Установка для калибровки, поверки и контроля метрологических характеристик поточных плотномеров нефти и нефтепродуктов

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к измерительной технике, применяемой при сдаче, приемке и трубопроводной транспортировке нефти, нефтепродуктов, а именно к оборудованию для калибровки, поверки и контроля метрологических характеристик (КМХ) поточных средств измерений плотности (преобразователей плотности, плотномеров) нефти и нефтепродуктов.
Уровень техники
При патентном поиске и анализе уровня техники не обнаружены специализированные устройства для калибровки, поверки и КМХ плотномеров жидкости. Однако, известны устройства (установки) для калибровки, поверки и КМХ других средств измерений - расхода (объемного или массового), содержания воды в нефти, вязкости, которые могут рассматриваться как аналоги.
Так известна установка для калибровки, поверки и испытаний счетчиков и расходомеров ([1] патент на полезную модель RU 134637, МПК G01F 25/00, опубл. 20.11.2013), содержащая циркуляционный контур, выполненный из трубопроводов, по которому прокачивают насосом поверочную жидкость (в данном случае - воду). В циркуляционный контур включены: насос (с байпасной линией, содержащей регулятор расхода и запорный кран), бак-накопитель, ресивер, блок эталонных расходомеров, испытательный стол, на который устанавливают поверяемый прибор, блок регулировки, запорная и регулирующая арматура. В контур может быть включено также весоизмерительное устройство (зарезервировано на байпасе перед возвратом поверочной жидкости в бак-накопитель), содержащее весовой бак. В составе установки имеется информационно-измерительная система, обеспечивающая прием информации от испытываемых и эталонных приборов и дальнейшую ее обработку по заданному алгоритму.
Описанная установка удовлетворяет общему требованию к большинству поверочных установок - она содержит циркуляционный контур, по которому можно длительно прокачивать жидкость при заданных режимах потока. Кроме того, имеется насос и блок регулировки потока поверочной жидкости, информационно-измерительная система, обеспечивающая прием и обработку информации. В остальном состав данной установки не удовлетворяет задаче испытаний средств измерений плотности: отсутствуют средства подачи поверочных жидкостей различной плотности и физико-химического состава, отсутствуют средства регулирования и поддержания температуры поверочной жидкости.
Известен узел измерения вязкости нефти ([2] патент на полезную модель RU 98816, МПК G01N 11/16, опубл. 27.10.2010), предназначенный для использования в системах измерений количества и показателей качества нефти. Узел устанавливают в трубопроводной обвязке блока измерения качества нефти, при этом он может быть использован для поверки рабочего вискозиметра по эталонному. Но, в соответствии с основным назначением узла, в нем не предусмотрена подготовка поверочных жидкостей различной плотности и физико-химического состава, т.е. невозможно провести калибровку рабочего вискозиметра в заданном диапазоне этих параметров.
Наиболее близким аналогом по совокупности существенных признаков является установка для поверки влагомеров нефти и нефтепродуктов ([3] патент на полезную модель RU 92962, МПК G01N 33/22, опубл. 10.04.2010), которая содержит циркуляционный контур, включающий последовательно соединенные трубопроводом накопительную емкость, в которой приготовляют поверочную жидкость с заданными параметрами, с устройством для устранения турбулентности потока жидкости, насос с частотным регулятором скорости потока эмульсии, систему терморегулирования с датчиком температуры и стыковочные узлы для крепления влагомера (его первичного преобразователя), статический миксер, установленный на входе влагомера, расходомер, используемый для контроля скорости потока поверочной жидкости, поддержание оптимальной величины которой производится частотным регулятором скорости потока эмульсии, при этом система терморегулирования содержит термостат с системой охлаждения, выполненной на термоэлементах Пельтье, и электронный терморегулятор, связанный с датчиком температуры.
В выбранном прототипе реализован циркуляционный контур, близкий к тому, что требуется для поставленной задачи, имеется насос с частотным регулятором электропитания, имеется также термостат, позволяющий поддерживать необходимую температуру поверочной жидкости.
Недостатками прототипа являются:
наличие единственной накопительной емкости, в которой дозирование компонентов производится ручным способом, причем для исследований на смеси другого состава требуется остановка процесса циркуляции и повторное смешивание компонентов;
использование системы терморегулирования на элементах Пельтье с одним теплообменником, имеющей ограничение по мощности охлаждения;
отсутствие автоматизированной системы обработки информации и управления, позволяющей производить дозирование воды (нефти) в автоматическом режиме, а также задавать требуемые параметры работы установки с клавиатуры персонального компьютера, контролировать процесс измерений, производить автоматическую запись показаний, обработку и передачу информации.
