Пикнометр металлический для эталона единицы плотности

Полезная модель относится к контрольно-измерительной технике, а именно к средствам измерений плотности жидкостей в широком интервале температур пикнометрическим методом.
Пикнометр металлический для эталона единицы плотности предназначен для измерений массы среды (нефти или нефтепродукта) прямым методом при известных объеме пустого пикнометра, давлении и температуре среды, окружающего воздуха с последующим вычислением (косвенным методом) плотности среды в целях проведения градуировки, поверки, калибровки, контроля метрологических характеристик поточных плотномеров в условиях эксплуатации.
Пикнометр применяется в составе эталона единицы плотности для поверки средств измерений плотности, предназначенного для градуировки, поверки, калибровки, контроля метрологических характеристик средств измерений плотности (поточных плотномеров), эксплуатируемых в составе систем измерений количества и показателей качества нефти и нефтепродуктов.
Принцип измерения плотности с использованием пикнометров основан на взвешивании известного объема измеряемой среды, отобранной в пикнометр из трубопровода, при температуре и давлении транспортирования по трубопроводу.
Плотность измеряемой среды, в частности нефти и нефтепродукта, находят из частного от деления разницы масс заполненного и пустого пикнометра на значение объема пикнометра (из его паспорта) при условиях отбора пробы жидкости, в частности нефти и нефтепродукта (с известными значениями температуры и давления). Отбор заданного объема измеряемой среды обусловлен конструкцией пикнометра, являющегося сосудом полного заполнения с известным объемом.
Массу пустого и заполненного пикнометра определяют взвешиванием методом замещения с использованием весов и набора гирь. Температуру измеряемой среды определяют в момент закрытия кранов пикнометров (отключения пикнометров от трубопровода) при помощи цифровых термометров, входящих в комплект эталона единицы плотности. Давление измеряемой среды определяют в момент закрытия кранов пикнометров по показаниям цифровых манометров.
Из уровня техники известны стеклянные пикнометры, применяемые при определении плотности жидкостей, изготовленные для нужд народного хозяйства и экспорта (ГОСТ 22524-77 «Пикнометры стеклянные»). Указанные пикнометры типа ПЖ1, ПЖ2, ПЖ3 представляют собой сосуд специальной формы в виде колбы с пробкой, изготовленные из прозрачного химико-лабораторного или медицинского стекла с нанесенными на внешнюю поверхность делениями для возможности визуального контроля объема наливаемой жидкости.
Недостатком указанных пикнометров является невозможность герметичного подключения к процессу (трубопроводам) и применение запорной арматуры при заполнении пикнометра (отсечение от трубопроводной обвязки блока измерений показателей качества нефти/нефтепродуктов), являющимися необходимыми условиями проведения метрологических работе поточными плотномерами.
Из уровня техники известны пикнометры металлические круглого поперечного сечения и цилиндрической формы, изготовленные из гладко отполированного, устойчивого к коррозии материала и снабженные плотно прилегающей крышкой с отверстием посередине. При этом внутренняя поверхность крышки должна быть вогнутой (ГОСТ 31992.1-2012 (ISO 2811-1:2011 «Материалы лакокрасочные. Метод определения плотности. Часть 1. Пикнометрический метод»).
Недостатком указанных пикнометров является невозможность герметичного подключения к процессу (трубопроводам) и применение запорной арматуры при заполнении пикнометра (отсечение от трубопроводной обвязки блока измерений показателей качества нефти/нефтепродуктов), являющимися необходимыми условиями проведения метрологических работе поточными плотномерами.
К наиболее близкому аналогу (прототипу) можно отнести пикнометр высокого давления, состоящий из цилиндрического резервуара, выполненного из нескольких свариваемых частей из нержавеющей стали, и двух запорных игл, расположенных на одной оси, по авторскому свидетельству SU 142798 А1, 1961 г. (ИА Мархасин, И.А. Фахреев, Г.П. Мейнцер).
3
Недостатком прототипа является невозможность обеспечения требуемой точности измерений (±0,1 кг/м - в соответствии с «Государственной поверочной схемой для средств измерений плотности») в расширенных диапазонах температуры от минус 25°С до 50°С и давления до 18,6 МПа в процессе эксплуатации пикнометра на протяжении всего срока его службы.
При этом на сегодняшний день существует потребность в измерении плотности нефти и нефтепродуктов в более широких диапазонах температуры и давления в условиях транспортировки нефти и нефтепродуктов по трубопроводу с соблюдением требований к точности измерений и ее сохранением на протяжении всего срока службы пикнометра.
