СПОСОБ ДОЗИРОВАНИЯ ЖИДКИХ ХИМИЧЕСКИХ РЕАГЕНТОВ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СРЕДЫ И СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2019 года по МПК B05B9/00 E21B37/06 F17D3/12 

Изобретение относится к области дозированной подачи жидких химических реагентов в технологические потоки и может найти применение при ингибиторной защите от коррозии, парафиноотложения и образования гидратов в технологических системах нефтегазовой и химической промышленности.

Известен способ постоянного или непрерывного дозирования жидких химических реагентов в перекачиваемую или добываемую среду в системе нефтесбора и утилизации сточной воды (см. Г.З. Ибрагимов, Н.И. Хисамутдинов. Справочное пособие по применению химических реагентов в добыче нефти. - М.: Недра, 1983, с. 226), согласно которому подают жидкий химический реагент через напорный коллектор к точкам ввода в технологическую среду непрерывно, в виде доз определенного объема и с определенной частотой, вводят жидкий химический реагент в технологическую среду в пульсирующем режиме, расход жидкого химического реагента регулируют величиной объема и частотой подаваемых доз, ограничивают наибольшее давление в напорном коллекторе предельной в техническом отношении величиной.

Общими признаками предлагаемого и известного способов дозирования являются:

- подача жидкого химического реагента к точкам дозирования;

- дозирование в пульсирующем режиме, определяемым величиной и частотой периодически подаваемых доз;

- ограничение одного из пределов давления в напорном коллекторе.

Недостатком известного способа дозирования является низкое качество распыления жидких химических реагентов в газовых или газожидкостных технологических средах ввиду того, что основным задаваемым параметром является объемный расход жидкого химического реагента, регулируемый путем заранее определенной величины периодически подаваемых доз и частотой подачи доз, при этом давление жидкого химического реагента в точках ввода в технологическую среду не определяют и не контролируют, вследствие чего давление в точках ввода жидкого химического реагента имеет пульсирующий характер, что в свою очередь определяет низкое качество распыления жидких химических реагентов в газовых или газожидкостных технологических средах, так как качество распыления жидкого химического реагента в газовой или газожидкостной среде зависит в первую очередь (при прочих равных условиях) от величины и стабильности давления, с которым жидкий химический реагент дозируют в технологическую среду.

Известен способ дозирования жидкого химического реагента в технологическую среду, осуществляемый при работе системы автоматической подачи ингибитора гидратообразования в шлейфы газового промысла (см. патент РФ №2637245, Е21В 37/06, F17D 3/12, опуб. 01.12.2017), согласно которому подают жидкий химический реагент в напорный коллектор, методом вытеснения, регулируют давление в напорном коллекторе, монотонно изменяя его величину, расход жидкого химического реагента к точкам дозирования определяют путем чередования периодов подачи и периодов временного прекращения подачи жидкого химического реагента к точкам дозирования, при этом регулирующим фактором продолжительности временного прекращения подачи жидкого химического реагента в ту или иную точку дозирования является изменяемое давление жидкого химического реагента в напорном коллекторе.

Общими признаками предлагаемого и известного способов дозирования являются регулирование давления в напорном коллекторе и регулирование расхода жидкого химического реагента путем чередования периодов подачи и периодов временного прекращения подачи жидкого химического реагента к точкам дозирования.

Недостатком известного способа является то, что продолжительность периодов временного прекращения подачи жидкого химического реагента к точкам дозирования зависит от величины давления в напорном коллекторе, которое постоянно изменяют. Это приводит к тому, что в разные точки дозирования жидкий химический реагент поступает под разным давлением, величину которого не контролируют, тем самым снижается качество распыления жидкого химического реагента в газовой и газожидкостной среде, а также точность регулирования расхода жидкого химического реагента.

Наиболее близким по технической сущности и заявляемому результату является способ дозирования жидких химических реагентов в технологические среды (см. патент РФ №2376451, Е21В 34/16, опуб. 20.12.2009), при котором создают стабилизированное давление жидкого химического реагента в напорном коллекторе, распределяют потоки жидкого химического реагента по нескольким точкам дозирования, осуществляют регулирование расхода жидкого химического реагента путем чередования периодов подачи и периодов прекращения подачи жидкого химического реагента в точки дозирования по определенной программе.

Общими признаками известного и предлагаемого способов являются:

- создание стабилизированного давления жидкого химического реагента в напорном коллекторе;

- распределение жидкого химического реагента по нескольким точкам дозирования;

- осуществление регулирования расхода жидкого химического реагента путем чередования периодов подачи жидкого химического реагента к точкам дозирования и периодов прекращения подачи по определенной программе.

