РАЗДЕЛИТЕЛЬ ЖИДКОСТЕЙ ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ ТРУБОПРОВОДА Российский патент 2009 года по МПК B08B9/55 B08B9/57 

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.

На внутренней стороне сетчатой оболочки 2 равномерно по ее площади фиксируют n датчиков расстоянии. Всего расстояний между двумя любыми датчиками будет n²-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 n²-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.

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 м³/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. Трубопровод имеет два участка с разными R: R₁ и R₂. Из графика R=f(D) находим диаметры сечений для первого (начального) и второго участков трубопровода: D₁=200 мм и D₂=100 мм.

2. Время прохождения разделителем первого участка равно 5,24 часа, за это время этот чистый от отложений участок заполнится закачиваемой жидкостью в объеме 157 м³ (5,24×30), это соответствует трубопроводу длиной 5000 м.

3. Время прохождения разделителем второго участка с АСПО равно 1,30 часа. За это время в трубопровод будет закачено 39 м³ жидкости (1,3×30). Это и будет внутренним объемом второго участка.

4. Разница между внутренним объемом чистого трубопровода и трубопровода с отложениями даст нам объем отложений (АСПО): 119 м³ (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, м³ 157 39 196 4. Объем отложений, м³ 0 118 118 5. Расход закачиваемой жидкости (постоянный), м³/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

Разделитель жидкостей для диагностики трубопровода предназначен для использования в трубопроводном транспорте жидкостей и газов с целью определения наличия и расположения отложений и осадков по длине трубопровода. Разделитель состоит из множества шаров малого диаметра с различными плотностями, собранных с помощью эластичной сетчатой оболочки в форму шара с внутренним диаметром трубопровода, и диагностирующей части в виде датчиков расстояний и регистрирующего элемента. Датчики расстояний и регистрирующий элемент равномерно закреплены к внутренней стороне сетчатой оболочки. При продвижении разделителя по трубопроводу путем закачки в трубопровод жидкости с повышенной плотностью датчики расстояний с заданной периодичностью будут определять расстояния между собой и отправлять эту информацию в регистрирующий элемент. Функция регистрирующего элемента заключается в нахождении среднего значения расстояний между датчиками в течение времени прохождения разделителя по трубопроводу. В изобретении предложен принцип оценки внутреннего диаметра трубопровода и самого подвижного разделителя по степени его вытянутости в местах сужений трубопровода из-за наличия отложений. Разделитель обеспечивает простыми средствами повышение эффективности получения информации о количестве и местонахождения осадков и отложений в трубопроводе. 4 ил., 1 табл.

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, отличающийся тем, что 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, также закрепленный 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.