ДОЗАТОР ЖИДКОСТИ Российский патент 2006 года по МПК G01F11/00 B67D5/00 

Изобретение относится к дозирующим устройствам и расходомерам для дозирования жидкостей, истекающих как под напором самой жидкости из резервуаров, цистерн, емкостей, так и под давлением, создаваемым насосом, и может найти применение на промысловых работах нефтедобывающей отрасли, а также на предприятиях нефтеперерабатывающей, химической, нефтехимической промышленности.

При проведении работ на нефтепромыслах, связанных с закачкой через нагнетательные и добывающие скважины в нефтеносный пласт смеси из двух и более химических реагентов для повышения его нефтеотдачи, необходимо соблюдать объемные соотношения применяемых реагентов при подаче их одновременно из различных емкостей через дозирующие устройства в специальную буферную емкость на смешение. Поэтому применение дозирующих устройств, надежных в работе и точных в дозировании, является одним из основных условий эффективности технологического процесса закачки смеси реагентов в скважину в полевых условиях в любое время года.

В настоящее время дозирование жидкостей на нефтепромысловых работах применяют дозирующие устройства, обеспечивающие истечение реагентов под напором через стандартные калиброванные насадки, представляющие собой набор шайб с различными по диаметру отверстиями. В качестве аналога служит "Дозатор жидкости", А.С. №321466, МКИ В 67 D 5/00, от 19.11.1971 г., Бюл. №35. Дозируется из данного дозатора жидкость следующим образом. Из исходной емкости жидкость поступает под напором в корпус через подводящий патрубок и, достигнув сливного патрубка, начинает истекать из калиброванной насадки. Требуемый расход жидкости устанавливается при полном заполнении корпуса. Излишки жидкости переливаются через верхнюю сливную трубку в специальный приемник, а оттуда перекачиваются насосом в исходную емкость.

Недостатки дозатора такого типа следующие. Невозможно определить и контролировать изменение расхода жидкости, истекающей из дозатора. Каждое изменение расхода, даже минимальное, связано с заменой калиброванной насадки в сливном патрубке. Для перекачки излишней жидкости в исходную емкость нужен дополнительный насосный агрегат.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению относится дозатор жидкости, предназначенный для дозировки жидких реагентов, подаваемых под напором из исходных емкостей на смешение в буферную емкость /"Дозатор жидкости", Патент РФ №2212634, МКИ G 01 F 11/00, В 67 D 5/00 от 20.09.2003 г., бюлл. №26/. Дозатор жидкости состоит из корпуса, патрубка для подачи жидкости, сливного патрубка, калиброванной насадки, мерной цилиндрической трубки, запорной пробки. Дозируется жидкость следующим образом. Дозируемая жидкость поступает из исходной емкости в корпус дозатора через входной патрубок под напором самой жидкости. Заполнив корпус, жидкость начинает подниматься по мерной трубке. В момент достижения жидкостью деления с нулевой отметкой на мерной трубке, соответствующей установленному номинальному расходу, открывается запорная пробка и начинается слив реагента из сливного патрубка через калиброванную насадку в буферную емкость. Затем с поворотом рукоятки сливного вентиля на исходной емкости стабилизируется уровень жидкости на данном делении мерной трубки и тем самым устанавливается постоянный расход ее при истечении из дозатора. Поскольку в процессе закачки смеси реагентов в скважину происходит увеличение или уменьшение проницаемости и приемистости нефтяного пласта, то соответствующим образом необходимо управлять изменением расхода реагентов, подаваемых на смешение. Такое управление изменением расхода реагентов с помощью дозатора осуществляется путем визуального контроля за уровнем жидкости в мерной трубке по всему диапазону варьирования. Подъем уровня жидкости в мерной трубке выше нулевого деления указывает на увеличение расхода реагента, а падение уровня ниже нулевого деления указывает на уменьшение расхода. Как только уровень жидкости в мерной трубке выходит за конечные деления, производится операция замены калиброванной насадки. Если уровень подаваемой жидкости в мерной трубке выходит за предельное верхнее деление, то осуществляется замена на калиброванную насадку с большим отверстием. Если уровень подаваемой жидкости в мерной трубке опускается за предельно-нижнее деление, то берется калиброванная насадка с меньшим отверстием. Во всех случаях визуальный контроль за расходом жидкости, истекающей из дозатора после замены калиброванной насадки, аналогичный.