Недостатками известного способа являются:

- отсутствие выбора величины давления жидкого химического реагента в напорном коллекторе, обеспечивающего качественное распыление жидкого химического реагента в газовой или газожидкостной технологической среде;

- отсутствие связи между величиной времени перерывов подачи жидкого химического реагента и времени последействия жидкого химического реагента на технологическую среду, что не обеспечивает непрерывность эффективного воздействия жидкого химического реагента на качество технологической среды;

- отсутствие контроля за фактическим расходом жидкого химического реагента в точках дозирования.

Известно устройство для дозирования жидких химических реагентов (см. Г.З. Ибрагимов, Н.И. Хисамутдинов. Справочное пособие по применению химических реагентов в добыче нефти. - М.: Недра, 1983, с. 226), включающее емкость с жидким химическим реагентом, трубопровод низкого давления, плунжерный насос-дозатор, напорный коллектор, оборудованный клапаном «до себя», ограничивающим максимальное давление в напорном коллекторе. К напорному коллектору подключены импульсные трубки, через которые жидкий химический реагент подается к точкам дозирования, оборудованными форсунками, через сопла которых жидкий химический реагент поступает в трубопроводы с технологической средой. При этом регулируют величину периодически подаваемых доз жидкого химического реагента, изменяя длину хода плунжера насоса-дозатора.

Общими признаками предлагаемого и известного устройства являются:

- емкость с жидким химическим реагентом;

- плунжерный насос-дозатор;

- напорный коллектор, оборудованный клапаном «до себя», регулирующим верхний предел давления в напорном коллекторе;

- импульсные трубки, подключенные к напорному коллектору, через которые жидкий химический реагент подают к точкам дозирования;

- точки дозирования, оборудованные форсунками, через сопла которых жидкий химический реагент поступает в трубопроводы с технологической средой.

Недостатками известного устройства являются:

не стабильность качества факела распыления жидкого химического реагента, т.е. подача жидкого химического реагента, изменяющаяся от вытекания жидкого химического реагента простой струйкой до распыления жидкого химического реагента на частицы, в пределах подачи каждой дозы, связанная с тем, что расход жидкого химического реагента в пределах каждого хода плунжера насоса-дозатора меняется от 0 до некоторого максимума, соответственно, давление жидкого химического реагента перед форсункой также периодически меняется в соответствие с ходом плунжера насоса-дозатора, что и приводит к снижению качества факела распыления жидкого химического реагента.

- низкая точность регулировки расхода дозируемых жидких химических реагентов при подключении к напорному коллектору двух и более параллельных форсунок из-за взаимного гидродинамического влияния форсунок и подводящих к ним трубопроводов.

Известна система для дозирования жидких химических реагентов (см. патент РФ №2637245, Е21В 37/06, F17D 3/12, опуб. 01.12.2017), включающая емкость высокого давления, частично заполненную жидким химическим реагентом, в которую закачивают вытеснительный газ высокого давления, напорный коллектор, оборудованный клапаном, регулирующим давление «после себя», импульсные трубки, оборудованные запорными клапанами, состояния «открыто» или «закрыто» которых зависит от давления в трубном коллекторе высокого давления, через импульсные трубки жидкий химический реагент поступает к точкам дозирования, оборудованными форсунками, через которые реагент вводят в технологическую среду.

Общими признаками предлагаемой и известной системы дозирования является:

- емкость с жидким химическим реагентом;

- напорный коллектор, оборудованный клапаном, регулирующим давление «после себя»;

- импульсные трубки, подающие жидкий химический реагент к точкам дозирования;

- запорные клапаны, регулирующие подачу жидкого химического реагента;

- точки дозирования, оборудованные форсунками.

Недостатками известной системы системы дозирования является изменяемое во времени регулируемым клапаном «после себя» давление в напорном коллекторе, от величины которого зависит состояние «открыто» или «закрыто» перекрывных клапанов, расположенных на импульсных трубках, ведущих к разным точкам дозирования. Это приводит к тому, что давление подаваемого реагента к разным форсункам неодинаковое, отсутствие стабильности давления жидкого химического реагента в точках дозирования снижает точность регулирования расхода и качество распыления жидкого химического реагента через форсунки в газовые и газожидкостные технологические среды.

Наиболее близким по технической сущности и заявляемому результату является система дозирования жидких химических реагентов в технологические среды (см. патент РФ №2376451, Е21В 34/16, опуб. 20.12.2009), включающая насосы-дозаторы, подающие жидкий химический реагент в напорный коллектор, клапаны, регулирующие и стабилизирующие давление в напорном коллекторе, импульсные трубки, оборудованные запорными клапанами или кранами, регулирующими подачу жидкого химического реагента от напорного коллектора к точкам дозирования, форсунки, которыми оборудованы точки дозирования, устройство, регулирующее работу запорных клапанов.

