РАЗДЕЛИТЕЛЬ ЖИДКОСТЕЙ ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ ТРУБОПРОВОДА
SEPARATOR OF LIQUIDS FOR DIAGNOSTICS OF PIPELINE

Разделитель жидкостей для диагностики трубопровода относится к области трубопроводного транспорта нефти, газа и нефтепродуктов и предназначен для диагностики внутреннего состояния трубопроводов.
При неблагоприятных условиях эксплуатации на внутренней поверхности трубопровода появляются осадки и отложения различных форм и объемов. Отложения сужают проходное сечение трубы, создают дополнительное сопротивление движению жидкости и газа. Это ведет к повышению давления перекачки флюидов, к уменьшению пропускной способности трубопровода.
Для выбора технологии очистки трубопровода необходимо решить две задачи: определить объем всех отложений и выяснить распределение этих отложений (местонахождение) по длине трубопровода.
Объем отложений определяется как разница между внутренними объемами чистого (нового) трубопровода и трубопровода с отложениями. Для определения последней величины необходимо вытеснить содержимое трубопровода другой жидкостью с замером объема этой закачиваемой жидкости. Для исключения смешения жидкостей между ними располагают разделитель, способный сужаться в местах отложений и восстанавливаться до прежних размеров на чистых участках трубопровода (см. патент РФ 2008992, 1994). Вторую задачу по определению местонахождения отложений заявленный разделитель не решает, так как не имеет диагностирующих и регистрирующих устройств.
Этот разделитель состоит из шаров малого диаметра с различными плотностями, собранных в шар с диаметром трубопровода с помощью эластичной оболочки. При прохождении сужений в трубопроводе этот шар будет значительно вытягиваться, а площадь поверхности оболочки будет увеличиваться, так как сфера обладает наименьшей поверхностью из фигур одного объема.
Мы предлагаем степень сужения и вытянутости разделителя жидкости для трубопровода по заявке оценивать по среднему расстоянию между датчиками, равномерно расположенными и закрепленными по внутренней поверхности сетчатой оболочки разделителя.
Целью изобретения является создание разделителя жидкости со способностью прохождения сужений в трубопроводе с изменением своей формы и запоминания в регистрирующем элементе видоизменения этих форм во времени.
Поставленная цель достигается тем, что известный разделитель жидкостей для диагностики трубопровода, состоящий из множества шаров малого диаметра с различными плотностями, собранных с помощью эластичной сетчатой оболочки в форму шара с диаметром трубопровода, дополнен следующей диагностирующей и регистрирующей аппаратурой - на внутренней стороне сетчатой оболочки расположены равномерно по ее площади датчики, способные с заданной периодичностью во времени определять расстояния между собой и передавать эту информацию в регистрирующий элемент, отличный от датчиков по форме и цвету и закрепленный также к внутренней стороне сетчатой оболочки с тем, чтобы форму оболочки, степень ее вытянутости во время прохождения разделителя по трубопроводу диагностировать по среднему расстоянию между всеми датчиками, определяемое по формуле
где R - среднее расстояние между датчиками;
Ri - расстояние между любыми двумя датчиками;
n - число датчиков.
Разделитель жидкостей для диагностики трубопровода в схематическом виде приведен для двух случаев: на фиг.1 - при движении по трубопроводу 5 с чистыми стенками, на фиг.2 - при движении по трубопроводу с местным сужением из-за интенсивных кольцевых отложений 6.
Заявленный разделитель состоит из шаров 1 с различной плотностью, эластичной сетчатой оболочки 2, датчиков расстояний 3, равномерно расположенных по площади оболочки 2, регистрирующего элемента 4.
2
2
На внутренней стороне сетчатой оболочки 2 равномерно по ее площади фиксируют n датчиков расстоянии. Всего расстояний между двумя любыми датчиками будет n-n, так как нулевые расстояния от датчика до себя самого из рассмотрения исключаются как незначащиеся. Регистрирующий элемент 4 с заданной периодичностью во времени будет собирать все n-n расстояний Ri и определять их среднее значение R по формуле (1) и запоминать эту информацию во времени.
Диагностика трубопровода 5 по наличию и расположению отложений 6 по длине трубопровода с помощью заявленного разделителя заключается в сопоставлении динамики параметра R во времени с такими параметрами, как расход закачиваемой жидкости и время продвижения разделителя по трубопроводу.