Недостатки прототипа. Дозатор жидкости в таком конструктивном исполнении технологически неэффективный. Связано это с влиянием следующих негативных факторов. Во-первых, частая смена калиброванной насадки на дозаторе в процессе проведения работы по закачке смеси реагентов в скважину приводит к дополнительным трудностям, возникающим с остановкой и пуском промыслового оборудования, и к нарушению технологического регламента закачки. Во-вторых, габаритные размеры дозатора, которые определяются в первую очередь высотой мерной трубки, рабочая длина которой устанавливается от места крепления на корпусе до верхней кромки самой трубки и берется в пределах от 0,5 м до 1,0 м создают определенные монтажные и эксплуатационные трудности при проведении промысловых работ в полевых условиях. В-третьих, при проведении работ по закачке в сумерки, в ночную смену, в ненастную погоду, качество визуального контроля за уровнем жидкости в мерной трубке значительно ниже. Применение системы подсветки шкалы измерения мерной трубки по всей ее длине сопряжено с дополнительными трудозатратами и трудностями при установке и креплении ее на рабочем месте.

Предлагаемое изобретение решает задачу повышения технологической эффективности дозатора жидкости.

Поставленная задача решается тем, что мерная трубка дозатора жидкости соединена сверху через трехходовой кран с мембранным манометром, предназначенным для измерения как разрежения, так и давления, образуемых при истечении жидкости из дозатора в замкнутом воздушном пространстве, создаваемом между уровнем жидкости в мерной трубке и мембраной манометра, при этом высота самой мерной трубки берется от места крепления на корпусе дозатора не выше 250 мм и не ниже 200 мм.

Новизна предлагаемого изобретения состоит в следующем. Истечение жидкости из дозатора через калиброванную насадку с постоянным номинальным расходом и изменение расхода в сторону уменьшения или увеличения устанавливаются, регулируются и контролируются по показанию мембранного манометра, шкала измерения которого градуируется в единицах разрежения и давления с переходом через атмосферное давление, равное 1. Каждой единице разрежения и давления соответствует конкретная величина расхода истекающей из дозатора жидкости. Разрежение и давление создаются в замкнутом воздушном пространстве, образуемом между уровнем жидкости в мерной трубке и мембраной манометра. Разрежение начинает создаваться в процессе изменения расхода истекающей жидкости в сторону уменьшения от номинального /уровень жидкости в мерной трубке начинает опускаться ниже уровня номинального расхода, а стрелка манометра перемещается по шкале измерения в секторе разрежения, начиная от деления, указывающего атмосферное давление, равное 1, в сторону понижения давления Р<1/. Давление начинает создаваться в процессе изменения расхода истекающей жидкости в сторону увеличения ее количества от номинального /уровень жидкости в мерной трубке начинает подниматься выше уровня номинального расхода, а стрелка манометра перемещается по шкале измерения в секторе давления, начиная от деления, указывающего атмосферное давление, равное 1, в сторону повышения давления, Р>1/. Номинальный расход устанавливается по технологии и контролируется путем организации истечения жидкости при атмосферном давлении, действующем в замкнутом воздушном пространстве /деление на шкале измерения отмечено равенством Р=1/.

