УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТБОРА ПРОБ

Полезная модель относится к измерительной технике, в частности к устройствам отбора проб жидкости из трубопровода, и может найти применение в нефтедобывающей и других отраслях промышленности, где требуется точность определения параметров перекачиваемой по трубопроводам жидкости.
Известен из патента RU №2305770 (опубл. 2007.09.10) пробоотборник накопительный, содержащий трубопровод, корпус в виде патрубка с полым штоком и вентилем. Полый шток жестко и герметично соединен с трубопроводом и выполнен в виде патрубка со скошенным концом и радиальными отверстиями, размещенными против потока жидкости с противоположной срезу скошенного конца стороны штока. Трубопровод за штоком оснащен сужением. Второй конец патрубка герметично соединен с трубопроводом за его сужением в зоне пониженного давления. Патрубок между вентилем и вторым концом оснащен цилиндрическим кожухом с поршнем, выполненным с возможностью осевого перемещения относительно кожуха, со стороны вентиля снабженного сливным патрубком. Поршень оснащен клапаном, пропускающим жидкость со стороны вентиля. Вентиль выполнен в виде цилиндра с электромагнитом и штоком, вставленным герметично в цилиндр с возможностью осевого перемещения при помощи электромагнита. Цилиндр оснащен выпускным патрубком и сообщен со сливным патрубком. Патрубки перекрыты штоком. Шток оснащен двумя кольцевыми проточками. Первая проточка выполнена с возможностью сообщения патрубка с цилиндром и герметичного перекрытия патрубка при перемещении штока в цилиндре, а вторая - с возможностью сообщения сливного и выпускного патрубков при перемещении штока в цилиндре.
Известны из патента RU №RU 2213948 (опубл. 2003.10.10) способ отбора проб жидкости из трубопровода и устройство для его осуществления. В способе осуществляют прокачку протока жидкости под воздействием избыточного давления по трубопроводу и отбирают точечные пробы автоматическим пробоотборником. Между периодами времени, в течение которых автоматический пробоотборник осуществляет отбор точечных проб, осуществляют смешение вдоль трубопровода потока жидкости для выравнивания и распределения ингредиентов в потоке. В устройстве имеется канал, соединяющий трубопровод с автоматическим пробоотборником. На трубопроводе перед каналом установлен смеситель для осуществления смешения вдоль трубопровода потока жидкости для выравнивания и распределения ингредиентов в потоке между периодами времени, в течение которых автоматическим пробоотборником осуществляется отбор точечных проб.
Недостатком известных способов и устройств является недостаточно высокая представительность и достоверность отбора проб.
Также существует много разновидностей поплавковых непрерывных плотномеров, отличающихся конструкцией и формой поплавка, типом (механические, электрические, пневматические, оптические) и принципом (индуктивные, потенциометрические) преобразователя перемещения поплавка.
Известны поплавковые устройства для измерения плотности жидкости (Кивилис С.С. Плотномеры. - М.: Энергия, 1980, стр.25-34). Для измерения плотности при помощи ареометра используется связь между плотностью контролируемой жидкости и глубиной погружения, при которой ареометр приходит в равновесное состояние. Недостатком ареометра является возникновение больших погрешностей, обусловленных испарением легких фракций из нефти.
Известен напорный пикнометр английской фирмы "Станхоуп сета лимитед" (Беляков В.Л. Автоматический контроль параметров нефтяных эмульсий. - М.: Недра, 1992 г., стр.187-189), представляющий собой металлический калиброванный сосуд, выполненный в виде цилиндра с кранами. В этот сосуд отбирается проба нефти из трубопровода, а затем сосуд взвешивается на прецизионных весах. Делением массы нефти на объем получают значение плотности нефти. Напорный пикнометр представляет очень сложное для изготовления и дорогостоящее устройство.