Общими признаками предлагаемого и известного устройств являются:

- напорный коллектор, связанный с устройствами, подающими стабилизированное рабочее давление жидкого химического реагента, превышающее давление технологической среды;

- импульсные трубки, подводящие жидкий химический реагент от напорного коллектора к точкам дозирования;

- запорные клапаны, регулирующие подачу жидкого химического реагента;

- форсунки, которыми оборудованы точки дозирования;

- блок управления запорными клапанами.

Недостатком известного устройства является наличие внутреннего объема импульсных трубок между запорными клапанами и форсунками и объема самих форсунок от входного устройства до сопла. Эти объемы демпфируют динамику давления и приводят к тому, что давление перед соплами форсунок имеет неопределенные по времени фронты нарастания и снижения давления жидкого химического реагента при открытии и прерывании потока жидкого химического реагента запорным клапаном. В предельных случаях, при регулировании расхода короткими импульсами, фронт нарастания давления и фронт снижения давления перед точкой дозирования могут смыкаться, не достигая при этом давления, равного давлению в напорном коллекторе. Таким образом, давление жидкого химического реагента перед форсунками, на входе в технологическую среду, имеет пульсирующий характер, амплитуда которого зависит от особенностей конструкции системы и длительности периодов подачи жидкого химического реагента, что приводит к снижению качества распыления жидкого химического реагента в газовой или газожидкостной технологической среде и снижению точности дозирования жидкого химического реагента в технологическую среду. Кроме того, недостатком известного устройства также является отсутствие контроля и регулирование фактического расхода жидкого химического реагента в каждой точке дозирования.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности воздействия жидкого химического реагента на технологическую среду за счет обеспечения требуемого качества распыления жидкого химического реагента в газовой или газожидкостной технологическогой среде при любой продолжительности периодов импульсного дозирования и непрерывности воздействия, а также проведение постоянного контроля и регулирование текущего расхода жидкого химического реагента в каждой точке дозирования.

Техническим результатом является повышение эффективности воздействия жидкого химического реагента на технологическую среду за счет повышения качества распыления жидкого химического реагента в газовой или газожидкостной технологической среде при любой продолжительности периодов импульсного дозирования и непрерывности воздействия, а также осуществления постоянного контроля и регулирования текущего расхода жидкого химического реагента в каждой точке дозирования.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе дозирования жидких химических реагентов в технологические среды, включающем подачу жидкого химического реагента от напорного коллектора к нескольким точкам дозирования, при этом расчетное рабочее давление в напорном коллекторе поддерживают стабильным и превышающим давление технологической среды, расход жидкого химического реагента через каждую точку дозирования регулируют чередованием периодов подачи жидкого химического реагента и прекращения его подачи, согласно предлагаемому изобретению, осуществляют ввод жидкого химического реагента импульсным дозированием путем чередования по прямоугольному закону импульсов дозирования и периодов отсутствия дозирования непосредственно в точке ввода в технологическую среду, выбирают величину постоянного (стабильного) давления на входе в точки дозирования, исходя из требуемых параметров факела распыления жидкого химического реагента, длительность периода отсутствия дозирования жидкого химического реагента принимают, не превышающим продолжительность последействия жидкого химического реагента на технологическую среду, длительность импульса дозирования выбирают в зависимости от величины требуемой дозировки жидкого химического реагента в технологическую среду и расходной характеристики оборудования точки дозирования, полный период рабочего импульса, определяемый как сумма продолжительностей импульса дозирования и периода отсутствия дозирования, регулируют в пределах от тысячных долей секунды до сотен секунд.

При вводе жидкого химического реагента в точках дозирования по прямоугольному закону импульсов дозирования и периодов отсутствия дозирования, обеспечивают мгновенное нарастание, поддержание на заданном уровне в течении всего импульса дозирования и мгновенное падение перепада давлений между вводимым жидким химическим реагентом и технологической средой. Постоянное (стабильное) давление на входе в точки дозирования, независимое от расхода жидкого химического реагента, при импульсном дозировании по прямоугольному закону обеспечивает требуемое качество распыления реагента в газовой или газожидкостной среде на всем протяжении импульса дозирования.

Длительность периода отсутствия подачи, ограниченная величиной продолжительности последействия реагента на технологическую среду, обеспечивает непрерывность эффективного воздействия химического реагента на качество технологической среды.

Длительность импульса дозирования, выбранная в зависимости от величины требуемой дозировки жидкого химического реагента в технологическую среду и расходной характеристики оборудования точки дозирования, обеспечивает высокую точность заданного расхода жидкого химического реагента.

Регулирование полного периода рабочего импульса в пределах от тысячных долей секунды до сотен секунд позволяет оперативно и точно регулировать расход реагента в достаточно широких пределах.

