СПОСОБ ОТБОРА ПРОБ ЖИДКОСТИ ИЗ ТРУБОПРОВОДА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2003 года по МПК G01N1/10 

Изобретение относится к технологии и технике отбора проб жидкости из трубопровода и может найти применение в нефтедобывающей и других отраслях промышленности, где требуется высокая точность определения параметров перекачиваемой по трубопроводам жидкости.

Известен способ отбора проб жидкости из трубопровода, при котором производят размещение в трубопроводе пробозаборного элемента из одной пробозаборной трубки с загнутым концом, которую располагают на оси трубопровода входным отверстием навстречу потоку; ручной отбор пробы пропорционально расходу потока трубопровода, при котором скорость отбора составляет не менее половины и не более двойной средней скорости потока трубопровода (ГОСТ 2517-85. п.2.13.1.3, 2.13.1.7) [1].

Известно устройство для реализации данного способа, включающее пробозаборный элемент в виде одной пробозаборной трубки с загнутым концом, которую устанавливают на оси трубопровода входным отверстием навстречу потоку (ГОСТ 2517-85, п.2.13.1.7, черт.15) [2].

Недостаток известной техники отбора проб - в случае отбора пробы вручную сложно контролировать качество перекачиваемой жидкости, когда физико-химический состав потока непрерывно изменяется.

Известен способ отбора проб жидкости из трубопровода (основного), при котором производят размещение в основном трубопроводе заборного элемента, прокачку под воздействием избыточного давления через заборный элемент и последовательно соединенный с ним обводной трубопровод части потока основного трубопровода, его гомогенизацию, размещение в обводном трубопроводе одного или нескольких пробозаборных элементов, ручной и автоматический отбор пробы в пробосборники, при котором обвязка системы элементов "обводной трубопровод - пробозаборный элемент - автоматический пробоотборник" выполняется с использованием трубки диаметром в несколько раз меньшим, чем диаметр обводного трубопровода; определение средствами измерения параметров потоков основного и обводного трубопроводов (ГОСТ 2517-85. Изменение 1. Поправка, черт. 18б)) [3] (прототип способа).

Известно устройство для реализации данного способа, включающее заборный элемент, установленный в трубопроводе (основном), последовательно соединенный с обводным трубопроводом для прокачки по нему части жидкости основного трубопровода, отбираемую через заборный элемент основного трубопровода под воздействием избыточного давления; устройство для создания избыточного давления в обводном трубопроводе и на заборном элементе основного трубопровода; на обводном трубопроводе установлены пробозаборные элементы с пробосборниками, один или несколько из которых соединены с автоматическими пробоотборниками, при обвязке которых используются трубки диаметром в несколько раз меньшим, чем диаметр обводного трубопровода; смесители перед пробозаборными элементами; средства измерения параметров потоков основного и обводного трубопроводов (ГОСТ 2517-85. Изменение 1. Поправка, черт. 18б)), [4] (прототип устройства).

Недостаток данных технологии и техники отбора проб - низкая представительность пробы, полученной через пробозаборный элемент, соединенный с автоматическим пробоотборником, из-за возникновения в канале, соединяющем "обводной трубопровод - пробозаборный элемент - автоматический пробоотборник" условий для расслоения пробы и, как следствие снижения ее представительности. Последнее возникает в силу того, что скорость движения пробы по связывающей пробозаборный элемент и автоматический пробоотборник трубке значительно меньше, чем скорость потока в обводном трубопроводе в следствии того, что гидравлическое сопротивление связывающей пробозаборный элемент обводного трубопровода трубки с автоматическим пробоотборником значительно больше, чем гидравлическое сопротивление обводного трубопровода (в силу того, что диаметр последнего значительно больше диаметра связывающей трубки).

Техническим результатом данного изобретения является повышение представительности пробы.