Известно из патента №78942 (опубл. 10.12.2008) выбранное за прототип устройство для отбора проб из трубопровода, которое включает корпус; установленный в корпусе с возможностью перемещения поршень, разделяющий внутреннюю полость корпуса на две камеры, первая из которых гидравлически связана с контуром первой текучей среды, а вторая гидравлически связана с контуром второй текучей среды; размещенный в контуре второй текучей среды пробоотборник, приспособленный для отбора из второй камеры заданного количества проб за заданное время; при этом первая камера связана с контуром первой текучей среды посредством входной магистрали, имеющей расположенный со стороны контура первой текучей среды участок, выполненный в виде обводной линии, которая приспособлена для непрерывного прохода части потока контура первой текучей среды во время отбора заданного количества проб; при том, что на входной магистрали установлены запорный элемент и клапан; обеспечивающий пропускание единичной пробы первой текучей среды из обводной линии в первую камеру во время отбора единичной пробы второй текучей среды. В вариантном исполнении корпус устройства выполнен с возможностью его отсоединения от контура второй текучей среды. Недостатком известного устройства является то, что не охарактеризованы допустимые рабочие объемы камер.
В основу полезной модели поставлена задача создания устройства для отбора проб из трубопровода, обеспечивающего высокое качество отбора проб и повышение точности измерения параметров контролируемой жидкости путем повышения представительности и достоверности отобранной пробы за счет обеспечения сохранения ее под давлением и подбора необходимых конструктивных параметров.
Поставленная задача решается тем, что устройство для отбора проб жидкости, содержащее корпус; установленный в корпусе с возможностью перемещения поршень, разделяющий внутреннюю полость корпуса на две камеры, первая из которых выполнена с возможностью гидравлической связи с контуром первой текучей среды посредством первого входного трубопровода, а вторая выполнена с возможностью гидравлической связи с контуром второй текучей среды посредством второго входного трубопровода; установленный в контуре второй текучей среды пробоотборник, приспособленный для отбора проб из второй камеры; при этом первый входной трубопровод имеет расположенный со стороны контура первой текучей среды участок, выполненный в виде обводной линии, приспособленной для непрерывного прохода в ней части потока контура первой текучей среды во время отбора проб; при том, что на первом входном трубопроводе установлены клапан, обеспечивающий пропускание единичной пробы первой текучей среды из обводной линии в первую камеру во время отбора единичной пробы второй текучей среды из второй камеры, и запорный элемент; причем корпус смонтирован с возможностью его отсоединения от, по меньшей мере, части первого входного трубопровода и от, по меньшей мере, части второго входного трубопровода, характеризуется следующими главными и второстепенными отличительными признаками.
3
3
Целесообразно, чтобы суммарный объем первой и второй камер был выбран из диапазона от приблизительно 500 см до приблизительно 10000 см.
Предпочтительно, чтобы возможность отсоединения корпуса от первого входного трубопровода обеспечивалась выполнением участка первого входного трубопровода, на котором размещен запорный элемент, в виде рукава высокого давления с быстросъемным соединением.
Предпочтительно, чтобы возможность отсоединения корпуса от второго входного трубопровода обеспечивалась выполнением участка второго входного трубопровода со стороны корпуса в виде рукава высокого давления с быстросъемным соединением.
Желательно, чтобы устройство было выполнено с возможностью измерения температуры находящейся в первой камере первой текучей среды.
3
3
Предпочтительно, чтобы что суммарный объем первой и второй камер был выбран из диапазона от 1000 см до 5000 см.
Возможно, чтобы на втором входном трубопроводе со стороны корпуса был установлен запорный элемент.
Целесообразно, чтобы пробоотборник являлся автоматическим пробоотборником.
Желательно, чтобы в контуре второй текучей среды было размещено средство нагнетания, приспособленное для подачи второй текучей среды под давлением во вторую камеру.
Возможно, чтобы второй текучей средой являлась вязкая жидкость, например масло.
Целесообразно, чтобы контур второй текучей среды являлся замкнутым и чтобы при этом в него был включен резервуар для хранения второй текучей среды, сообщенный своим входом с выходом пробоотборника, а выходом со второй камерой.