Постоянный контроль за фактическим текущим расходом и регулирование периодов импульсов подачи по прямоугольному закону обеспечивает точное поддержание фактического текущего расхода реагента, равного заданному.

Таким образом, заявляемая совокупность признаков предлагаемого способа позволяет повысить эффективность воздействия жидкого химического реагента на технологическую среду и обеспечить требуемое качество распыления жидкого химического реагента в газовой или газожидкостной технологической среде при любой продолжительности периодов импульсного дозирования за счет сохранение стабильной, заранее определенной величины давления жидкого химического реагента, непосредственно перед точками дозирования на входе в технологическую среду, а также осуществления постоянного контроля и регулирования текущего расхода жидкого химического реагента в каждой точке дозирования.

Указанный технический результат также достигается тем, что в системе дозирования жидких химических реагентов в технологические среды, включающей напорный коллектор, связанный с устройствами, подающими стабилизированное рабочее давление жидкого химического реагента, превышающее давление технологической среды, импульсные трубки, подводящие жидкий химический реагент от напорного коллектора к точкам дозирования, запорные клапаны, регулирующие подачу жидкого химического реагента, форсунки, которыми оборудованы точки дозирования реагента, блок управления запорными клапанами, согласно предлагаемому изобретению, система снабжена электроуправляемыми форсунками, сопла которых являются седлами быстродействующих электромагнитных запорных клапанов, управляемых электрическими импульсами с блока управления запорными клапанами, импульсные трубки оборудованы измерителями расхода жидкости, блок управления запорными клапанами выполнен в виде многоканального частотного генератора прямоугольных электрических импульсов, имеющих постоянную амплитуду напряжения, с независимым регулированием временных параметров: продолжительности прямоугольных электрических импульсов и промежутков между импульсами, при этом корректировка временных параметров электрических сигналов производится по показаниям измерителей расхода жидкости.

Оборудование точек ввода реагента в технологические среды форсунками, представляющими собой электроуправляемые форсунки, сопла которых являются седлами быстродействующих электромагнитных запорных клапанов, обеспечивает мгновенное нарастание, выдержку на заданном уровне в течение импульса дозирования и мгновенное падение перепада давления между дозируемым реагентом и технологической средой, что позволяет обеспечить требуемое качество распыления реагента в газовые или газожидкостные технологические среды на протяжении импульсов дозирования.

Оборудование импульсных трубок, идущих от напорного коллектора к форсункам, индивидуальными расходомерами жидкости, вырабатывающими сигналы, пропорциальные текущему расходу, обеспечивает постоянный контроль за фактическим расходом жидкого химического реагента в каждой точке дозирования.

Выполнение блока управления запорными клапанами в виде многоканального частотного генератора прямоугольных электрических импульсов, имеющих постоянную амплитуду напряжения, с независимым регулированием продолжительности импульсов электрических сигналов и промежутков между импульсами, позволяет настроить управление электроуправлямыми форсунками на требуемый расход жидкого химического реагента и обеспечить условие, что перерывы в подаче жидкого химического реагента не превысят продолжительность последействия жидкого химического реагента на технологическую среду, что в итоге повышает эффективность воздействия жидкого химического реагента на качество технологической среды.

Способ осуществляется следующим образом:

На основе расходных характеристик и технологических параметров жидкого химического реагента определяют рабочее стабилизированное давление перед форсунками и величину периода импульсов дозирования и промежутков между ними, определяющих расход жидкого химического реагента через каждую форсунку и непрерывность его воздействия на технологическую среду.

Производят настройку каналов блока управления (генератора прямоугольных импульсов), подающего электрические управляющие сигналы на электроуправляемые форсунки с быстродействующими электромагнитными запорными клапанами, электрические сигналы характеризуются временными параметрами: продолжительностью прямоугольных импульсов и промежутков между ними.

Жидкий химический реагент из напорного коллектора по импульсным трубкам подают на форсунки через индивидуальные расходомеры жидкости. За счет управляющих электрических сигналов с блока управления электромагнитные запорные клапаны открывают и перекрывают проходные сечения сопел форсунок, создавая импульсы дозирования и перерывы между ними, временные параметры которых соответствуют временным параметрам электрических прямоугольных управляющих сигналов.

Индивидуальные расходомеры жидкости вырабатывают электрические сигналы, пропорциальные фактическому расходу жидкого химического реагента. При не совпадении заданного (расчетного) расхода жидкого химического реагента через какую-либо форсунку производят корректировку параметров электрических прямоугольных импульсов соответствующего канала блока управления, поддерживая постоянной величину расхода жидкого химического реагента через каждую форсунку.