Для достижения технического результата в способе отбора проб жидкости из трубопровода (основного), при котором осуществляют размещение в основном трубопроводе заборного элемента, обвязку заборного элемента с основным трубопроводом и, например, с другими элементами (например, смесителями, средствами измерения параметров потока, вспомогательными средствами и другими элементами) при помощи обводного трубопровода, прокачку под воздействием избыточного давления части потока трубопровода через заборный элемент и последовательно соединенный с ним обводной трубопровод, соединение (последовательное или параллельное) обводного трубопровода (через пробозаборный элемент, размещенным в обводном трубопроводе или без пробозаборного элемента) с автоматическим пробоотборником каналом, отбор пробы автоматическим пробоотборником из этого канала, согласно изобретению, обвязку элементов, устанавливаемых на трубопроводах, выполняют из условия увеличения перепада давления в канале (связывающим обводной трубопровод с автоматическим пробоотборником) по сравнению с перепадом давления, создаваемым за счет скоростного напора потока обводного трубопровода (например, осуществляют гомогенизацию потока обводного трубопровода перед ручным отбором пробы на участке обводного трубопровода, когда эта операция увеличивает перепад давления в канале, связывающего обводной трубопровод и автоматический пробоотборник).

Поток в канале, связывающий автоматический пробоотборник с обводным трубопроводом, возникает только вследствие скоростного напора другого потока - потока обводного трубопровода. Поэтому скорость потока в канале, связывающего автоматический пробоотборник с обводным трубопроводом меньше скорости потока обводного трубопровода (ибо часть энергии потока в канале уходит на преодоление сил трения канала). Причем потери энергии на преодоление сил трения тем больше чем меньше диаметр канала по сравнению с диаметром обводного трубопровода. На практике диаметр трубопровода обводного трубопровода обычно составляет 47-49 мм, диаметр канала, связывающего автоматический пробоотборник с обводным трубопроводом, всего 6-12 мм. По законам гидравлики скорость потока канала при таких параметрах будет на порядок ниже скорости потока обводного трубопровода. В результате в канале возникают условия для расслоения потока и при отборе пробы из неоднородного потока автоматическим пробоотборником происходит не представительный отбор.

В заявляемом способе происходит увеличение скорости потока в канале, связывающего автоматический пробоотборник с обводным трубопроводом за счет увеличения перепада давления в канале, связывающего автоматический пробоотборник с обводным трубопроводом, вследствие такого размещения элементов обводного трубопровода, при котором увеличивается перепад давления в канале. Увеличение скорости потока в канале, связывающего автоматический пробоотборник с обводным трубопроводом, уменьшает условия для расслоения потока. В результате автоматическим пробоотборником отбирается более представительная проба по сравнению с прототипом [3].

Таким образом, осуществление перечисленных операций заявляемого способа позволит повысить по сравнению со способом-прототипом [3] представительность пробы.

Применение заявляемого способа позволит осуществлять более точный количественный и качественный учет перекачиваемой по трубопроводам жидкости, осуществляемый по совокупности параметров, уменьшить потери при товарно-коммерческих операциях.

Для достижения технического результата при реализации заявляемого способа используют устройство, которое включает заборный элемент, устанавливаемый в основном трубопроводе, обводной трубопровод, последовательно соединенный с заборным элементом, диспергаторы и пробозаборный (-е) элемент (-ы), установленный (-е) на обводном трубопроводе, пробосборник (-и), согласно изобретению, диспергатор и пробозаборный элемент для ручного отбора пробы устанавливают за пробозаборным элементом для автоматического отбора пробы (направление определяется по ходу потока обводного трубопровода) из условия увеличения перепада давления на пробозаборном элементе.

Поток в канале, связывающий автоматический пробоотборник с обводным трубопроводом, возникает только вследствие скоростного напора другого потока - потока обводного трубопровода. Поэтому скорость потока в канале, связывающего автоматический пробоотборник с обводным трубопроводом меньше скорости потока обводного трубопровода (ибо часть энергии потока в канале уходит на преодоление сил трения канала). Причем потери энергии на преодоление сил трения тем больше чем меньше диаметр канала по сравнению с диаметром обводного трубопровода. На практике диаметр трубопровода обводного трубопровода обычно составляет 47-49 мм, диаметр канала, связывающего автоматический пробоотборник с обводным трубопроводом, всего 6-12 мм. По законам гидравлики скорость потока канала при таких параметрах будет на порядок ниже скорости потока обводного трубопровода. В результате в канале возникают условия для расслоения потока и при отборе пробы автоматическим пробоотборником из неоднородного потока происходит не представительный отбор. В заявляемом устройстве происходит увеличение скорости потока в канале, связывающего автоматический пробоотборник с обводным трубопроводом за счет увеличения перепада давления в канале, связывающего автоматический пробоотборник с обводным трубопроводом, вследствие размещения диспергатора для ручного отбора пробы, при котором увеличивается перепад давления в канале. Увеличение скорости потока в канале, связывающего автоматический пробоотборник с обводным трубопроводом, уменьшает условия для расслоения потока. В результате автоматическим пробоотборником отбирается более представительная проба по сравнению с прототипом [4].