Желательно, чтобы что корпус был выполнен в виде герметичного цилиндра.
Кроме того, устройство может быть выполнено с возможностью слива первой текучей среды из первой камеры.
Возможно, чтобы устройство было снабжено средством для стравливания давления воздуха из пробоотборника и/или первого входного трубопровода перед началом отбора проб.
Желательно, чтобы контур первой текучей среды являлся основным напорным трубопроводом, например нефтепроводом.
Предпочтительно, чтобы клапан был установлен на обводной линии со стороны выхода из нее потока в контур с первой текучей средой.
Целесообразно, чтобы корпус был установлен по существу вертикально, а первый входной трубопровод выполнен так, что установленный на нем запорный элемент был расположен выше нижней торцевой стенки корпуса.
Возможно, чтобы, по меньшей мере, одна торцевая стенка корпуса была выполнена в виде съемной крышки.
Целесообразно, чтобы устройство применялось для определения плотности первой текучей среды.
Другие задачи и преимущества будут ясны из нижеследующего описания со ссылками на прилагаемый чертеж, на которых изображено:
Фиг.1 - представляет схему устройства для отбора проб в одном из вариантов его исполнения.
Фиг.2 - представляет схему устройства для отбора проб в другом варианте его исполнения.
Фиг.3 - представляет график сравнительных измерений плотности жидкости, на котором сплошной линией представлены данные, полученные при измерении заявляемым устройством, а пунктирной линией представлены данные, полученные при измерении рабочим плотномером.
На чертежах подобные или аналогичные конструктивные элементы обозначены одинаковыми позициями, а направление потоков показано стрелками.
Устройство, показанное на сриг.1 содержит вертикально установленный цилиндрический корпус 1, в котором размещен поршень 2, разделяющий внутреннюю полость корпуса 1 на две изолированные друг от друга камеры - первую камеру 3, гидравлически связанную посредством первого входного трубопровода 4 с контуром первой текучей среды (не показан), и вторую камеру 5, гидравлически связанную посредством второго входного трубопровода 6 с контуром второй текучей среды 7.
На первом входном трубопроводе 4 установлены запорный элемент 8 и клапан 9.
Первый входной трубопровод 4 со стороны контура первой текучей среды имеет первый участок, выполненный в виде обводной линии 10, через которую проходит часть потока контура первой текучей среды, поступая в нее через приспособленный для подключения устройства к контуру первой текучей среды вход 11 обводной линии 10 и выходя через приспособленный для подключения устройства к контуру первой текучей среды выход 12 обводной линии 10.
Клапан 9 установлен на обводной линии 10 со стороны выхода 12 и связывает первый участок (обводную линию 10) первого входного трубопровода 4 с его вторым участком 13, по которому первая текучая среда поступает из обводной линии 10 в первую камеру 3. Запорный элемент 8 установлен на втором участке 13 первого входного трубопровода 4.
Запорный элемент 8 размещен на втором участке 13 первого входного трубопровода 4 со стороны корпуса 1 так, чтобы он находился на одном уровне с нижней торцевой стенкой 14 корпуса 1 или несколько выше.
На втором участке 13 первого входного трубопровода 4 по ходу движения потока первой текучей среды перед запорным элементом 8 выполнено разъемное соединение 15, обеспечивающее отсоединение нижней камеры 3 с частью первого входного трубопровода 4 от контура первой текучей среды. Участок первого входного трубопровода 4 между разъемным соединением 15 и входом в первую камеру 3 может быть выполнен в виде трубопровода высокого давления с быстросъемным соединением.
Вторая камера 5 корпуса 1 по второму входному трубопроводу 6 с установленным на нем запорным элементом 16 через тройник 17 связана с контуром второй текучей среды 7.
На втором входном трубопроводе 6 за запорным элементом 16 установлено разъемное соединение 18, что позволяет отсоединить вторую камеру 5 корпуса 1 с частью второго входного трубопровода 6 от контура второй текучей среды.