Такое конструктивное выполнение дозатора жидкости решает задачи, устраняющие технологические недостатки аналога и прототипа, и тем самым обеспечивает повышение его технологической эффективности. Во-первых, установка мембранного манометра через трехходовой кран на мерной трубке позволяет создать воздушную подушку между уровнем жидкости в мерной трубке и мембраной манометра. За счет воздушной подушки расширяется диапазон варьирования расходом жидкости при истечении ее через одну калиброванную насадку с отверстием, обеспечивающим подачу жидкости с номинальным расходом при атмосферном давлении, действующем в замкнутом воздушном пространстве. В диапазон варьирования расходом попадают также и предельные значения, которые обеспечивают максимальный перепад, образуемый между верхним уровнем жидкости в исходной емкости и уровнем жидкости в калиброванной насадке. Результатом такого конструктивного решения является исключение из технологического процесса закачки многократной операции замены калиброванных насадок. Во-вторых, возможность ограничения высоты столба жидкости в мерной трубке путем уравновешивания и стабилизации воздушной подушкой, подверженной при изменении расхода разрежению и давлению, позволило сократить длину мерной трубки дозатора с 0,5-1,0 метра до 0,2-0,25 метра и тем самым уменьшить габариты дозатора по высоте в 2,5-3,0 раза. Опытами было установлено, что при длине мерной трубки меньше 0,2 м в диапазон варьирования расходом жидкости в сторону его уменьшения от номинального /область допустимого разрежения в замкнутом воздушном пространстве/ попадает объем верхней конической части корпуса дозатора. В результате этого определять и контролировать нижние значения расхода становится практически невозможно, поскольку частицы воздуха воздушной подушки, соприкасаясь с потоком жидкости, истекающей в турбулентном режиме, выносятся из дозатора и точное дозирование жидкости в таком режиме истечения становится невозможным. Опыты показали, что увеличение длины мерной трубки более 0,25 м на точность измерения расхода практически не влияют, но создает проблемы с установкой манометра и трехходового крана на мерной трубке и с креплением дозатора на рабочем промысловом оборудовании. Возможность визуального контроля за расходом жидкости не по уровню мениска жидкости в мерной трубке, а по показанию стрелки манометра уменьшает ошибки измерения расхода, проводимого в полевых условиях в любую погоду, в любое время суток, и снижает утомляемость органов зрения во время проведения работ.

На Фиг.1 представлено конструктивное выполнение дозатора жидкости. Предлагаемый дозатор состоит из /см. Фиг.1/: 1 - корпуса дозатора; 2 - патрубка для подачи жидкости в дозатор; 3 - патрубка для истечения жидкости из дозатора; 4 - калиброванной насадки; 5 - мерной цилиндрической трубки; 6 - трехходового крана; 7 - мембранного манометра со шкалой измерения; 8 - запорной пробки. Работает дозатор жидкости следующим образом. Вначале производится настройка дозатора. Операция настройки включает: 1/ установку трехходового крана 6 в положение I, связывающее манометр 7, мерную трубку 5 и окружающую среду; 2/ проверку положения стрелки манометра 5 на шкале измерения. Стрелка должна указывать на деление, отмеченное выражением Р=1 и величиной номинального расхода. Затем подается дозируемая жидкость в корпус 1 из исходной емкости через рукав, подсоединенный к патрубку 2. Заполнив корпус 1, жидкость поднимается по мерной трубке 5 до деления, указывающего номинальный расход. После достижения жидкостью данного деления убирается запорная пробка 8 и начинается слив жидкости из сливного патрубка 3 через калиброванную насадку 4 в емкость для смешения. В течение 5-10 сек регулировкой рукоятки сливного вентиля стабилизируется уровень жидкости в мерной трубке 5. За это время трехходовой кран 6 переводится в положение II, которое связывает только мерную трубку 5 и манометр 6 и образует в замкнутом воздушном пространстве давление, равное атмосферному. Контролируя данный режим истечения жидкости из дозатора, обеспечивается подача ее с постоянным номинальным расходом.

