку (резонатор). Заявляемое устройство за счет введения в его конструкцию индукционного нагревателя 8 приобретает способность самоочищаться от асфальто-смолистых и парафиновых отложений.