УСТАНОВКА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ДИСПЕРСНОЙ ФАЗЫ В ГАЗОВОМ ПОТОКЕ Российский патент 2013 года по МПК G01F13/00 

Изобретение относится к области контроля качества подготовки природного и попутного газов к транспорту в нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано на топливно-энергетических, химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих предприятиях. Контроль качества газа осуществляют с помощью установки для определения содержания дисперсной фазы в газовом потоке.

Известна установка для определения содержания дисперсной фазы в газовом потоке, включающая фильтр-патрон, блок поддержания постоянного расхода газа при давлении, температуре и скорости в системе установки, равных давлению, температуре и скорости газового потока, содержащий вентиль, манометр и дроссель, см. Г.А.Лончаков, А.Н.Кульков Г.К.Зиберт. «Технологические процессы подготовки природного газа и методы расчета оборудования», ООО «Недра. Бизнесцентр» г.Москва. Отпечатано в Производственно-издательском комбинате ВИНИТИ, с.204, 2000 г.

Недостатками известной установки является высокая погрешность в определении содержания дисперсной фазы в потоке газа, связанная с выделением влаги при наборе давления в установке, которая улавливается фильтр-патроном и снижает достоверность полученных результатов измерения. Кроме того, при пропускании пробы газа через дроссель происходит резкое снижение температуры газа, который охлаждает стенки установки и снижает температуру внутри нее, при этом температура пробы газа уже не равна температуре газового потока, что приводит к искажению полученных результатов. Конструкция установки позволяет отбирать пробы газа только около стенки трубопровода и определять дисперсную фазу только при малом ее содержании в газовом потоке.

Известна установка для определения содержания дисперсной фазы в газовом потоке, включающая пробоотборный зонд, регулятор постоянного расхода газа при давлении, температуре и скорости в системе установки, равных давлению, температуре и скорости газового потока, блок фильтров, включающий фильтр-патрон для улавливания выделившейся влаги при наборе в системе устройства давления, равного давлению газового потока, затем фильтр-патрон для улавливания капельной влаги и механических примесей из газа и после него фильтр-патрон для коррекции результатов измерений, при этом регулятор постоянного расхода газа выполнен в виде блока с набором откалиброванных критических сопел, см. RU Патент №2396553, MIIK G01N 25/56 (2006.01), 2010.

Недостатками известной установки, является то, что регулятор постоянного расхода газа, выполненный в виде набора критических сопел, обеспечивает дискретное изменение расхода газа через установку, что не всегда позволяет выполнять условие равенства скорости газа в системе установки и газового потока, и, как следствие, снижает точность определения содержания дисперсной фазы в газовом потоке. Также установка позволяет определять содержание дисперсной фазы только при малом ее количестве в газовом потоке, что связано с быстрым насыщением фильтр-патронов влагой при большом ее содержании.

Наиболее близкой по технической сущности является установка для определения содержания дисперсной фазы в газовом потоке, включающая пробоотборный зонд, блок сепарации, содержащий сепаратор, снабженный фильтр-патроном и мерником для отсепарированной жидкости из газа, блок поддержания постоянного расхода газа при давлении, температуре и скорости в системе установки, равных давлению, температуре и скорости газового потока, включающий клапан регулировки расхода газа, расходомер и узел подачи ингибитора гидратообразования, содержащий емкость с ингибитором и клапан подачи ингибитора к клапану регулировки расхода газа, при этом блок поддержания постоянного расхода газа в качестве расходомера содержит счетчик газа, установленный после клапана регулировки расхода газа, а расход определяется при помощи секундомера, см. Г.А.Лончаков, А.Н.Кульков Г.К.Зиберт «Технологические процессы подготовки природного газа и методы расчета оборудования», ООО «Недра. Бизнесцентр», г.Москва. Отпечатано в Производственно-издательском комбинате ВИНИТИ, с.210, 2000 г.

Недостатками данной установки является длительность и неточность определения содержание дисперсной фазы в газовом потоке за счет трудности установления действительного расхода газа через установку, вызванной использованием в качестве расходомера счетчика газа и секундомера, при этом счетчик газа установлен после клапана регулировки расхода газа, в котором происходит дросселирование газа и, как следствие, резкое снижение температуры и давления, что искажает данные о действительном расходе газа, даже с использованием корректирующих расчетов, и приводит к неточному выполнению условия равенства скорости газа в системе установки и газового потока, а это в свою очередь снижает точность в определении содержания дисперсной фазы. К тому же конструкция установки позволяет определять содержание дисперсной фазы по количеству отсепарированной влаги только при большом ее содержании в газовом потоке.

Задачей изобретения является создание установки, позволяющей с высокой точностью и при малом времени отбора проб газа определять содержание дисперсной фазы в газовом потоке, как при высоком, так и малом ее значениях.