Операция увеличения расхода дозирующей жидкости начинается с сохранения трехходового крана 6 в положении II. Поворотом рукоятки сливного вентиля на исходной емкости увеличивают подачу жидкости в корпус дозатора I. B процессе увеличения подачи уровень жидкости в мерной трубке 5 поднимается и сжимает воздушную подушку, находящуюся в замкнутом воздушном пространстве. Стрелка манометра фиксирует данное изменение и передвигается по сектору давления на манометре от деления с отметкой Р=1 к делению с отметкой Р>1. После достижения стрелкой деления с установленным расходом рукояткой сливного вентиля стабилизируется подача жидкости в корпус дозатора 1 и устанавливается увеличенный расход с постоянной подачей.

Операция уменьшения расхода подаваемой жидкости начинается также с сохранения трехходового крана 6 в положении II. Затем поворотом рукоятки сливного вентиля на исходной емкости уменьшают подачу жидкости в корпус дозатора 1. В процессе уменьшения подачи уровень жидкости в мерной трубке 5 начинает опускаться ниже уровня номинального расхода. В замкнутом воздушном пространстве создается разрежение /вакуум/. Стрелка манометра 7 фиксирует данное изменение разрежения и передвигается по сектору разрежения от деления с отметкой Р=1 к делению с отметкой Р<1. Поскольку шкала измерения на манометре 7 отградуирована как на разрежение, так и на соответствующей расход, то после достижения стрелкой деления с установленным расходом, поворотом рукоятки сливного вентиля стабилизируется подача жидкости в корпус дозатора 1 и устанавливается уменьшенный расход с постоянной подачей.

Как следует из описания изобретения, предлагаемый дозатор является технологически более эффективным, чем аналог и прототип. В результате применения данного дозатора в полевых условиях осуществляется с меньшей нагрузкой на органы зрения визуальный контроль за истечением жидкости из дозатора с постоянным расходом, фиксируются и регулируются любые изменения расхода в сторону увеличения и уменьшения, устанавливается любой нужный диапазон варьирования расходом жидкости, исключается из технологического процесса многократная операция замены калиброванных насадок, проводимая при изменении расхода.

Простота конструктивного выполнения, несложность изготовления, надежность в эксплуатации в любое время суток и года являются основой для широкого применения предлагаемого дозатора жидкости на нефтепромысловых работах. Наличие у дозатора в системе регулирования и контроля расхода жидкости воздушной подушки создает возможность проведения полной автоматизации процесса подачи, регулирования и контроля дозируемой жидкости.

Изобретение может быть использовано на нефтепромыслах, нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятиях и заводах, где осуществляется дозирование жидкостей, истекающих как под собственным напором, так и под давлением, создаваемым насосом. Техническим результатом изобретения является повышение технологической эффективности путем исключения многократной операции замены калиброванных насадок, увеличения диапазона варьирования расходом, уменьшения габаритных размеров по высоте. Этот результат обеспечивается за счет того, что дозатор жидкости состоит из корпуса, подводящего патрубка, патрубка истечения жидкости, калиброванной насадки, мерной трубки с диаметром 20-40 мм и высотой, позволяющей вести визуальный контроль за уровнем жидкости в мерной трубке. Мерная трубка соединена сверху через трехходовой кран с мембранным манометром, предназначенным для измерения как разрежения, так и давления, образуемых при истечении жидкости из дозатора в замкнутом воздушном пространстве, создаваемом между уровнем жидкости в мерной трубке и мембраной манометра, при этом высота самой мерной трубки берется от места крепления на корпусе дозатора не выше 250 мм и не ниже 200 мм. 1 ил.

Дозатор жидкости, состоящий из корпуса, подводящего патрубка, патрубка истечения, калиброванной насадки, мерной трубки с диаметром 20-40 мм и высотой, позволяющей вести визуальный контроль за уровнем жидкости в мерной трубке, отличающийся тем, что мерная трубка дозатора жидкости соединена сверху через трехходовой кран с мембранным манометром, предназначенным для измерения как разрежения, так и давления, образуемых при истечении жидкости из дозатора в замкнутом воздушном пространстве, создаваемом между уровнем жидкости в мерной трубке и мембраной манометра, при этом высота самой мерной трубки берется от места крепления на корпусе дозатора не выше 250 мм и не ниже 200 мм.