Учитывая, что при измерении плотности пикнометрическим методом ее величину находят из частного от деления разницы масс заполненного и пустого пикнометра на значение объема пикнометра (из его паспорта), исключение и/или минимизация изменений массы и объема пикнометра во время его эксплуатации является важнейшим условием для обеспечения требуемой точности измерений на протяжении всего срока службы пикнометра.
Снижение точности измерений в течение срока службы пикнометра за счет изменения массы и объема в процессе его эксплуатации может быть вызвано изменением формы и шероховатости внутренней и внешней поверхностей пикнометра от воздействия нефти и нефтепродуктов с высокой и низкой температурой.
Задачей полезной модели является создание металлического напорного пикнометра для эталона единицы плотности, обладающего повышенными метрологическими и техническими характеристиками.
3
Технический результат заявленной полезной модели заключается в обеспечении требуемой точности измерений плотности нефти и нефтепродуктов (±0,1 кг/м - в соответствии с «Государственной поверочной схемой для средств измерений плотности») в расширенных (по сравнению с аналогами) диапазонах температуры от минус 25°С до 50°С и давления до 18,6 МПа в условиях транспортирования по трубопроводу в процессе эксплуатации пикнометра на протяжении всего срока его службы.
Задача решается, а технический результат достигается тем, что пикнометр металлический для эталона единицы плотности состоит из верхней и нижней частей (колб), соединенных между собой сварным круговым швом, каждая из которых снабжена запорным краном для заполнения и слива пробы жидкости, которые расположены соосно с пикнометром, а нижняя часть дополнительно оснащена аварийной предохранительной мембраной для сброса давления, при этом материалом для изготовления пикнометра является сплав нержавеющей стали с титаном.
Предпочтительно, если сплав нержавеющей стали с титаном представляет собой нержавеющую сталь 08Х17Н13М2Т с легирующей добавкой Ti (титан).
Также предпочтительно, если внутренняя и внешняя поверхности пикнометра имеют шероховатость Ra не более 0,1 мкм.
Кроме того, пикнометр может иметь сферическую или цилиндрическую форму.
Полезная модель поясняется графически, где на фиг. 1 изображен общий вид заявленного пикнометра цилиндрической формы, на фиг. 2 изображен общий вид заявленного пикнометра сферической формы, на фиг. 3 показаны пикнометры цилиндрической формы в термоизолирующем футляре, на фиг. 4 показаны пикнометры сферической формы в термоизолирующем футляре.
Позициями на фиг. 1-4 обозначены:
1 - верхняя часть (колба);
2 - нижняя часть (колба);
3 - запорный кран;
4 - сварной круговой шов;
5 - аварийная предохранительная мембрана;
6 - муфта;
7 - термоизолирующий футляр.
Пикнометр металлический для эталона единицы плотности состоит из верхней (1) и нижней (2) частей, выполненных в виде колб.
Верхняя (1) и нижняя (2) части (колбы) в местах, противоположных сопряжению друг с другом, т.е. кромкам для сварки, оснащены запорными кранами (3) для заполнения и слива жидкости. Верхняя (1) и нижняя (2) части (колбы) соединены между собой посредством сварного кругового шва (4), выполненного по ГОСТ 14771-76 «Дуговая сварка в защитном газе. Соединения сварные. Основные типы, конструктивные элементы и размеры».
Дополнительно в нижней части (2) пикнометра расположена аварийная предохранительная мембрана (5) для сброса давления.
Аварийная предохранительная мембрана (5) представляет собой заменяемое изделие, состоящее из корпуса, входного и уплотнительного колец и самой мембраны, защищающее пикнометр от превышения давления, выпускающее нефть или нефтепродукты наружу пикнометра при превышении допустимого давления. Мембрана разрушается при превышении предела допустимого давления.
3
В зависимости от геометрической формы составных частей - колб (2, 3) пикнометр может быть выполнен сферической или цилиндрической формы, имеет заранее известный объем, например, 1100 см и предназначен для полного заполнения жидкостью, в частности, нефтью или нефтепродуктами.
Запорные краны (3) пикнометра предназначены для заполнения и слива жидкости, могут представлять собой, например, краны конусного типа, включающие стальные конусовидные седла, прокладки и фторопластовые шайбы.