Стабилизированное рабочее давление в напорном коллекторе и, соответственно, перед форсунками в сочетании с прямоугольными импульсами дозирования обеспечивают необходимую эффективность воздействия жидкого химического реагента на технологическую среду за счет необходимого качества распыления жидкого химического реагента в газовой или газожидкостной технологической среде при любой продолжительности периодов импульсного дозирования и непрерывности воздействия жидкого химического реагента за счет ограничения перерывов между импульсами дозирования, осуществление постоянного контроля и регулирования текущего расхода жидкого химического реагента обеспечивают постоянный (заданный) расход в каждой точке дозирования.

Предлагаемый способ и устройство дозирования жидкого химического реагента поясняются графически, где на фиг. 1 представлен вариант конструктивной схемы электроуправляемой импульсной форсунки с быстродействующим электромагнитным клапаном, а на фиг. 2 - гидравлическая схема системы импульсной подачи жидкого химического реагента в технологические среды.

Схема электроуправляемой импульсной форсунки включает (см. фиг. 1):

1 - трубопровод, в который дозируют жидкий химический реагент;

2 - корпус электроуправляемой форсунки, герметично установленный в отверстие в стенке трубопровода 1;

3 - сопло электроуправляемой форсунки;

4 - канал электроуправляемой форсунки;

5 - входной штуцер электроуправляемой форсунки, в который подают жидкий химический реагент под требуемым рабочим давлением Р_раб;

6 - направление входа жидкого химического реагента в электроуправляемую форсунку;

7 - клапан, запирающий сопло 3 электроуправляемой форсунки;

8 - шток клапана 6;

9 - возвратная пружина клапана 6;

10 - электромагнитный якорь тягового реле;

11 - электрическая обмотка быстродействующего тягового реле;

12 - кабель управления тяговым реле;

13 - направление струй факела распыления жидкого химического реагента;

14 - направление газового или газожидкостного потока.

Работает электроуправляемая импульсная форсунка с быстродействующим электромагнитным клапаном следующим образом:

Через штуцер 5 в канал 4 электроуправляемой форсунки подается жидкий химический реагент, который заполняет под давлением Р_ра6 канал 4 электроуправляемой форсунки. При отсутствии электрического напряжения на обмотке 11 клапан 7 прижат к соплу 3 возвратной пружиной 9, сопло 3 заперто для выход жидкого химического реагента, таким образом нормальное положение электроуправляемой форсунки «закрыто». При подаче по кабелю 12 электрического импульса на обмотку 11 происходит втягивание якоря 10 в обмотку 11, якорь тянет за собой шток 8 и клапан 7, открывая проходное сечение сопла 3 и переводя электроуправляемой форсунку в положение «открыто». Период открытия проходного сечения сопла равно продолжительности действия электрического импульса на обмотку 11. В течение этого периода жидкий химический реагент истекает из сопла 3 под воздействием превышения давления Р_раб в канале 4 электроуправляемой форсунки над давлением Р_mср технологической среды в трубопроводе 1. При прекращении действия электрического импульса на обмотку 11, якорь 10, шток 8 и клапан 7 опускаются под воздействием возвратной пружины 9, перекрывая сопло 3 и прекращая истечение жидкого химического реагента из канала 4 электроуправляемой форсунки. От генератора электрических импульсов на обмотку 11 поступают через кабель 12 периодические электрические импульсы, в соответствии с формой электрических импульсов происходит импульсное открытие и запирание сопла 3 электроуправляемой форсунки.

Гидравлическая схема системы импульсной подачи жидкого химического реагента в технологические среды (см. фиг. 2) включает:

15 - напорный коллектор, связанный с устройствами, подающими стабилизированное рабочее давление жидкого химического реагента, превышающее давление технологической среды;

16 и 17 - импульсные трубки;

18 и 19 - расходомеры жидкости;

20 и 21 - электроуправляемые форсунки с быстродействующими электромагнитными запорными клапанами;

22 и 23 - фрагменты технологического трубопровода;

24 - направление потока и обозначение давления газовой или газожидкостной технологической среды;

25 - блок управления запорными клапанами форсунок 20 и 21;

26 и 27 - сигнальные провода от расходомеров жидкости 18 и 19 к блоку управления 25;

28 и 29 - кабели управляющих сигналов от блока управления 25 к электромагнитным запорным клапанам форсунок 20 и 21.

Работает система дозирования следующим образом:

В напорный коллектор 15 подают жидкий химический реагент со стабилизированным рабочим давлением жидкого химического реагента Р_раб, превышающим давление Р _р технологической среды 24. По импульсным трубкам 16 и 17 жидкий химический реагент поступает к измерителям расхода жидкости 18 и 19, а затем к электроуправляемым форсункам 20 и 21, через которые реагент дозируется в технологическую среду 24, как показано на фрагментах 22 и 23 технологического трубопровода. Измерители расхода 18 и 19 вырабатывают электрические сигналы, пропорциальные расходу, протекающему через них жидкого химического реагента, и по сигнальным проводам 26 и 27 передают сигналы в блок управления 25 запорными клапанами форсунок 20 и 21.

