СПОСОБ ОТБОРА ПРОБ ЖИДКОСТИ ИЗ ТРУБОПРОВОДА Российский патент 1998 года по МПК G01N1/10 

Изобретение относится к технике отбора проб жидкости из трубопровода и может найти применение в нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности, где требуется высокая точность определения примесей.

Известен способ отбора проб жидкостей из трубопровода, включающий вертикальное размещение в трубопроводе пробозаборной трубки входным отверстием навстречу потоку на оси трубопровода, изокинетический отбор пробы под действием избыточного давления [1].

Недостаток известной техники отбора проб - невысокая представительность получаемой пробы. При расслоении потока трубопровода отбираемая проба представляет только жидкость с центральных слоев потока трубопровода, поэтому представительность отбираемой пробы по известной технике отбора может быть гарантирована только в частном случае - когда распределение включений потока в поперечном сечении трубопровода равномерное.

Известен способ отбора проб жидкости из трубопровода, включающий размещение пробозаборного элемента из пяти пробозаборных трубок по диаметру трубопровода, перпендикулярно движению потока трубопровода, при котором оси отверстий трубок расположены параллельно оси трубопровода, направлены навстречу потоку и отстоят друг от друга на 0,2 диаметра трубопровода, и при этом входное отверстие центральной трубки расположено на оси трубопровода; отбор под действием избыточного давления пробы из потока трубопровода через пробозаборные трубки, при котором доля отбираемой пробы по отношению к расходу потока трубопровода на уровнях отбора убывает от периферийных уровней к центральному в соответствии с изменением диаметров входных отверстий пробозаборных трубок как 13 : 10 : 6, при этом отбор - изокинетический; объединение отобранных через пробозаборные трубки частей потока в совокупную пробу путем смешения их и перекачку этой пробы по вспомогательному трубопроводу в блок контроля качества жидкости на анализ [2] (прототип).

Недостаток известной техники отбора проб - невысокая представительность отбираемой пробы и ограниченность конфигурации устройства, используемое для реализации этой техники отбора проб. В условиях расслоения потока (для нефтяной эмульсии, например, поток расслаивается на нефть, газ и воду) под воздействием силы гравитации поток в трубопроводе представляет совокупность элементарных горизонтальных слоев, в каждом из которых распределение включений можно считать равномерным. Качество получаемой из потока пробы в условиях такого расслоения находится в прямой зависимости от доли потока, которой представлен каждый слой потока в отобранной пробе - представительность каждого слоя в потоке должна находиться в соответствии с его долей в потоке (далее слой потока в элементарном горизонтальном сечении будет отождествляться с уровнем расположения слоя). Очевидно, что отбор пробы по известной технике отбора находится в обратной зависимости - отбор пробы от периферийных уровней к центральному уменьшается (ибо диаметры входных отверстий пробозаборных трубок уменьшаются от периферии к центру трубопровода согласно соотношению 13 : 10 : 6), расход же потока трубопровода на центральном уровне максимален, а на периферийных уровнях минимален. Поэтому известная техника отбора проб не может обеспечить высокую представительность отбираемой пробы в условиях расслоения потока трубопровода. Кроме того, осуществление известной техники отбора возможно только на устройстве строго заданной конфигурации, согласно ГОСТ 2517-85 [3]. Данное ограничение не позволяет использовать другие, более совершенные, устройства (другой конфигурации) для осуществления известной техники отбора проб.

В заявляемом изобретении способ отбора проб жидкости из трубопровода, включающий размещение в трубопроводе перпендикулярно движению потока пробозаборного элемента, ориентированного входным отверстием навстречу потоку, отбор через него под действием избыточного давления пробы из потока трубопровода, отличается тем, что отбор пробы осуществляют одинаково пропорционально расходу потока на каждом уровне отбора и при этом со скоростью, гидродинамическое возмущение потока при которой приводит к минимальному изменению содержания включений в отбираемой пробе.

Различная конфигурация пробозаборного элемента, естественно, приведет к различной степени гидродинамического возмущения потока вблизи отверстия пробозаборного элемента. По этой причине, как показали эксперименты, изокинетический отбор пробы (то есть, когда средняя скорость отбора пробы на входе в пробозаборный элемент равна средней скорости потока трубопровода), не всегда способствует получению пробы наилучшего качества. Выбор надлежащим образом средней скорости отбора пробы, а именно, из условия, обеспечивающего минимальное гидродинамическое возмущение набегающего на пробозаборный элемент потока, максимально устраняет искажение (вносимое пробозаборным элементом) распределения включений в поперечном сечении потока трубопровода и тем способствует получению по предлагаемой технике отбора пробы высокого качества. Отметим, что выбор таким образом скорости отбора пробы является необходимым, но недостаточным условием для получения пробы высокого качества. Вторым необходимым (и достаточным вместе с первым) условием для получения пробы высокого качества является одинаково пропорциональный отбор пробы относительно расхода потока на уровнях отбора. При осуществлении такого отбора пробы учитывается реальное распределение включений потока в поперечном сечении трубопровода (распределение включений можно считать равномерным на уровнях отбора). Кроме того, при этом представительность каждого элементарного слоя потока трубопровода в отбираемой по заявленному способу пробе оказывается равноценной, ибо каждый слой потока в пробе оказывается представлен в соответствии с его долей в потоке трубопровода.