Возможно выполнение участка второго входного трубопровода 6 между разъемным соединением 18 и тройником 17 в виде трубопровода высокого давления с быстросъемным соединением.
В контуре второй текучей среды 7 установлен пробоотборник 19, вход которого по линии 20 через тройник 17 и запорный элемент 16 связан со второй камерой 5 корпуса 1.
Выход пробоотборника 19 по линии 21 связан с резервуаром 22, предназначенным для второй текучей среды.
Выход резервуара 22 через насос 23 по линии 24 с установленным на ней запорным элементом 25 через тройник 17, соединяющий линию 24 со вторым входным трубопроводом 6, связан со второй камерой 5 корпуса 1.
На линии 24 между насосом 23 и запорным элементом 25 размещен манометр 26.
Клапан 9 выполнен так, что при открытом запорном элементе 8 обеспечивается прохождение потока первой текучей среды из обводной линии 10 через второй участок 13 первого входного трубопровода 4 в первую камеру 3 в момент отбора единичной пробы второй текучей среды пробоотборником 19 из второй камеры 5 и прекращение прохождения через клапан 9 потока текучей среды в паузе между отборами единичных проб, что предотвращает попадание примесей из потока первой текучей среды в первую камеру 3.
В качестве клапана 9 может быть использован любой подходящий клапан, обеспечивающий пропускание потока только в одном направлении, при воздействии на клапан с заданным давлением, например пружинный клапан или управляемый электронный клапан.
Клапан 9 может быть выполнен в виде шарика, размещаемого с возможностью его перемещения относительно клапанного седла
Поршень 2 подвижен в пределах внутренней полости корпуса для избирательного изменения объема первой или второй камеры.
3
3
3
3
Суммарный объем первой камеры 3 и второй камеры 5 подобран в зависимости от требуемого объема объединенной пробы, состоящей из заранее заданного количества единичных проб и выбран из диапазона от 500 см до 10000 см, предпочтительно из диапазона от 1000 см до 5000 см.
Слив отобранной пробы из первой камеры 3 в этом варианте исполнения осуществляют через разъемное соединение 15.
В вариантных исполнениях запорный элемент 8 может быть жестко связан с нижней торцевой стенкой 14 корпуса 1, а запорный элемент 16 может быть жестко связан с верхней торцевой стенкой 27 корпуса 1, т.е. в этом случае запорные элементы являются частью корпуса 1 (не показано).
Пробоотборник 17 может быть выполнен в любом исполнении, в том числе может быть автоматическим или не автоматическим. Наиболее целесообразно использование автоматического пробоотборника «Пульсар-АГИ», выполненного в соответствии с патентом №39707.
Насос 23 может быть выполнен в любом исполнении, в том числе с электроприводом.
Верхняя торцевая стенка 27 и/или нижняя торцевая стенка 14 корпуса 1 могут быть выполнены в виде съемных крышек.
В качестве второй текучей среды может быть использована любая жидкость, в том числе вязкая жидкость, например масло.
В качестве запорных элементов могут быть использованы шаровые краны (в вариантах исполнения устройства с повышенной электробезопасностью) или управляемые электроклапаны (в вариантах исполнения с автоматическим управлением устройства).
Показанный на Фиг.1 контур второй текучей среды выполнен замкнутым. Возможны варианты исполнения, при которых контур второй текучей среды может быть разомкнутым, т.е. выход пробоотборника 19 может быть открытым (работать на слив) или может быть связанным с другим резервуаром (не показано).
В исполнении, показанном на Фиг.2, устройство дополнительно снабжено подключенной к первой камере 3 через тройник 28 сливной магистралью 29 с установленным на ней запорным элементом 30.
Пробоотборник 19 может быть оснащен средством для стравливания давления воздуха 31, подключенным к нему через запорный элемент 32.
Первый входной трубопровод 4 также может быть оснащен средством для стравливания давления воздуха 33, подключенным к нему через запорный элемент 34 и тройник 35. Стравливание воздуха осуществляют при подготовке устройства к работе.