Таким образом, благодаря выполнению элементов заявляемого устройства из указанных условий будет осуществляться более представительной пробы заявляемым устройством (в отличии от устройства прототипа [4]).

Заявляемые способ отбора проб жидкости из трубопровода и устройство для его осуществления могут конкретно применяться, например, на нефтепромыслах - на коммерческих узлах учета нефти.

Заявляемый способ отбора проб жидкости из трубопровода осуществляется следующим образом.

В трубопроводе (основном), по которому транспортируют жидкость, производят размещение заборного элемента, прокачку под воздействием избыточного давления части потока трубопровода диаметром 49 мм через заборный элемент и последовательно соединенный с ним обводной трубопровод части потока основного трубопровода с возвращением прокачиваемой части в основной трубопровод, далее размещают в обводном трубопроводе пробозаборные элементы, через которые осуществляют гомогенизацию потока обводного трубопровода и отбор пробы в пробоприемники: первый пробозаборный элемент соединяют с автоматическим пробоотборником с использованием трубки (канала), диаметр которой лежит в диапазоне 6-12 мм, конец которой, соединяемый с обводным трубопроводом располагается после диспергатора и второго пробозаборного элемента для ручного отбора проб, при этом ручной отбор пробы в пробоприемник осуществляют под воздействием перепада с внешней средой путем поворота ручки крана, автоматический отбор пробы в пробоприемник осуществляют автоматическим пробоотборником. Отобранную в накопительную емкость пробу направляют на анализ - определение относительного содержания балласта в пробе.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 представлен один из вариантов заявляемого устройства для отбора проб жидкости из трубопровода.

Устройство включает заборный элемент 1, установленный вертикально по диаметру трубопровода (основного) 2 входным отверстием навстречу потоку, обводной трубопровод 3 для прокачки по нему части потока трубопровода 2, отбираемого через заборный элемент 1 трубопровода 2 под воздействием избыточного давления, и возвращения его по обводному трубопроводу 3 в трубопровод 2; на обводном трубопроводе 3 установлен индикатор 4 расхода жидкости для контроля расхода жидкости через заборный элемент 1; пробозаборный элемент 5 для отбора пробы автоматическим пробоотборником 6; участок 7 обводного трубопровода 3 представляет трубку Вентури (диспергатор); пробозаборный элемент 8 с краном 9 для ручного отбора пробы; участок обводного трубопровода 10 представляет трубку Вентури (диспергатор); система элементов 5, 6, 3 обвязаны между собой при помощи трубки (канала) 11; пробосборники 12. Избыточное давление в обводном трубопроводе 3 и на заборном элементе 1 основного трубопровода 2 создается при помощи диафрагмы 13, расположенной между заборным элементом 1 и концом обводного трубопровода 3, расположенное (по ходу потока) за заборным элементом 1.

Пробозаборное устройство, фиг.1, предназначено для отбора пробы из потока трубопровода 2 в два этапа для ручного отбора, и в три этапа - для автоматического отбора пробы - первый, этот отбор части потока трубопровода 1 через заборный элемент 1 и прокачка его через обводной трубопровод 3 с последующим возвращением в трубопровод 2, при этом прокачку части потока трубопровода 2 осуществляют под воздействием избыточного давления, для создания которого служит диафрагма 13 трубопровода 2; второй этап - отбор пробы в пробосборник 12 под воздействием избыточного давления пробозаборным элементом 8 из потока обводного трубопровода 3 для ручного отбора пробы и пробозаборной трубкой 5 для отбора автоматическим пробоотборником 6; третий этап - отбор пробы в пробосборник 12 автоматическим пробоотборником 6 из трубки (канала) 11, обвязывающей элементы "пробозаборный элемент 5 - автоматический пробоотборник 6 - обводной трубопровод 3". Изокинетичность отбора части потока основного трубопровода 2 контролируется индикатором расхода 4.