Перечисленные операции предлагаемого способа обеспечивают получение пробы более высокого качества по сравнению с известными способами.

Заявляемый способ отбора проб жидкости из трубопровода может конкретно применяться на нефтепромыслах - на коммерческих узлах учета товарной нефти, на нефтеперерабатывающих заводах - при анализе качества получаемых нефтепродуктов.

На фиг. 1 представлен вид в продольном разрезе трубопровода вертикальной плоскостью; на фиг. 2 - вид в поперечном сечении трубопровода.

Устройство включает вертикальную пробозаборную трубку 1, устанавливаемую по диаметру трубопровода 2, имеющую продольное пробозаборное отверстие 3, направленное навстречу потоку трубопровода 2.

Для удобства эксплуатации устройство снабжено крышкой 4, монтируемой на патрубке 5 трубопровода 2, штуцером 6 с установленным на нем вентилем 7 и расходомером 8.

Геометрия пробозаборного отверстия 3 определяется из условия поступления в пробозаборную трубку 1 под избыточным давлением жидкости (пробы) из трубопровода 2 с одинаковым коэффициентом пропорциональности k для каждого уровня отбора x (интервал изменения x: 0≤x≤D, где D - диаметр трубопровода 2; коэффициент пропорциональности k выбирается из интервала 0< k <1).

Вентиль 7 служит для регулирования скорости отбора пробы; скорость отбора пробы снимается по показанию расходомера 8.

Для опытно-промышленных испытаний было изготовлено устройство со следующими параметрами (фиг. 1 и 2):
диаметр пробозаборной трубки 1 33 мм;
толщина трубки 1 1,5 мм;
параметры пробозаборного отверстия 3 при диаметре трубопровода 2 в 508 мм приведены в таблице 1;
коэффициент отбора пробы k = 0,002.

Пробозаборное устройство фиг. 1 и 2 работает следующим образом.

Жидкость, транспортируемая по трубопроводу 2, под избыточным давлением поступает через отверстие 3 в пробозаборную трубку 1 одинаково пропорционально расходу потока трубопровода 2 с каждого уровня отбора x: 0≤x≤D, (D - диаметр трубопровода 2). Скорость обтираемой пробы контролируют по показанию расходомера 8; изменение скорости отбираемой пробы производят при помощи вентиля 7. Далее, отобранная устройством проба поступает на анализ (определение в пробе количественного содержания балласта).

Заявляемый способ отбора проб жидкости из трубопровода осуществляется следующим образом на устройстве фиг. 1 и 2.

В трубопроводе 2, по которому транспортируют жидкость, производят размещение пробозаборного элемента (трубки 1) перпендикулярно движению потока по диаметру трубопровода 2 входным отверстием 3 навстречу потоку и осуществляют отбор пробы под действием избыточного давления одинаково пропорционально относительно расхода потока на каждом уровне отбора, для чего профиль пробозаборного отверстия 3 трубки 1 рассчитывается из условия одинаково пропорционального отбора пробы относительно расхода потока на уровнях отбора (параметры пробозаборного отверстия 3 приведены в таблице 1), при этом осуществляют отбор пробы со скоростью, гидродинамическое возмущение потока при которой приводит к минимальному изменению содержания балласта в отбираемой пробе. Эта скорость определяется экспериментально. Так, для потока нефтяной эмульсии с характеристиками, приводимыми ниже, установлено, что при реализации заявляемого способа на устройстве фиг. 1 и 2 эта скорость зависит от скорости потока в трубопроводе, но она не совпадает с изокинетической при скорости потока в трубопроводе, большей чем 0.5 м/с (данные экспериментов сведены в таблицу 2); скорость отбора пробы при этом регулируют вентилем 7 при снятии показателя скорости по показанию расходомера 8. Далее пробу направляют на анализ.

В экспериментах поток в трубопроводе 2 представлял собой нефтяную эмульсию обводненностью 0,3 мас.%, температура потока - 27^oC; вязкость безводной нефти при 20^oC составляла 4 сП. Средний размер капель составлял 60 - 70 мкм.

Сравнительные испытания заявляемого способа отбора проб жидкости из трубопровода были проведены с использованием способа отбора проб жидкости из трубопровода ГОСТ 2517-85 [2] и устройства, его реализующим ГОСТ 2517-85 [3] , фиг. 3. Данные сравнительных испытаний объединены в таблицу 2. Эксперименты разбиты на 4 подгруппы, каждой из которых соответствует одна из четырех используемых в экспериментах скоростей потока в трубопроводе 2 (колонка 2, табл. 2).

