Способ для отбора проб из сред, подверженных расслоению, и устройство для его осуществления Российский патент 2021 года по МПК G01N1/10 

Изобретение относится к технологии и технике отбора проб из сред, подверженных расслоению, и может найти применение в нефтяной и других отраслях промышленности, народного хозяйства, например, для отбора проб нефти и нефтепродуктов, транспортируемых по трубопроводу.

Известен способ для отбора проб из сред, подверженных расслоению, при котором трубопровод круглого сечения условно разбивают на несколько концентрических колец с равновеликими площадями; точки отбора проб для трубопровода круглого сечения находятся на диаметрах окружностей, разделяющих в свою очередь указанные концентрические кольца на равные площади, включая центральный круг; отбор проб из трубопровода круглого сечения осуществляют в четырех точках каждого кольца по двум взаимно перпендикулярным диаметрам;

трубопровод прямоугольного сечения условно делят линиями, параллельными стенкам трубопровода, на ряд равновеликих площадок, геометрически подобных всему сечению; точки отбора проб для трубопровода прямоугольного сечения находятся на пересечении осей прямоугольного сечения, отбор проб из трубопровода прямоугольного сечения осуществляют минимум в трех точках в каждом направлении;

отбор пробы осуществляют при соблюдении равенства скорости среды в потоке и скорости отбора, - скорости во входном отверстии пробозаборного элемента в виде одной пробозаборной трубки с загнутым навстречу потоку концом, Безопасность труда на производстве. Исследования и испытания. Справочное пособие. Коллектив авторов. Под ред. Проф. Б.М. Злобинского, М.: «Металлургия», 1976 г., Раздел 15, рис. 15.3, с. 356-357, с. 362-365, [1].

Известно устройство для реализации данного способа, включающее пробозаборный элемент в виде пробозаборной трубки с загнутым навстречу потоку концом для установки ее быстрым передвижением в выбранные точки отбора условно образованных областей поперечного сечения трубопровода с равновеликой площадью, - Безопасность труда на производстве. Исследования и испытания. Справочное пособие. Коллектив авторов. Под ред. Проф. Б.М. Злобинского, М.: «Металлургия», 1976 г., Раздел 15, с. 369-370, рис. 15.7, [2].

Недостатками известного способа отбора проб из сред, подверженных расслоению и устройства для его реализации [1-2], являются сложность осуществления технологии отбора проб, ограниченность в применении. Техники отбора проб для трубопровода круглого и прямоугольного поперечного сечений схожи, поэтому ограничимся анализом варианта трубопровода круглого поперечного сечения. Количество точек отбора проб по известной технике [1-2] в каждом кольце, - четыре, и они расположены на двух перпендикулярных диаметрах. Отбор проб осуществляется поочередно в каждой точке. В неоднородном потоке состав, гидродинамические параметры среды в каждой точке потока непрерывно меняются. Поэтому одна проба с одного места отбора не может заменить совокупность проб с других мест отбора, все отбираемые пробы известной техникой отбираются в нарушении принципа пропорционального отбора и изокинетической скорости, поскольку каждая проба характеризуется своим значением скорости и расхода, которые не соответствуют изменяющимся их значением с течением времени к моменту отбора других проб с других мест потока трубопровода, отбираемых со всех точек отбора. Таким образом, известная техника одновременно сложна и не пригодна для непрерывного анализа потока среды, поверженной расслоению. На качество отбираемых проб по известной технике влияет также расположение взаимно перпендикулярных диаметров, на которых размещены точки отбора. При отклонении одной из линий отбора от вертикали исключается нижняя зона, в которой концентрация крупных частиц включений наиболее высока. Очевидно, что это повлияет на состав пробы, а, следовательно, и на ее представительность.