Часть второго участка 13 первого входного трубопровода 4 между тройником 35 и разъемным соединением 15 может быть выполнена в виде рукава высокого давления с быстросъемным соединением.
Устройство выполнено с возможностью измерения температуры находящейся в первой камере первой текучей среды. Для этого нижняя торцевая стенка 14 может быть снабжена заглушенным отверстием 36, которое в открытом положении приспособлено для герметичного размещения в нем средства для измерения температуры находящейся в первой камере 3 первой текучей среды.
Устройство приводят в исходное состояние нагнетанием второй текучей среды (например, масла) из емкости 22 во вторую камеру 5 с помощью насоса 23. При этом запорный элемент 8 закрыт, а запорные элементы 16, 25 и 30 - открыты. Окончание заполнения определяют по увеличению давления, регистрируемому манометром 26. Полное заполнение объема камеры 5 второй текучей средой можно определить и любым другим подходящим образом, например, по объему ушедшей из емкости 22 второй текучей среды. После заполнения второй камеры 5 и перемещения поршня 2 в его крайнее нижнее положение у стенки 14 запорные элементы 25 и 30 закрывают (Фиг.2).
Для отбора объединенной пробы из контура первой текучей среды открывают запорный элемент 8 и запускают в работу пробоотборник 19.
В момент отбора каждой единичной пробы пробоотборником 19 фиксированное количество второй текучей среды (например, масла) вытесняется через пробоотборник 19 из второй камеры 5 в емкость 22, а такое же количество первой текучей среды из обводной линии 10, пройдя под воздействием перепада давления через клапан 9, заполняет первую камеру 3. Объем продукта за один отбор равен объему единичной пробы, установленному на пробоотборнике 19.
Отбор заканчивают после набора требуемого объема объединенной пробы первой текучей среды, установленного в настройках пробоотборника 19. В первой камере 3 отобранная объединенная проба за период времени работы пробоотборника 19 и до слива отобранной пробы сохраняется под давлением, равным рабочему давлению в контуре первой текучей среды.
Для слива отобранной пробы закрывают запорный элемент 8, открывают запорные элементы 25 и 30 и с помощью насоса 23 вторую камеру 5 заполняют второй текучей средой из емкости 22. При этом жидкость из первой камеры 3 поршнем 2 вытесняется по сливной магистрали 29 в емкость для объединенной пробы (не показана). Окончание слива определяют по увеличению давления, регистрируемому манометром 26. После слива запорные элементы 25 и 30 закрывают.
Далее работа устройства осуществляется циклически. Предлагаемое устройство может быть использовано для определения плотности отобранной пробы. Для определения плотности использовали вариант исполнения устройства со съемным корпусом.
Для определения плотности при закрытых запорных элементах 8 и 16 отсоединяли корпус 1 и взвешивали его на электронных весах вместе с отобранной пробой.
Плотность вычисляли по формуле:
где Мбр - масса цилиндра с объединенной пробой, г
Муст - известная масса пустого цилиндра; г
Vпр - объем объединенной пробы, мл, определяемый по формуле:
пр
уст
р
V=V·К, мл
где Vуст - известная вместимость цилиндра, мл
Кр - коэффициент коррекции объема цилиндра, вычисляемый по экспериментально определенной зависимости вместимости цилиндра от давления.
Была проведена серия однотипных измерений за одинаковое время отбора пробы, при разном давлении и плотности нефти в трубе и сравнение полученных результатов с показаниями рабочего прибора измерения плотности (электронного поточного плотномера типа «Солартрон»).
Результаты сравнительных измерений приведенные к нормальным условиям (15°С, 0 МПа) в графическом виде представлены на Фиг.3.
Проведенные испытания показали высокую точность измерения плотности жидкости.
Предлагаемое устройство для отбора проб из трубопровода обеспечивает высокое качество отбора проб под давлением и высокую точность измерения параметров контролируемой жидкости.