Устройство для отбора проб жидкости из трубопровода фиг.1 работает следующим образом.

Часть жидкости трубопровода 2 (основного) под избыточным давлением, создаваемым при помощи диафрагмы 13, поступает через заборный элемент 1 и далее прокачивается по обводному трубопроводу 3 с последующим возвращением в трубопровод 2. На участке 10 обводного трубопровода поток подвергается гомогенизации. При этом возрастает перепад давления на трубке 11, связывающей элементы "пробозаборный элемент 5 - автоматический пробоотборник 6 и обводной трубопровод 3". Как следствие, возрастает скорость течения и обеспечивается более равномерное распределение включений в поперечном сечении потока трубки 11. Уменьшаются условия для расслоения в трубке 11. Автоматический пробоотборник 6 отбирает пробу из однородного потока трубки 11 в пробосборник 12. После прохождения участка 7 поток обводного трубопровода 3 вновь подвергается гомогенизации на участке 10. После дополнительного перемешивания через пробозаборный элемент 8 проба отбирается в пробосборник 12. Расход регулируется краном 9. После заполнения пробосборников 12 проба направляется на анализ.

Среднюю скорость отбора жидкости из трубопровода 2 заборным элементом 1 определяют по индикатору 4.

Для испытаний было использовано устройство для отбора проб жидкости из трубопровода 6 фиг.1 с приводимыми ниже расчетными параметрами.

Трубопровод 2 - горизонтальный с внутренним диаметром в 508 мм. Жидкость трубопровода 2 представляла собой нефтяную эмульсию с содержанием воды 0.21-0.72 об. %; вязкость безводной нефти при 20^oC составляла 3 сП; расход потока трубопровода 2 - 540 м³/час. Диаметр обводного трубопровода 3 составлял 49 мм, трубки 11-6 мм. Заборное устройство для установки на трубопроводе 2 представляло собой трубку 1 с параметрами по "ГОСТ 2517-85. Изменение 1. Черт. 15б). Таблица 2". Диспергаторы 7 и 10 изготовлены в соответствии с [5] ("ГОСТ 2517-85. Изменение 1. Черт. 19. Приложение 3". Температура потока обводного трубопровода составляла - 34.2-35.7^oС; плотность безводной нефти, приведенной к 20^oС при давлении 0 МПа составляла 837,48 кг/м³). Автоматическим пробоотборником служил автоматический пробоотборник "Проба-1 М" (Изготовитель завод "БОЗНА", г. Бугульма, Татарстан).

Сравнительные испытания заявляемых способа и устройства отбора проб жидкости из трубопровода были проведены с использованием способа отбора проб по "ГОСТ 2517-85. Изменение 1. Поправка" [3] и устройства отбора проб по "ГОСТ 2517-85. Изменение 1. Поправка" [4], фиг.2. Данные сравнительных испытаний заявляемой и известной (прототип [3-4]) техники отбора проб сведены в табл.1.

Представительность пробы для способа и устройства [3-4] (прототип), полученной автоматическим пробоотборником, на 15-33% ниже по сравнению с представительностью для заявляемой технологии - сравните данные колонок 3 и 4 табл.1. При осуществлении заявляемой технологии скорость в трубке 11 увеличивается из-за увеличения перепада давления на этой трубке и пробозаборном элементе 5 (фиг.1) вследствие изменения очередности расположения участка 10 на обводном трубопроводе 3 (сравните с фиг.1 и 2). Более высокая скорость в трубке 11 устраняет условия для расслоения пробы. В результате отбор пробы по заявляемому способу и устройству обеспечивает высокую представительность пробы при автоматическом отборе. Для ручного отбора пробы представительность для заявляемой техники также повышается (в следствие более равномерного распределения включения в потоке обводного трубопровода после двойного перемешивания потока - сначала на участке 7, а затем на участке 10 обводного трубопровода 3) - сравните данные колонок 5 и б табл.1.