Известен способ для отбора проб из сред, подверженных расслоению при котором в трубопроводе размещают пробозаборный элемент в виде одной или нескольких пробозаборных трубок с минимальным диаметром не менее 6 мм, загнутые концы которых входами направлены навстречу потоку:

- с одной трубкой - при диаметре трубопровода до 100 мм;

- с тремя трубками - при диаметре трубопровода от 100 до 400 мм;

- с пятью трубками - при диаметре трубопровода свыше 400 мм;

при этом загнутые концы трубок устанавливают следующим образом:

- для пробозаборного элемента, состоящего из одной трубки, - на оси трубопровода;

- для пробозаборного элемента, состоящего из трех трубок одинакового диаметра: одну трубку - на оси трубопровода; две другие трубки - по обе стороны горизонтальной оси по вертикали на расстоянии 0,66 радиуса трубопровода;

- для пробозаборного элемента, состоящего из пяти трубок, устанавливают в зависимости от диаметра трубок, определяем соотношением d1:d2:d3, равным 6:10:13: одну трубку диаметром d1, - на оси трубопровода; две трубки диаметром d2, - по обе стороны горизонтальной оси по вертикали на расстоянии 0,4 радиуса трубопровода; две трубки диаметром d3, - по обе стороны горизонтальной оси по вертикали на расстоянии 0,8 радиуса трубопровода;

узел выхода пробозаборного элемента на горизонтальном участке трубопровода располагают на одном уровне сверху;

отбирают пробу из трубопровода в процессе перекачивания при скорости жидкости на входе в пробозаборный элемент, равной средней линейной скорости жидкости в трубопроводе в том же направлении или при скорости жидкости на входе в пробозаборный элемент не менее половины или не более чем в два раза средней линейной скорости жидкости в трубопроводе, - ГОСТ 2517-2012, п.п. 3.5.2, 4.13.1.2, 4.13.1.3, 4.13.1.6, 4.13.1.8, 4.13.1.10, 4.13.1.11, рис. А.14, рис. А.15, [3].

Известно устройство для реализации данного способа, включающее пробозаборный элемент в виде одной или нескольких пробозаборных трубок с минимальным диаметром не менее 6 мм, с загнутыми концами, входы которых направлены навстречу потоку:

- с одной трубкой - при диаметре трубопровода до 100 мм;

- с тремя трубками - при диаметре трубопровода от 100 до 400 мм;

- с пятью трубками - при диаметре трубопровода свыше 400 мм;

при этом загнутые концы трубок пробозаборного элемента в зависимости от их числа устанавливают следующим образом:

- с одной трубкой, - на оси трубопровода;

- с тремя трубами, диаметр которых выбирают одинаковым: одну трубку - на оси трубопровода; две другие трубки - по обе стороны горизонтальной оси по вертикали на расстоянии 0,66 радиуса трубопровода;

- пятью трубками, соотношение диаметров которых d₃ : d₂ : d₁ : d₂ : d₃ выбирают равным 13:10:6:10:13: трубку диаметром d_h - на оси трубопровода; трубки диаметром d₂, - по обе стороны горизонтальной оси по вертикали на расстоянии 0,4 радиуса трубопровода; трубки диаметром d₃, - по обе стороны горизонтальной оси по вертикали на расстоянии 0,8 радиуса трубопровода;

узел выхода пробозаборного элемента на горизонтальном участке трубопровода располагают на одном уровне сверху; ГОСТ 2517-2012, п.п. 3.5.2, 4.13.1.2, 4.13.1.3, 4.13.1.6, 4.13.1.8, 4.13.1.10, 4.13.1.11, рис. А. 14, рис. А. 15, [4].

Недостаток получивших широкое применение на нефтепромыслах известных способа отбора проб из сред, подверженных расслоению и устройства для его реализации [3-4], - низкая представительность пробы из неоднородного потока среды в трубопроводе. Известная техника отбора [3-4] отражает зависимость количества трубок (пробозаборных) в пробозаборном элементе в зависимости от диаметра трубопровода.

