Датчик избыточного давления в напорном трубопроводе

Полезная модель относится к приборному оборудованию применительно к средствам измерения параметров газового потока или жидкости и может быть использовано для измерения давлений в напорном трубопроводе с различными рабочими средами в нефте – газодобывающей промышленности.
Датчики избыточного давления предназначены для непрерывного преобразования измеряемого параметра – избыточного давления жидкости или газа в нагнетательной линии – в электрический сигнал для дальнейшей дистанционной передачи в системы сбора данных геолого-технологических исследований, системы контроля, регулирования и управления технологическими процессами.
o
Известен зонд для измерения дифференциального и избыточного давлений газа или жидкости в трубопроводе (RU 2194958, кл. G01L15/00, G01L13/00, 2002 г), содержащий корпус в виде цилиндрического стержня, в котором выполнены отверстия для отбора полного и статического давлений, с фланцем для закрепления на трубопроводе и датчики дифференциального и избыточного давлений. Цилиндрический стержень содержит камеры полного и статического давлений, камера полного давления расположена на конце стержня, а статического - со стороны фланца, в которых соответственно размещены датчики дифференциального и избыточного давлений. Датчик дифференциального давления соединен трубопроводом с камерой статического давления, а датчик избыточного давления - с атмосферой. В цилиндрическом стержне могут быть выполнены два приемных отверстия для отбора статического давления, выполненные симметрично относительно плоскости, проходящей через продольные оси цилиндрического стержня и отверстия отбора полного давления, и разнесены на угол ±32по окружности сечения стержня.
Однако из-за особых вязких свойств буровых растворов, в том числе и наличие в них твердых фракций, возникает высокая вероятность засорения (заиливания) измерительного канала, что может привести к поломке датчика.
G01C 19/58
G01K 7/16
G01L 9/04
Прототипом заявленной полезной модели является датчик (RU 74466, кл. . , , 2008 г), содержащий корпус, на котором размещен чувствительный элемент и электронная плата, электрически соединенные между собой и закрытые кожухом, внешние выводы, элементы крепления и изоляции, при этом внутренние полости датчика заполнены наполнителями. В качестве чувствительного элемента применяется или тензомодуль, или микроакселерометра, или терморезистор, а наполнители выполнены на основе эпоксидного компаунда.
Недостатком известного датчика является низкий предел измерений (0,5-4500 кРа) и невозможность его применения в условиях вибрации, а также невысокая чувствительность при малых расходах. Кроме того, для калибровки датчика необходимо прерывать процесс технологического бурения, что является неудобным при эксплуатации.
Проблемой полезной модели является разработка датчика избыточного давления обеспечивающего измерение давления и калибровки в процессе бурения.
Техническим результатам полезной модели является упрощение конструкции и обслуживания датчика, за счет обеспечение качественного выполнения калибровочных работ на датчике в процессе эксплуатации и без прерывания технологических процессов.
Поставленная проблема и указанный технический результат достигаются тем, что датчик избыточного давления в напорном трубопроводе содержит корпус с чувствительным элементом и электронной блок, электрически соединенных между собой внешними выводами. Согласно полезной модели корпус жестко связан с распределителем среды, выполненным в виде тройника внутри которого вдоль продольной оси образован заполненный жидкостью канал, соединяющий, через маслозаполненную емкость чувствительный элемент с средоразделителем, выполненным в виде съемного мембранного наконечника, заполненного жидкостью. Перед входом в корпус с чувствительным элементом, в точке разветвления тройника, в продольном канале образованы два диаметрально противоположных выхода, в отверстия с внутренней резьбой, выполненных в теле распределителя среды, центральная ось которых перпендикулярна продольному каналу, для подключения дополнительных датчиков давления.
Чувствительный элемент выполнен в виде тензопреобразователя.
Съемный мембранный наконечник выполнен из термокислотно-маслощелочной резины толщиной 0,5 мм.
В качестве жидкости для заполнения канала и съемного мембранного наконечника используют кремнеорганическаую жидкость ПМС – 10.
Корпус соединен с гермовводом кабеля для подключения датчика к внешнему источнику питания и приемнику выходного сигнала.
Электронный блок для повышения точности измерений содержит встроенную термокомпенсацию характеристик первичного преобразователя.
В отверстия с внутренней резьбой, выполненных в теле распределителя среды при отсутствии необходимости использования дополнительных датчиков давления, ввернуты ручки, служащие заглушками.
Датчик выполнен в искробезопасном и во взрывозащищенном исполнении.
Наличие распределителя среды, выполненного в виде тройника внутри которого вдоль продольной оси образован заполненный жидкостью канал обеспечивает прямую связь жидкости, заполненной в средораспределителе и канале с чувствительным элементом датчика, что повышает точность определения параметров избыточного давления.
Наличие маслозаполненной емкости расположенной перед чувствительным элементом, предотвращает попадание бурового раствора в измерительный канал, исключая его засорение.