Таким образом, данные сравнительных испытаний табл. 1 подтверждают, что отбор пробы из потока трубопровода по заявляемому способу и устройству, в отличие от отбора пробы по прототипу [3-4], обеспечивает более представительный отбор.

Заявляемый способ отбора проб и устройство для его осуществления промышленно применимы - они не требуют коренной реконструкции существующих узлов учета перекачиваемых по трубопроводам жидкостей, а необходимые для реализации заявляемой техники изменения могут быть проведены силами производственников, обслуживающих эти системы.

Источники информации
1. Способ отбора проб жидкости из трубопровода. /ГОСТ 2517-85. п. 2.1.13.1.3, 2.13.1.7.

2. Устройство для отбора проб жидкости из трубопровода./ГОСТ 2517-85, п. 2.13.1.7, черт. 14.

3. Способ отбора проб жидкости из трубопровода./ГОСТ 2517-85. Изменение 1. Поправка, черт. 18б), 19 п.2.13.2.2.

4. Устройство для отбора проб жидкости из трубопровода./ГОСТ 2517-85. Изменение 1. Поправка, черт. 18б), 19.

5. "ГОСТ 2517-85. Изменение 1.Черт. 16. Приложение 3".

Изобретение относится к технологии и технике отбора проб жидкости из трубопровода и может найти применение в нефтедобывающей и других отраслях промышленности, где требуется высокая точность определения параметров перекачиваемой по трубопроводам жидкости. В способе отбора проб жидкости размещают в основном трубопроводе заборный элемент, осуществляют обвязку заборного элемента с основным трубопроводом, при помощи обводного трубопровода, прокачивают под воздействием избыточного давления часть потока трубопровода через заборный элемент и последовательно соединенный с ним обводной трубопровод. Соединяют обводной трубопровод с автоматическим пробоотборником каналом. Осуществляют отбор пробы автоматическим пробоотборником из этого канала. Осуществляют ручной отбор пробы из потока обводного трубопровода. Обвязку элементов выполняют из условия увеличения перепада давления в канале, связывающего обводной трубопровод с автоматическим пробоотборником, по сравнению с перепадом давления, создаваемого за счет скоростного напора потока обводного трубопровода. Устройство для отбора проб жидкости содержит заборный элемент, установленный в основном трубопроводе, обводной трубопровод, последовательно соединенный с заборным элементом, диспергатор, пробозаборный элемент для ручного отбора пробы, установленный на обводном трубопроводе, пробозаборный элемент для автоматического отбора пробы и пробосборник. Диспергатор и пробозаборный элемент для ручного отбора пробы установлены за пробозаборным элементом для автоматического отбора пробы по ходу потока обводного трубопровода из условия увеличения перепада давления на пробозаборном элементе. Изобретение обеспечивает высокую точность при количественном и качественном учете перекачиваемой по трубопроводу жидкости. 2 с.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

1. Способ отбора проб жидкости из основного трубопровода, при котором размещают в основном трубопроводе заборный элемент, осуществляют обвязку заборного элемента с основным трубопроводом, при помощи обводного трубопровода, прокачивают под воздействием избыточного давления часть потока трубопровода через заборный элемент и последовательно соединенный с ним обводной трубопровод, соединяют обводной трубопровод с автоматическим пробоотборником каналом, осуществляют отбор пробы автоматическим пробоотборником из этого канала и осуществляют ручной отбор пробы из потока обводного трубопровода, отличающийся тем, что обвязку элементов выполняют из условия увеличения перепада давления в канале, связывающим обводной трубопровод с автоматическим пробоотборником, по сравнению с перепадом давления, создаваемого за счет скоростного напора потока обводного трубопровода. 2. Устройство для отбора проб жидкости из трубопровода, содержащее заборный элемент, установленный в основном трубопроводе, обводной трубопровод, последовательно соединенный с заборным элементом, диспергатор, пробозаборный элемент для ручного отбора пробы, установленный на обводном трубопроводе, пробозаборный элемент для автоматического отбора пробы и пробосборник, отличающееся тем, что диспергатор и пробозаборный элемент для ручного отбора пробы установлены за пробозаборным элементом для автоматического отбора пробы по ходу потока обводного трубопровода из условия увеличения перепада давления на пробозаборном элементе.