Блок управления запорными клапанами 25 представляет собой многоканальный частотный генератор, каналы которого независимо друг от друга вырабатывают прямоугольные электрические импульсы с промежутками между ними. Все импульсы имеют постоянную амплитуду электрического напряжения, достаточного для управления электромагнитными запорными клапанами форсунок 20 и 21. Продолжительность прямоугольных импульсов и продолжительность промежутков между ними, т.е. два временных параметра настройки каналов блока управления 25, могут регулироваться независимо друг от друга. Прямоугольные электрические импульсы подаются по управляющим кабелям 28 и 29 на быстродействующие электромагнитные запорные клапаны форсунок 20 и 21.

Первоначальная временная настройка каналов блока управления 25 запорными клапанами форсунок 20 и 21 соответствует заданному расходу жидкого химического реагента через каждую форсунку 20 и 21. В процессе работы системы дозирования в блоке управления 25 запорными клапанами форсунок 20 и 21 происходит сравнение фактические расходы жидкого химического реагента через расходомеры 18 и 19 с заданной величиной, при несовпадении заданного и фактического расходов через какой-либо расходомер производится корректировка настройки временных параметров прямоугольных импульсов соответствующего канала блока управления 25. Корректировка настройки каналов может производиться как вручную, так и в автоматическом режиме.

Блок управления запорными клапанами 25 может быть включен в существующую автоматизированную систему контроля и управления производством. С помощью такой автоматизированной системы могут вноситься дополнительные коррективы в настройку блока управления 25 запорными клапанами электроуправляемых форсунок 20 и 21.

Описанная система дозирования жидких химических реагентов может обслуживать большее количество, чем две электроуправляемых импульсных форсунок с быстродействующими электромагнитными клапанами.

Примеры опытной реализации способа и устройства для дозирования жидкого химического реагента в технологические среды.

Пример 1

Заданные технические условия:

- трубопровод с номинальным наружным диаметром 114 мм;

- технологический поток - газожидкостная смесь, включающая «углеводородный газ+углеводородный конденсат+вода» при соотношении газовой и жидкой фаз 95:5;

- давление технологического потока Р_mср=3,2 МПа;

- с целью осушки газа дозируют гликоль в двух точках трубопровода с суммарным расходом 2 л/ч.

Состав устройства для для осуществления импульсного дозирования:

насос-дозатор типа НД 2,5-10/100 - к14 В, настроен на производительность 2,5 л/ч.

- гидроаккумулятор типа SB, объемом 2 л и максимальным рабочим давлением 33 МПа.

В качестве предохранительного клапана использован клапан типа Р-712С, регулирующий давление «до себя». Клапан настроен на давление 5 МПа. При выходном давлении из НД выше этой величины излишек гликоля сбрасывается в трубопровод низкого давления на вход насоса.

Клапан регулирующий давление «после себя» типа Р-612С, настроенный на рабочее давление Р_раб=4,8 МПа.

Измерители расхода жидкости MiniCori-FLOW М13.

Обратные клапаны 16с48нж.

Форсунки импульсного действия с быстродействующими электромагнитными запорными клапанами и диаметром соплового отверстия 0,5 мм - 2 шт.

Источник электрического питания -20 V постоянного тока.

Блок управления запорными клапанами, представляющий двухканальный генератор прямоугольных электрических импульсов с регулируемой продолжительностью импульсов и промежутков между ними. Напряжение выходного импульсного сигнала 20 V, частота генерируемых импульсов 0,1 Гц - 1 кГц.

Форсунки №1 и №2 вмонтированы на расстоянии 2 м друг от друга по верхней образующей трубопровода.

Настройка генератора прямоугольных электрических импульсов:

- период рабочих импульсов генератора по обоим каналам составляет 0,1 с.

- продолжительность прямоугольных электрических импульсов по каналу форсунки №1 составляет 0,015, а промежуток между импульсами - 0,085 с.

- продолжительность прямоугольных электрических импульсов по каналу форсунки №2 составляет 0,01, а промежуток между импульсами - 0,09 с.

При приведенных величинах настройки параметров получено:

- угол распыла форсунки 40°;

- средняя величина частиц распыляемого гликоля - 20 мкм;

- длина факела - 80 мм.

- расход гликоля в сумме составил 2±0,05, л/ч.

В результате проведенной опытной работы получен стабильный факел распыления гликоля в газожидкостной среде. Размер частиц и угол распыла факела обеспечили удовлетворительное смешение гликоля с технологической средой. Фактическая погрешность расхода составила ±2,5%.