Сущность полезной модели
Задачей заявленной полезной модели является создание эффективного оборудования для калибровки, поверки и КМХ средств измерений показателей качества нефти и нефтепродуктов (в данном случае, плотности), отвечающего современным метрологическим требованиям, действующим в нефтегазовой отрасли, с обеспечением также возможности его интегрирования в составе современных средств обработки и передачи информации, минимально подверженных влиянию человеческого фактора. Конкретной технической задачей является создание установки, обеспечивающей передачу размера единицы плотности жидкости от пикнометрической установки, принимаемой за эталон, к рабочему средству измерения - плотномеру.
Техническим результатом заявленной полезной модели является повышение качества контроля и поверки до уровня современных метрологических требований.
Технический результат достигается за счет того, что в установке для калибровки, поверки и контроля метрологических характеристик поточных плотномеров нефти и нефтепродуктов, содержащей циркуляционный контур, в который включены: циркуляционный насос с дистанционным регулированием числа оборотов, поточный расходомер, и в который устанавливают на предусмотренные места, последовательно соединенные трубопроводами, поверяемый плотномер и, при необходимости, контрольный плотномер, циркуляционный контур выполнен замкнутым. И при этом к циркуляционному контуру подключены трубопроводами: три емкости с поверочными жидкостями, устройство нагнетания давления, на циркуляционном контуре смонтированы средства измерений температуры и давления поверочной жидкости, в нем предусмотрены места для байпасного присоединения известной пикнометрической установки. При этом циркуляционный контур оборудован системой термостатирования, а установка в целом имеет автоматизированную систему обработки информации и управления.
Также технический результат достигается за счет того, что система термостатирования снабжена чиллером и теплообменниками, а трубопроводы теплоносителя и поверочной жидкости теплоизолированы.
Также, - за счет того, что автоматизированная система обработки информации и управления (СОИ) снабжена контроллером управления с программным обеспечением, автоматизированным рабочим местом оператора и измерительно-вычислительным комплексом, позволяющим выполнять расчеты потребных количеств и режимов подачи поверочных жидкостей и управлять процессами калибровки, поверки и КМХ поточных плотномеров нефти и нефтепродуктов по заложенным алгоритмам, с учетом вводимых значений плотности компонентов, константам, заданным условиям испытаний, а также обеспечивать обработку результатов испытаний и передачу их на верхний уровень.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показана принципиальная схема установки для калибровки, поверки и контроля метрологических характеристик поточных плотномеров нефти и нефтепродуктов.
На фигуре цифрами обозначены следующие позиции:
1 - циркуляционный контур; 2 - поверяемый плотномер; 3 - контрольный плотномер; 4 - насос с частотным (или иным) регулированием; 5 - поточный расходомер; 6, 7, 8 - емкости поверочных жидкостей; 9 - устройство нагнетания давления; 10 - система термостатирования; 11 - пикнометрическая установка; 12 - чиллер с функцией подогрева жидкости; 13, 14 - манометры; 15 - преобразователь давления; 16, 17 - преобразователи температуры; 18, 19 - теплообменники; 20 - контроллер управления; 21 - блок частотного регулирования (БЧР); 22 - автоматизированное рабочее место оператора; 23 - измерительно-вычислительный комплекс.
Осуществление полезной модели
Основной и неотъемлемой частью установки является циркуляционный контур 1, в который включены: циркуляционный насос 4 с дистанционным регулированием числа оборотов, поточный расходомер 5, в который устанавливают на предусмотренные места, последовательно соединенные трубопроводами, поверяемый плотномер 2 и, при необходимости, контрольный плотномер 3. Причем циркуляционный контур 1 выполнен замкнутым. К циркуляционному контуру 1 трубопроводами присоединены: емкости 6, 7 и 8 поверочных жидкостей, устройство нагнетания давления 9; на трубопроводах циркуляционного контура 1 смонтированы средства измерений температуры (16, 17) и давления (13, 14, 15) поверочной жидкости, предусмотрено размещение, присоединение и закрепление пикнометрической установки 11.
Циркуляционный контур 1 оборудован системой термостатирования 10, включающей чиллер 12, теплообменники 18 и 19, термошкаф, запорно-регулирующую арматуру, причем трубопроводы теплоносителя и поверочной жидкости теплоизолированы.
Установка также снабжена автоматизированной системой обработки информации и управления, включающей контроллер управления (20) с необходимым программным обеспечением, автоматизированное рабочее место оператора (22) и измерительно-вычислительный комплекс (23).
Установку для калибровки, поверки и КМХ поточных плотномеров используют в работе следующим образом.