Разделитель продвигается по трубопроводу с помощью энергии закачиваемой в трубопровод жидкости. Для облегчения расчетов и интерпретации полученной информации от регистрирующего элемента 4 необходимо закачку жидкости вести с постоянным расходом. В чистом трубопроводе скорость движения разделителя будет меньшей, чем при движении по трубопроводу с отложениями из-за разницы в проходном сечении трубопровода.
3
Рассмотрим характеристики движения разделителя в условном нефтепроводе длиной 10 км и начальным внутренним диаметром 200 мм. Первая половина трубопровода является чистой, а вторая - сужена за счет кольцевых асфальтосмолистых и парафиновых отложений (АСПО) до диаметра 100 мм. Продвижение разделителя по трубопроводу ведется закачкой жидкости с повышенной плотностью и с постоянным расходом в 30 м/час.
На сетчатой оболочке разделителя равномерно закреплены 6 датчиков расстоянии.
Для наглядности исходные данные и результаты расчетов даны в таблице 1. После прохождения разделителя по трубопроводу из регистрирующего элемента 4 извлекаются значения R во времени с заданной периодичностью. График зависимости среднего расстояния между датчиками R от времени Т для условного трубопровода дан на фиг.3.
Для перевода параметра R в искомый параметр D - диаметр сечения трубопровода и разделителя необходимо расчетным или аналитическим путем построить зависимость R от D. Зависимость, представленная на фиг.4 построена исходя из 3-х условий:
- объем разделителя не меняется и равен 4,19 литрам;
- на поверхности разделителя равномерно закреплены 6 датчиков расстояний;
- при сужении трубопровода разделитель вытягивается в форму цилиндра.
Полученная информация интерпретируется в следующей последовательности:
1
2
1
2
1. Трубопровод имеет два участка с разными R: R и R. Из графика R=f(D) находим диаметры сечений для первого (начального) и второго участков трубопровода: D=200 мм и D=100 мм.
3
2. Время прохождения разделителем первого участка равно 5,24 часа, за это время этот чистый от отложений участок заполнится закачиваемой жидкостью в объеме 157 м (5,24×30), это соответствует трубопроводу длиной 5000 м.
3
3. Время прохождения разделителем второго участка с АСПО равно 1,30 часа. За это время в трубопровод будет закачено 39 м жидкости (1,3×30). Это и будет внутренним объемом второго участка.
3
4. Разница между внутренним объемом чистого трубопровода и трубопровода с отложениями даст нам объем отложений (АСПО): 119 м(157-39).
На примере условного трубопровода показана технология применения заявленного разделителя жидкостей для диагностики наличия и местоположения отложений по длине трубопровода. На наш взгляд, предложен новый подход к оценке формы разделителя с помощью среднего расстояния между точками (датчиками), равномерно расположенными по площади поверхности разделителя. Этот параметр имеет минимальное значение при стремлении формы разделителя к шару и растет при растяжении разделителя в форму эллипса и цилиндра.
Эффективность использования предложенного разделителя заключается в получении доступным путем информации о наличии, количестве и местоположении осадков и отложений в эксплуатирующемся трубопроводе. Эта информация поможет в принятии оптимальных решений по технологии удаления этих отложений и экономической целесообразности предложенных технологий.
Параметры прохождения разделителя по двум участкам условного трубопровода
№п/п
Параметр
Чистая половина трубопровода
Вторая половина трубопровода с отложениями
Весь трубопровод
1.
Длина, км
5
5
10
2.
Внутренний диаметр, мм
200
100
200 и 100
3.
Объем трубопровода для заполнения жидкостью, м<sup>3</sup>
157
39
196
4.
Объем отложений, м<sup>3</sup>
0
118
118
5.
Расход закачиваемой жидкости (постоянный), м<sup>3</sup>/час
30
30
30
6.
Время прохода разделителя по участку, час
5,23
1,30
6,53
7.
Параметры разделителя при прохождении участка:
7.1.
Объем (постоянный), литр
4,19
4,19
4,19
7.2.
Диаметр, мм
200 (шар)
100 (цилиндр)
200 и 100
7.3.
Длина, мм
200(шар)
534(цилиндр)
200 и 534
8.
Число датчиков расстояний(постоянное)
6
6
6
9.
Среднее расстояние между датчиками, см
15,31
21,25
15,31 и 21,25