Выполнение разделителя среды в виде съемного мембранного наконечника, заполненного жидкостью, позволяет устанавливать его в стандартный стакан, вваренный в манифольд, что упрощает определение характеристик избыточного давления и позволяет использовать датчик на существующем оборудовании. Толщина маслостойкой резины 0,5 мм позволяет быть достаточно стойкой от механических повреждений и одновременно чувствительной для передачи избыточного давления на чувствительный элемент.
Наличие тройника перед входом в корпус с чувствительным элементом, позволяет использовать, при необходимости, дополнительные датчики, что значительно расширяет его возможности. При этом если такой необходимости нет, то в отверстия с резьбой ввертывают ручки, которые одновременно являются заглушками и приспособлением, для помощи в установке датчика на манифольд.
Выполнение мембранного наконечника съемным, позволяет при необходимости его заменять, т.к. он сделан из тонкого материала и требует бережного обращения. Механические воздействия твердыми и острыми предметами на поверхность мембраны недопустимы, и при его повреждении, его заменяют на новый наконечник. Это расходный материал, поэтому его съемное исполнение является целесообразным.
Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен датчик в разрезе; на фиг. 2 – монтажный чертеж датчика в манифольд.
Датчик избыточного давления в напорном трубопроводе содержит корпус 1 с чувствительным элементом 2 в виде тензопреобразователя и электронной блок 3, электрически соединенные между собой и внешними выводами 4 с кабельным гермовводом 5 для соединения датчика с внешним источником питания и приемником выходного сигнала. Электронный блок 3 для повышения точности измерений содержит встроенную термокомпенсацию характеристик первичного преобразователя (на фиг. не показано). Корпус 1 с помощью монометрической резьбы 6 жестко связан с распределителем 7 среды, выполненным в виде тройника. Внутри распределителя 7 среды вдоль продольной оси образован заполненный жидкостью канал 8, соединяющий, через маслозаполненную ёмкость 9 чувствительный элемент 2 со средоразделителем 10. Средоразделитель 10 выполнен в виде съемного мембранного наконечника из термокислотно-маслощелочной резины толщиной 0,5 мм, заполненный кремнеорганической жидкостью ПМС. Перед входом в корпус 1 с чувствительным элементом 2, в точке разветвления тройника, в продольном канале 8 образованы два диаметрально противоположных выхода 11 в отверстия 12 с внутренней манометрической резьбой 6. Отверстия 12 выполнены в теле распределителя 7 среды. Центральная ось 13 выходов 11 и отверстий 12 перпендикулярна продольному каналу 8. Отверстия 12 с манометрической резьбой 6 используют для подключения дополнительных датчиков давления. В случае отсутствия необходимости в дополнительных датчиках во входы 11 устанавливают прокладки и ввертывают ручки 14.
Датчик избыточного давления работает следующим образом.
Датчики избыточного давления используют во взрывоопасной зоне для измерения и регистрации параметра давление в манифольде. Монтаж датчика производятся в месте врезки в нагнетательную линию стандартного стакана 15, вваренного в манифольд 16, с помощью скобы 17, закрепленной болтом с гайкой.
Перед установкой датчика сбрасывают остаточное давление на нагнетательной линии манифольда 16. Продольный канал 8 распределителя 7 среды и мембранный наконечник средоразделителя 10 предварительно заполняют кремнеорганической жидкостью ПМС.
Давление среды, в манифольде 16 передается мембранному наконечнику средоразделителя 10 в котором жидкость ПМС передает давление на жидкость в канале 8 и далее через маслозаполненную ёмкость 9 на тензапреобразователь чувствительного элемента 2. Тензопреобразователь чувствительного элемента 2 трансформирует давление в пропорциональный электрический сигнал электронного блока 3. Далее сигнал через внешние выводы 4 и кабельный гермоввод 5 передается в приемник выходного сигнала (на фиг. не показано). Электронный блок 3 имеет встроенную термокомпенсацию характеристик первичного преобразователя (на фиг. не показано) для повышения точности измерений. В зависимости от варианта исполнения, датчик избыточного давления может иметь один из двух типов выходного сигнала: цифровой или токовый от 4 до 20 мА. К тройнику распределителя 7 среды могут быть при необходимости подключены до двух дополнительных датчиков давления со стандартной манометрической резьбой М20×1,5. Если дополнительные датчики не применяются, то на их место в тройник вворачивают две ручки 14, которые служат одновременно заглушками. Датчик может быть применен в высоком диапазоне измерений от 0 до 100 МПа и при возможной вибрации манифольда 16 буровой установки.
Выполнение распределителя 7 среды в виде тройника позволяет дополнительно в отверстия 12 устанавливать техническое оборудование для выполнения калибровочных работ в процессе эксплуатации, без прерывания технологических процессов с учетом специфики ведения буровых работ.
В настоящее время датчик избыточного давления в напорном трубопроводе прошел опытные испытания на буровых установках ОАО «Сургутнефтегаз».