Анализ пробы, осушенной гликолем технологической среды, показал, что точка росы по воде при давлении в точке отбора 3,1 МПа при 20°С составила минус 5°С, что соответствует требованию ГОСТ 5542-2014 «Газы горючие природные промышленного и коммунально-бытового назначения. Технические условия».

Пример 2

Заданные технические условия:

- трубопровод с номинальным наружным диаметром -133 мм;

- технологический поток - газожидкостная смесь, включающая «углеводородный газ+углеводородный конденсат+вода» при соотношении газовой и жидкой фаз 97:3;

давление технологического потока Р_mср=3,5 МПа;

- скорость коррозии гравиметрического образца-свидетеля, экспонированного в потоке, составила 0,85 мм/г.

- для снижения скорости дозируют ингибитор коррозии в двух точках трубопровода с суммарным расходом 1,5 л/ч.

Состав устройства для осуществления импульсного дозирования:

Баллон высокого давления газовый, объемом 80 л, начальное давление заправленного воздухом баллона 19,6 МПа.

Газовый редуктор БАМЗ РК-70, 20/7 МПа, настроенный на выходное рабочее давление Р_раб=4,7 МПа

Сосуд высокого давления, объемом 20 л, заправленный 17 литрами рабочего раствора ингибитора коррозии, соединенный трубопроводом через газовый редуктор с баллоном высокого давления.

Вытесненный газом высокого давления из сосуда высокого давления ингибитор коррозии под давлением Р_раб поступает в напорный коллектор, от которого через импульсные трубки ингибор коррозии поступает к измерителям расхода жидкости типа MiniCori-FLOW М13 и далее через обратные клапаны типа 16с48нж к форсункам №3 и №4 импульсного действия с быстродействующими электромагнитными запорными клапанами и диаметром соплового отверстия 0,5 мм.

В состав системы дозирования также входят:

- источник электрического питания - 20 V постоянного тока;

- блок управления запорными клапапами, представляющий собой двухканальный генератор прямоугольных электрических импульсов с регулируемой продолжительностью импульсов и промежутков между ними. Напряжение выходного импульсного сигнала 20 V, частота генерируемых импульсов 0,1 Гц - 1 кГц.

- форсунки №3 и №4 вмонтированы на расстоянии 30 м друг от друга вдоль верхней образующей трубопровода.

Настройка генератора прямоугольных электрических импульсов:

- период рабочих импульсов генератора по обоим каналам составляет 0,16 с;

- продолжительность прямоугольных электрических импульсов по каналу форсунки №1 составляет 0,032, а промежуток между импульсами - 0,128 с;

- продолжительность прямоугольных электрических импульсов по каналу форсунки №2 составляет 0,016, а промежуток между импульсами - 0,144 с.

При приведенных величинах настройки параметров получено:

- угол распыла форсунки - 35°;

- средняя величина частиц распыляемого гликоля -15 мкм;

- длина факела - 90 мм;

- расход ингибитора коррозии через форсунку №1 составил 0,9 л/ч, через форсунку №2 - 0,6 л/ч. Расход ингибитора коррозии в сумме составил 1,5±0,06 л/ч.

- разнос ингибитора коррозии в виде капель тумана превышал 30 м вдоль трубопровода.

В результате проведенной опытной работы получен стабильный факел распыления ингибитора коррозии в газожидкостной среде. Размер частиц и угол распыла факела обеспечили удовлетворительное смешение гликоля с технологической средой. Фактическая погрешность расхода составила ±4%.

Скорость коррозии гравиметрического образца-свидетеля, экспонированного в технологическом потоке, через сутки после начала дозирования составила 0,045 мм/г, что соответствует требованию ГОСТ 32569-2013 «Трубопроводы технологические стальные. Требования к устройству и эксплуатации на взрывопожароопасных и химически опасных производствах» для трубопроводов и арматуры, выполненных из углеродистой стали.

Таким образом, как видно из примеров 1-2, предлагаемый способ позволяет получить необходимое качество распыления жидких химических реагентов в газовых и газожидкостных технологических средах и необходимую эффективность воздействия жидких химических реагентов на технологические среды, соответствующую требованиям ГОСТ 5542-2014 (температура точки росы по воде при гликолевой осушке) и ГОСТ 32569-2013 (допускаемая скорость коррозии для труб и арматуры из углеродистой стали при антикоррозионном ингибировании). Фактический расход жидких химических реагентов в обоих случаях составил величины, равные заданным, с погрешностью ±2,5% и ±4%, соответственно, что меньше общепринятой допускаемой погрешности для технических систем, составляющей 10%.