При этом, поскольку расход частей пробы через трубки не должен зависеть от их длины, диаметры трубок должны определять соотношение расходов пробы через них. При увеличении диаметра трубопровода, конструкцию пробозаборного элемента изменяют добавлением к предыдущей конструкции элемента пары пробозаборных трубок для отбора дополнительных частей проб в зоне увеличения диаметра трубопровода, а сама зона в поперечном сечении трубопровода определяется увеличением контура трубопровода, т.е., концентрическими кольцами. Но, когда имеет место зависимость количества пробозаборных трубок пробозаборного элемента от диаметра трубопровода и строгое задание расходов частей пробы через трубки по известной технике [3-4], однозначно может быть определена рабочая зона пробозаборных трубок. То есть, исходных в технике отбора проб [3-4] данных достаточно для однозначного решения задачи по условному разбиению поперечного сечения трубопровода на концентрические кольца в зависимости от расхода пробы через них, определению положения уровней отбора частей проб трубками пробозаборного элемента. По результатам решения такой задачи может быть проверена конструкция техники отбора проб на предмет соответствия решению. В действительности, известная техника [3-4] не отражает приведенного выше рационального подхода по определению технологии отбора пробы и конструкции устройства.

Следует также отметить, что проба, отобранная пробозаборным элементом из одной трубки, может представлять собой не только центральную, но и практически все области потока среды в трубопроводе. Действительно, согласно п. 3.5.2, ГОСТ 2517-2012, [4] пробозаборный элемент, состоящий из одной пробозаборной трубки (т.е. трубкой, предназначенной для отбора пробы), и может иметь поперечное сечение, отличное от круглого (термин пробозаборный элемент, состоящий из одной пробозаборной трубки, является общим для различных пробозаборных элементов по ГОСТ 2517-2012, поэтому диаметр трубки по п. 3.5.2, ГОСТ 2517-2012, [4], по содержанию является эквивалентным для переменного сечения, определяющим параметры входа в трубку и внутреннего сечения, в силу чего пробозаборный элемент по п. 3.5.2 ГОСТ 2517-2012, [4] может быть, например, щелевым, а значит, вход пробозаборного элемента с одной трубкой может быть расположен по всему сечению трубопровода. Таким образом, и для случая пробозаборного элемента, состоящего из одной пробозаборной трубки, известная техника [3-4] не предусматривает развития техники отбора пробы: построения входа в зависимости от расхода потока через условно образуемые концентрические кольца и пропорционального отбора из них пробы. Это и определяет не высокую представительность пробы при осуществлении известной технологии [3-4].

Техническим результатом данного изобретения является повышение качества пробы изменением технологии и устройств отбора проб путем строгого определения операций по разбиению поперечного сечения на концентрические кольца для трубопровода круглого поперечного сечения в зависимости от расхода через них пробы, определение положений входов пробозаборных трубок в концентрических кольцах, возможность проверки необходимости корректировки функционирования известных техник отбора проб.

Для достижения технического результата в способе отбора проб из сред, подверженных расслоению, выбирают место для отбора пробы в трубопроводе, размещают в среде пробозаборный элемент устройства входом навстречу потоку, задают расходы пробы через отверстие/-ия входа пробозаборного элемента, отбирают пробу пропорционально расходу потока в трубопроводе, согласно изобретению, определяют расходы потока трубопровода пропорционально расходам пробы через центральное или симметрично расположенные относительно его отверстия входа пробозаборного элемента, по определенным расходам потока в трубопроводе поперечное сечение трубопровода условно разбивают на концентрические кольца с площадями, пропорциональными определенным расходам потока в трубопроводе, точки отбора в условно образованных кольцах выбирают в интервале с границами, определяемыми пересечением линии размещения пробозаборного элемента в трубопроводе с медианами, делящими указанные кольца на одинаковые по площади концентрические кольца, отбирают пробу из каждого кольца, пропорционально расходу через него потока, включая реализацию случая отбора частей пробы в равных долях через симметрично расположенные относительно центра трубопровода точки отбора, при этом на горизонтально или наклонно расположенных участках трубопровода отбор пробы осуществляют с диаметра трубопровода, расположенного в вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось симметрии трубопровода.