При этом в каждой серии экспериментов скорость отбора пробы отличалась от средней скорости потока в трубопроводе 2 в 0,5 - 2 раза (колонка 3, табл. 2, в которой равные значения скоростей соответствуют значению 1 - это изокинетический отбор пробы из потока трубопровода 2). Как следует из данных табл. 2 качество отбираемой пробы по заявляемому способу (колонка 5, табл. 2) в указанном интервале соотношения скоростей (колонка 3, табл.2) значительно выше, нежели качество отбираемой пробы по способу прототипу [2] (колонка 6, табл. 2). В то же время качество пробы, получаемой по заявляемому способу, как показывают данные табл. 2, зависит от скорости отбора пробы, тогда как качество получаемой пробы по способу прототипу [2] практически не зависит от соотношения указанных скоростей (табл. 2 колонки 3 - 6). Такая разная картина с точки зрения выбора наилучшей скорости отбора пробы для заявляемого способа (наилучшие показатели по колонке 5 соответствуют скорости отбора пробы, отличающейся от изокинетической в 1 - 1,4 раза, колонка 3 табл. 2) является следствием того, что гидродинамическое возмущение потока от пробозаборного элемента приводит к изменению распределения включений в поперечном сечении потока, причем при отборе пробы по заявляемому способу степень изменения распределения включений потока в поперечном сечении трубопровода 2 оказывается больше, нежели при отборе пробы по способу прототипу [2] . Но это вовсе не является недостатком заявляемого способа - дело в конфигурации устройства для отбора проб жидкости из трубопровода 2, применяемого для реализации способа. Ввиду того, что ширина отверстия 3 устройства (фиг. 1 и 2), используемого для реализации заявляемого способа, гораздо меньше диаметра трубки 1 (фиг. 1 и 2, табл. 1), естественно, что гидродинамическое возмущение потока и соответственно распределение включений потока в поперечном сечении трубопровода 2, вносимое пробозаборной трубкой 1 будет больше, нежели от пробозаборных трубок 9 - 13 (фиг. 3) устройства отбора проб, используемого для реализации способа прототипа [2], поскольку оси трубок 9 - 13 параллельны оси трубопровода 2 (на участках расположения входных отверстий 14 - 18) и диаметр входных отверстий 14 - 18 трубок 9 - 13 совпадает с внутренним диаметром этих трубок.

Реализовать заявляемый способ можно и на устройстве конфигурации, показанной на фиг 3. Для этого достаточно только подобрать соответствующее соотношение диаметров пробозаборных трубок 9 - 13, а именно, их нужно выбрать из условия отбора пробы одинаково пропорционально расходу потока трубопровода 2 на уровнях отбора. Этому условию отвечает следующее соотношение диаметров пробозаборочных трубок 9 - 13 - 6 : 11,2 : 12,8 : 13,4 : 9. При реализации заявляемого способа на устройстве фиг. 3 с таким соотношением диаметров пробозаборных трубок 9 - 13, наилучшей скоростью отбора (при которой отбирают пробу наилучшего качества), как следует из данных табл. 2, колонки 6 и 4, является изокинетическая.

Таким образом, проведенные эксперименты подтверждают необходимость осуществления отбора проб в соответствии с расходом потока трубопровода на уровнях отбора и выбора при этом скорости отбора проб, при которой гидродинамическое возмущение потока трубопровода приводит к минимальному изменению содержания балласта в потоке трубопровода.

Промышленные испытания заявляемого способа отбора проб жидкости из трубопровода проводились на установке подготовки нефти АО "Кондпетролеум" (г. Нягань, Тюм.обл.).

Заявляемый способ отбора проб жидкости из трубопровода промышленно применим ввиду его более высокой эффективности, нежели способ-прототип по ГОСТ 2517-85 [2], а также ввиду простоты изготовления устройств, его реализующих. Внедрение его, например, в нефтяной промышленности позволит осуществлять большой точности количественный и качественный учет нефти и нефтепродуктов.

Источники информации.

1. Способ отбора проб жидкости из трубопровода. ГОСТ 2517-85 (п. 2.13.1.6, п. 2.13.1.7).

2. Там же, (п. 2.13.1.8, п. 2.13.1.10, черт. 18).

3. Там же, (п. 2.13, черт. 15).

Использование: при отборе проб жидкости из трубопровода в нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности, где требует высказать точность определения примесей. Сущность изобретения: способ отбора проб жидкости из трубопровода включает размещение в трубопроводе перпендикулярно движению потока пробозаборного элемента, ориентированного входным отверстием навстречу потоку, отбор через него под действием избыточного давления пробы из потока трубопровода. Отбор пробы осуществляют одинаково пропорционально расходу потока на каждом уровне отбора со скоростью, гидродинамическое возмущение потока при которой приводит к минимальному изменению содержания включений в отбираемой пробе. 3 ил., 2 табл.

Способ отбора проб жидкости из трубопровода, включающий размещение в трубопроводе перпендикулярно движению потока пробозаборного элемента, ориентированного входным отверстием навстречу потоку, отбор через него под действием избыточного давления пробы из потока трубопровода, отличающийся тем, что отбор пробы осуществляют одинаково пропорционально расходу потока на каждом уровне отбора со скоростью, гидродинамическое возмущение потока при которой приводит к минимальному изменению содержания включений в отбираемой пробе.