Техническая задача решается тем, что установка для определения содержания дисперсной фазы в газовом потоке, включающая пробоотборный зонд, блок сепарации, содержащий сепаратор, снабженный фильтр-патроном и мерником для отсепарированной жидкости из газа, блок поддержания постоянного расхода газа при давлении, температуре и скорости в системе установки, равных давлению, температуре и скорости газового потока, включающий клапан регулировки расхода газа, расходомер и узел подачи ингибитора гидратообразования, содержащий емкость с ингибитором и клапан подачи ингибитора к клапану регулировки расхода газа, установка дополнительно содержит блок фильтрации, установленный параллельно блоку сепарации между пробоотборным зондом и расходомером, и включающий фильтр-патрон для улавливания выделившейся влаги при наборе в системе устройства давления, равного давлению газового потока, затем фильтр-патрон для улавливания капельной влаги и механических примесей из газа и после него фильтр-патрон для коррекции результатов измерений, а блок поддержания постоянного расхода газа в качестве расходомера содержит массовый расходомер, установленный перед клапаном регулировки расхода газа.

Решение технической задачи позволяет создать установку, которая обеспечивает при малом времени отбора проб газа получение высокой точности значения содержания дисперсной фазы в газовом потоке, как при большом, так и при малом ее содержании.

Установка для определения содержания дисперсной фазы в газовом потоке, см. Фиг.1, включает пробоотборный зонд 1, блок сепарации 2, содержащий сепаратор 3, снабженный фильтр-патроном 4 и мерником 5 для отсепарированной жидкости из газа, блок поддержания постоянного расхода газа 6 при давлении, температуре и скорости в системе установки, равных давлению, температуре и скорости газового потока, включающий клапан регулировки расхода газа 7, расходомер 8 и узел подачи ингибитора гидратообразования 9, содержащий емкость 10 с ингибитором и клапан 11 подачи ингибитора к клапану регулировки расхода газа 7, установка дополнительно содержит блок фильтрации 12, установленный параллельно блоку сепарации 2 между пробоотборным зондом 1 и расходомером 8, и включающий фильтр-патрон 13 для улавливания выделившейся влаги при наборе в системе устройства давления, равного давлению газового потока, затем фильтр-патрон 14 для улавливания капельной влаги и механических примесей из газа и после него фильтр-патрон 15 для коррекции результатов измерений, а блок поддержания постоянного расхода газа 6 в качестве расходомера 8 содержит массовый расходомер, установленный перед клапаном регулировки расхода газа 7, при этом конструктивные элементы установки соединены с помощью системы трубопроводов и кранов V1-V13, B1, B2.

Установка для определения дисперсной фазы в газовом потоке работает следующим образом:

Определяют содержание дисперсной фазы в газовом потоке, движущемся по трубопроводу с внутренним диаметром D и объемном расходе газа Q, норм, м³/ч.

Предварительно рассчитывают требуемый расход газа через установку для соблюдения скорости, равной скорости газового потока по формуле:

,

где q - массовый расход газа через установку, кг/ч;

ρ_ну - плотность газа при нормальных условиях, кг/м³.

d - внутренний диаметр пробоотборного зонда, м;

Также предварительно определяют массу фильтр-патронов 14 и 15 блока фильтрации 12.

К пробоотборному штуцеру трубопровода В1 герметично подключают пробоотборный зонд 1 с возможностью перемещения его внутри трубопровода для отбора объема пробы газа. Краны V1-V13 должны быть закрыты.

Далее открывают краны V2, V3, V10-V12, В2 и клапан регулировки расхода газа 7. Затем набирают давление в пробоотборном зонде 1 и в системе до крана V1 путем открытия крана В1. Пробоотборный зонд перемещают в рабочее положение и кратковременно открывают и закрывают кран V1 для продувки системы от возможной скопившейся в системе установки влаги и механических примесей, после чего клапан регулировки расхода газа 7 закрывают.

Затем плавно открывают кран V1 и тем самым набирают давление в системе установки. Плавным открытием клапана регулировки расхода газа 7 блока поддержания постоянного расхода газа 6 при давлении, температуре и скорости в системе установки, равных давлению, температуре и скорости газового потока, устанавливают требуемый расход газа q, контролируя его по расходомеру 8. В качестве расходомера используют массовый расходомер 8, установленный перед клапаном регулировки расхода газа 7, что позволяет контролировать действительный расход газа через установку без использования корректирующих расчетов. При этом снижение температуры при дросселировании газового потока через клапан регулировки расхода газа 7 не оказывает влияния на показания массового расходомера 8. В случае необходимости для предотвращения льдо- и гидратообразования при низких температурах газа с помощью клапана 11 подачи ингибитора к клапану регулировки расхода газа 7 устанавливают расход ингибитора гидратообразования из емкости 10 узла подачи ингибитора 9.

После этого пропускают пробу газа через блок сепарации 2 и качественно оценивают количество капельной влаги в газовом потоке по наличию влаги в мернике 5. В случае большого ее содержания, в сепараторе 3 под действием центробежных сил жидкость отделяется от газового потока и стекает в мерник 5. В фильтр-патроне 4 улавливается неотсепарированная влага и возможно механические примеси для очистки пробы газа перед блоком поддержания постоянного расхода газа 6. В случае малого содержания вся влага улавливается фильтр-патроном 4 и мерник 5 остается пустым.