Группа изобретений относится к области дозированной подачи жидких химических реагентов в технологические потоки и может найти применение при ингибиторной защите от коррозии, парафиноотложения и образования гидратов в технологических системах нефтегазовой и химической промышленности. Способ включает подачу жидкого химического реагента от напорного коллектора к нескольким точкам дозирования. Расчетное рабочее давление в напорном коллекторе поддерживают стабильным и превышающим давление технологической среды. Расход жидкого химического реагента через каждую точку дозирования регулируют чередованием периодов подачи жидкого химического реагента и прекращения его подачи. Ввод жидкого химического реагента осуществляют импульсным дозированием путем чередования по прямоугольному закону импульсов дозирования и периодов отсутствия дозирования непосредственно в точке ввода в технологическую среду. Выбирают величину постоянного (стабильного) давления на входе в точки дозирования, исходя из требуемых параметров факела распыления жидкого химического реагента. Длительность периода отсутствия дозирования жидкого химического реагента принимают, не превышающим продолжительность последействия жидкого химического реагента на технологическую среду. Длительность импульса дозирования выбирают в зависимости от величины требуемой дозировки жидкого химического реагента в технологическую среду и расходной характеристики оборудования точки дозирования. Полный период рабочего импульса, определяемый как сумма продолжительностей импульса дозирования и периода отсутствия дозирования, регулируют в пределах от тысячных долей секунды до сотен секунд. Система включает напорный коллектор, связанный с устройствами, подающими стабилизированное рабочее давление жидкого химического реагента, превышающее давление технологической среды. Система также включает импульсные трубки, подводящие жидкий химический реагент от напорного коллектора к точкам дозирования, запорные клапаны, регулирующие подачу жидкого химического реагента, форсунки, которыми оборудованы точки дозирования реагента, блок управления запорными клапанами. Система снабжена электроуправляемыми форсунками, сопла которых являются седлами быстродействующих электромагнитных запорных клапанов, управляемых электрическими импульсами с блока управления запорными клапанами. Импульсные трубки оборудованы измерителями расхода жидкости. Блок управления запорными клапанами выполнен в виде многоканального частотного генератора прямоугольных электрических импульсов, имеющих постоянную амплитуду напряжения, с независимым регулированием временных параметров: продолжительности прямоугольных электрических импульсов и промежутков между импульсами. Корректировка временных параметров электрических сигналов производится по показаниям измерителей расхода жидкости. Техническим результатом группы изобретений является повышение эффективности воздействия жидкого химического реагента на технологическую среду за счет повышения качества распыления жидкого химического реагента, а также осуществление постоянного контроля и регулирования текущего расхода жидкого химического реагента в каждой точке дозирования. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ дозирования жидких химических реагентов в технологические среды, включающий подачу жидкого химического реагента от напорного коллектора к нескольким точкам дозирования, при этом расчетное рабочее давление в напорном коллекторе поддерживают стабильным и превышающим давление технологической среды, расход жидкого химического реагента через каждую точку дозирования регулируют чередованием периодов подачи жидкого химического реагента и прекращения его подачи, отличающийся тем, что осуществляют ввод жидкого химического реагента импульсным дозированием путем чередования по прямоугольному закону импульсов дозирования и периодов отсутствия дозирования непосредственно в точке ввода в технологическую среду, выбирают величину постоянного давления на входе в точки дозирования, исходя из требуемых параметров факела распыления жидкого химического реагента, длительность периода отсутствия дозирования жидкого химического реагента принимают, не превышающим продолжительность последействия жидкого химического реагента на технологическую среду, длительность импульса дозирования выбирают в зависимости от величины требуемой дозировки жидкого химического реагента в технологическую среду и расходной характеристики оборудования точки дозирования, полный период рабочего импульса, определяемый как сумма продолжительностей импульса дозирования и периода отсутствия дозирования, регулируют в пределах от тысячных долей секунды до сотен секунд.

2. Система дозирования жидких химических реагентов в технологические среды, включающая напорный коллектор, связанный с устройствами, подающими стабилизированное рабочее давление жидкого химического реагента, превышающее давление технологической среды, импульсные трубки, подводящие жидкий химический реагент от напорного коллектора к точкам дозирования, запорные клапаны, регулирующие подачу жидкого химического реагента, форсунки, которыми оборудованы точки дозирования реагента, блок управления запорными клапанами, отличающаяся тем, что система снабжена электроуправляемыми форсунками, сопла которых являются седлами быстродействующих электромагнитных запорных клапанов, управляемых электрическими импульсами с блока управления запорными клапанами, импульсные трубки оборудованы измерителями расхода жидкости, блок управления запорными клапанами выполнен в виде многоканального частотного генератора прямоугольных электрических импульсов, имеющих постоянную амплитуду напряжения, с независимым регулированием временных параметров: продолжительности прямоугольных электрических импульсов и промежутков между импульсами, при этом корректировка временных параметров электрических сигналов производится по показаниям измерителей расхода жидкости.