Отличительной особенностью заявленной полезной модели является то, что верхняя (1) и нижняя (2) части (колбы) пикнометра выполняются из сплава нержавеющей стали с титаном, предпочтительно стали 08Х17Н13М2Т с легирующей добавкой Ti (титан), путем вытачивания из металлической заготовки с последующей подготовкой кромок для сварки и механической обработкой внутренней и внешней поверхности до гладкого состояния, предпочтительно с шероховатостью Ra не более 0,1 мкм.
Запорные краны (3) также выполняются из сплава нержавеющей стали с титаном, например, стали 08Х17Н13М2Т с легирующей добавкой Ti (титан).
3
Применение в качестве материала для пикнометра сплава нержавеющей стали с титаном, предпочтительно стали 08Х17Н13М2Т с легирующей добавкой Ti (титан), позволяет обеспечить более высокую по сравнению с применяемой в аналогах нержавеющей сталью, например, AISI 316, механическую прочность и износостойкость пикнометра, что позволяет пикнометру сохранять неизменные значения параметров шероховатости внутренней поверхности под воздействием рабочих температур и давлений среды на протяжении всего срока эксплуатации, тем самым исключить изменение объема пикнометра и, следовательно, обеспечить требуемую точность измерения плотности нефти и нефтепродуктов (±0,1 кг/м - в соответствии с «Государственной поверочной схемой для средств измерений плотности») в расширенных диапазонах температуры от минус 25°С до 50°С и давления до 18,6 МПа в условиях транспортирования по трубопроводу в процессе эксплуатации пикнометра на протяжении всего срока его службы.
Шероховатость внешней и внутренней поверхности в пределах Ra не более 0,1 мкм позволяет уменьшить гидравлическое сопротивление пикнометра и исключить налипание асфальтосмолопарафинистых отложений, влияющих на массу пикнометра, и, таким образом, приводит к обеспечению точности измерений за счет исключения изменения массы пикнометров при их взвешивании. Также упрощается процесс промывки пикнометров.
Заявленный пикнометр металлический для единицы плотности функционирует следующим образом.
В эталоне единицы плотности пикнометры применяются в паре (пара одной формы). Перед началом измерений осуществляют промывку и сушку пикнометров. Далее осуществляют взвешивание пустых пикнометров по отдельности на весах методом сравнения с известной массой набора эталонных гирь. После взвешивания собирают запорные краны (3) и устанавливают их в верхней (1) и нижней (2) частях пикнометров. После чего осуществляют взвешивание незаполненных пикнометров в сборе с открытыми кранами (3) для определения их полной массы для использования в процедуре измерений.
Далее осуществляют соединение пикнометров между собой при помощи муфты (6), размещают соединенные пикнометры в термоизолирующем футляре (7) и подключают рукава высокого давления. Устанавливают термоизолирующий футляр (7) в вертикальном положении, располагая верхнюю часть пикнометра сверху, а нижнюю - снизу, и подсоединяют рукава к гидравлическому блоку. После чего осуществляют подключение собранного эталона единицы плотности к трубной обвязке поточного преобразователя плотности в блоке измерений показателей качества нефти (нефтепродуктов). Производят открытие запорных кранов пикнометров (3) и отбор пробы нефти или нефтепродукта. Закрывают запорные краны (3), сбрасывают давление в системе, отсоединяют, моют, сушат снаружи пикнометры и осуществляют взвешивание заполненных пикнометров.
Фиксируют результаты измерений массы пикнометров, давления и температуры среды и воздуха посредством средств измерений, входящих в состав эталона единицы плотности, сливают жидкость из пикнометров через запорные краны (3) и производят очистку компонентов пикнометров.
Плотность нефти или нефтепродукта вычисляют в соответствии с документом на поверку поточных преобразователей плотности на месте эксплуатации.
3
Заявленная полезная модель обеспечивает исключение изменений основных метрологических характеристик пикнометра - внутреннего объема и массы в процессе его эксплуатации в условиях транспортирования нефти и нефтепродуктов по трубопроводу с температурой в диапазоне от минус 25°С до 50°С и давлением до 18,6 МПа, что приводит к обеспечению требуемой точности измерений плотности нефти и нефтепродуктов (±0,1 кг/м - в соответствии с «Государственной поверочной схемой для средств измерений плотности») в расширенных (по сравнению с аналогами) диапазонах температуры от минус 25°С до 50°С и давления до 18,6 МПа в условиях транспортирования по трубопроводу в процессе эксплуатации пикнометра на протяжении всего срока его службы.