Затем в зависимости от количества капельной влаги в газовом потоке проводят определение содержания дисперсной фазы.

В случае большого содержания капельной влаги закрывают кран V3 и плавным открытием крана V4 производят дренирование отсепарированной жидкости. Кран V4 закрывают. Для определения содержания капельной жидкости в газовом потоке открывают кран V3 и определяют количество накапливаемой в мернике 5 жидкости за определенный промежуток времени. После чего закрывают кран V2, и, после стока всей отсепарированной жидкости в мерник 5, закрывают кран V3. Открытием крана V4 дренируют накопившуюся в мернике 5 отсепарированную жидкость в измерительную колбу.

В случае малого содержания капельной жидкости в газовом потоке закрывают кран V1. Далее проводят продувку системы установки от возможной скопившейся влаги и механических примесей путем кратковременного открытия и закрытия крана V9.

Для набора давления в блоке фильтрации 12, равного давлению газового потока последовательно открывают краны V7 и V5. В момент открытия крана V5 происходит дросселирование части газа через кран и выделение капельной влаги, которую улавливают фильтр-патроном 13.

После набора давления открывают кран V6 и перекрывают фильтр-патрон 13 путем закрытия кранов V5 и V7.

Как показали исследования, газ обладает влажностью, т.е. содержит некапельную влагу, которая вместе с капельной влагой поглощается фильтр-патроном 14. Для точности в определении содержания дисперсной фазы необходимо использовать коррекцию измерений на величину, зависящую от влажности газа. При этом пробу газа направляют в фильтр-патрон 14, а из фильтр-патрона 14 направляют в фильтр-патрон 15, который поглощает некапельную влагу вместе с фильтр-патроном 14 в течение определенного промежутка времени при постоянном расходе газа через установку. Для этого при предварительно установленном требуемом расходе газа через установку открывают кран V8, а по истечении определенного промежутка времени закрывают кран V6.

При установлении в установке атмосферного давления, которое контролируют по манометру, установленному в блоке поддержания постоянного расхода газа 6, фильтр-патроны 14 и 15 снимают и определяют их привес. Величину содержания дисперсной фазы в газовом потоке определяют как разность привеса фильтр-патрона 14 и привеса фильтр-патрона 15.

Время отбора проб составляет 3÷40 минут.

Заявляемая установка обеспечивает при малом времени отбора проб газа (3÷10 минут) получение высокой точности значения содержания дисперсной фазы, как при большом, так и при малом ее содержании в газовом потоке, что подтверждается проведенными промышленными испытаниями в трубопроводах диаметром от 50 мм до 700 мм при избыточном давлении от 0,1 до 13 МПа и температуре от (-35°C) до (+60°C).

Установка для определения содержания дисперсной фазы в газовом потоке включает пробоотборный зонд, блок сепарации, содержащий сепаратор, снабженный фильтр-патроном и мерником для отсепарированной жидкости из газа. Установка содержит также блок поддержания постоянного расхода газа при давлении, температуре и скорости в системе установки, равных давлению, температуре и скорости газового потока, включающий клапан регулировки расхода газа, расходомер и узел подачи ингибитора гидратообразования. Узел подачи ингибитора гидратообразования содержит емкость с ингибитором и клапан подачи ингибитора к клапану регулировки расхода газа. Установка дополнительно содержит блок фильтрации, который установлен параллельно блоку сепарации между пробоотборным зондом и расходомером. Блок фильтрации включает фильтр-патрон для улавливания выделившейся влаги при наборе в системе устройства давления, равного давлению газового потока, затем фильтр-патрон для улавливания капельной влаги и механических примесей из газа и после него фильтр-патрон для коррекции результатов измерений. При этом блок поддержания постоянного расхода газа в качестве расходомера содержит массовый расходомер, установленный перед клапаном регулировки расхода газа. Технический результат - получение при малом времени отбора проб газа высокой точности значения содержания дисперсной фазы в газовом потоке, как при большом, так и при малом ее содержании. 1 ил.

Установка для определения содержания дисперсной фазы в газовом потоке, включающая пробоотборный зонд, блок сепарации, содержащий сепаратор, снабженный фильтр-патроном и мерником для отсепарированной жидкости из газа, блок поддержания постоянного расхода газа при давлении, температуре и скорости в системе установки, равных давлению, температуре и скорости газового потока, включающий клапан регулировки расхода газа, расходомер и узел подачи ингибитора гидратообразования, содержащий емкость с ингибитором и клапан подачи ингибитора к клапану регулировки расхода газа, отличающаяся тем, что установка дополнительно содержит блок фильтрации, установленный параллельно блоку сепарации между пробоотборным зондом и расходомером, и включающий фильтр-патрон для улавливания выделившейся влаги при наборе в системе устройства давления, равного давлению газового потока, затем фильтр-патрон для улавливания капельной влаги и механических примесей из газа и после него фильтр-патрон для коррекции результатов измерений, а блок поддержания постоянного расхода газа в качестве расходомера содержит массовый расходомер, установленный перед клапаном регулировки расхода газа.