Показание поверяемого плотномера сравнивают со значением плотности, полученным с помощью пикнометрической установки 11 (или другого рабочего эталона 1-го разряда, например, контрольного плотномера 3, прошедшего соответствующую аттестацию). Пикнометрическую установку 11 присоединяют байпасно к циркуляционному контуру 1 и размещенные в ее термошкафу пикнометры наполняют поверочной жидкостью, поступающей из циркуляционного контура, с соблюдением заданных условий по температуре и давлению.
Для проведения испытаний с целью калибровки, поверки или КМХ плотномера специально подготовленные поверочные жидкости (смеси жидкостей), по плотности имитирующие нефть, заливают в емкости 6, 7 и 8 (применение трех емкостей принято методически наиболее целесообразным для калибровки и поверки плотномеров). Выбор поверочных жидкостей при каждом испытании, как правило, соответствует граничным и среднему значениям, характеризующим рабочий диапазон плотности для поверяемого плотномера. В процессе испытаний циркуляционный контур 1 поочередно заполняют подготовленными поверочными жидкостями. В начале каждого цикла испытаний поверочную жидкость многократно прогоняют по циркуляционному контуру 1 с помощью насоса 4 - для достижения гомогенности смеси, удаления газовых включений и температурной стабилизации.
Температуру поверочной жидкости устанавливают и стабилизируют с помощью системы термостатирования 10, содержащей чиллер 12 с функцией подогрева. Температура поверочной жидкости задается автоматически в соответствии с методикой испытания, либо вручную с АРМ оператора 23. Температуру поверочной жидкости контролируют по показаниям датчиков температуры 16 и 17.
Необходимое давление поверочной жидкости в контуре создают с помощью устройства нагнетания давления 9 и контролируют по показаниям датчика давления 15.
Расходом поверочной жидкости в циркуляционном контуре 1 управляют, регулируя число оборотов двигателя насоса 4 с помощью блока частотного регулирования 22. При этом расход поверочной жидкости в циркуляционном контуре 1 контролируют по поточному расходомеру 5.
Поверочные смеси нужной плотности могут быть созданы также непосредственно в циркуляционном контуре путем перемешивания подготовленных компонентов в процессе многоцикловой прокачки в режимах, задаваемых и контролируемых автоматизированной СОИ (по специальной методике). При этом контроль плотности смеси осуществляют с помощью контрольного плотномера 3.
Контрольный плотномер 3 используют также для проверки функционирования установки в целом, контроля фактической плотности жидкости в циркуляционном контуре, оценки влияния скорости потока жидкости, температурного режима и других параметров на показания поверяемого плотномера.
При необходимости контрольный плотномер 3 может также быть заменен на дополнительный поверяемый - с целью поверки одновременно 2 (двух) плотномеров, имеющих одинаковый рабочий диапазон. При увеличении объема термошкафа и удлинении циркуляционного контура 1 можно увеличить число одновременно поверяемых плотномеров до 3-х и более в соответствии с потребностями. Важно, чтобы все плотномеры располагались в непосредственной близости друг от друга и находились в одинаковых температурных условиях.
Поскольку наиболее существенным фактором, определяющим корректность измерений плотности поверочной жидкости, является ее температура, в непосредственной близости от поверяемого плотномера 2 и контрольного плотномера 3 устанавливают локальные датчики (преобразователи) температуры 16 и 17.
Давление в контуре 1 измеряют манометром 14. Для повышения надежности и точности измерений давления жидкости в плотномере установка снабжена дополнительным датчиком давления 15.
Обработку сигналов от средств измерений расхода, температуры и давления осуществляет измерительно-вычислительный комплекс 22.
При всех видах испытаний автоматизированная система обработки информации и управления поверочной установки выполняет:
расчет режимов испытаний по параметрам поверочной жидкости, циркулирующей в замкнутом контуре;
автоматическое или ручное введение заданных режимов работы установки;
непрерывный мониторинг процессов циркуляции поверочной жидкости;
фиксацию и запись показаний измерительных приборов с широкими пределами изменений периода и времени записи показаний;
формирование протоколов калибровки, поверки, КМХ плотномеров.
Наличие в составе патентуемой установки замкнутого циркуляционного контура, в который включены: поверяемый плотномер, контрольный плотномер, циркуляционный насос с дистанционным регулированием числа оборотов, поточный расходомер, последовательно соединенные трубопроводами, притом, что к нему непосредственно подключены трубопроводами емкости с поверочными жидкостями, устройство нагнетания давления, пикнометрическая установка, средства измерений температуры и давления поверочной жидкости, а циркуляционный контур оборудован системой термостатирования - обеспечивает единство условий проведения испытаний и измерений во всех измерительных звеньях, при этом наличие автоматизированной СОИ снижает влияние человеческого фактора на результаты, и все перечисленные признаки в своем взаимодействии гарантируют высокую достоверность получаемых результатов при калибровке, поверке или КМХ плотномера.