Благодаря отличительному признаку заявляемого способа, - когда определяют расходы потока трубопровода пропорционально расходам пробы через центральное или симметрично расположенные относительно его отверстия входа пробозаборного элемента, по определенным расходам потока в трубопроводе поперечное сечение трубопровода условно разбивают на концентрические кольца с площадями, пропорциональными определенным в них расходам потока в трубопроводе, точки отбора в условно образованных кольцах выбирают в интервале с границами, определяемыми пересечением линии размещения пробозаборного элемента в трубопроводе с медианами, делящими указанные кольца на одинаковые по площади концентрические кольца, отбирают пробу из каждого кольца пропорционально расходу через него потока, включая реализацию случая отбора частей пробы в равных долях через симметрично расположенные относительно центра трубопровода точки отбора, - обеспечиваются условия, необходимые для отбора представительной пробы:

оптимальное расположение отверстий для отбора частей пробы для обеспечения представительности пробы, когда имеет место соответствие расхода потока через эти условно образованные области расходу проб, отбираемых из этих условно образованных областей, и когда верхние и нижние части потока трубопровода могут быть представлены одинаковыми частями (долями) отбираемых проб с симметрично расположенных относительно центра трубопровода уровней.

Благодаря отличительному признаку, - на горизонтально или наклонно расположенных участках трубопровода отбор пробы осуществляют с диаметра трубопровода, расположенного в вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось симметрии трубопровода, - обеспечивается положение входа пробозаборного элемента при расслоении потока, позволяющего осуществлять отбор проб с минимальным числом точек отбора проб из условно образованных концентрических колец (областей).

В результате проба со всех уровней отбора будет характеризоваться более высоким качеством по сравнению с прототипом [3], при этом пробозаборный элемент может быть выполнен с одинаковым или меньшим числом пробозаборных трубок, составляющих пробозаборный элемент.

Таким образом, благодаря осуществлению отличительных признаков заявляемое решение, в отличие от прототипа [3], реализует операции, определяющие высокую представительность пробы, надежность и технологичность процедуры отбора пробы из потока среды, подверженной расслоению в трубопроводе.

Применение заявляемого способа, по сравнению с прототипом [3], позволит отбирать пробу гораздо более высокого качества.

Для достижения технического результата при реализации заявляемого способа используют устройство для отбора проб из сред, подверженных расслоению, которое включает пробозаборный элемент для установки в трубопроводе с заданной или рассчитываемой площадью входа/-ов, согласно изобретению, определяют уровни расположения центров входа/-ов трубки/-ок пробозаборного элемента, соотношения их диаметров или ширины для некруглого входа исходя из следующего условия:

определяют расходы потока трубопровода пропорционально расходам пробы через центральное или симметрично расположенные относительно его отверстия входа пробозаборного элемента, по определенным расходам потока в трубопроводе поперечное сечение трубопровода условно разбивают на концентрические кольца с площадями, пропорциональными определенным расходам потока в трубопроводе, точки отбора в условно образованных кольцах выбирают в интервале, с границами, определяемыми пересечением линии размещения пробозаборного элемента в трубопроводе с медианами, делящими указанные кольца на одинаковые по площади концентрические кольца, отбирают пробу из каждого кольца, пропорционально расходу через него потока, включая реализацию случая отбора частей пробы в равных долях через симметрично расположенные относительно центра трубопровода точки отбора, при этом на горизонтально или наклонно расположенных участках трубопровода отбор пробы осуществляют с диаметра трубопровода, расположенного в вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось симметрии трубопровода.

Отличительный признак в заявляемом устройстве, когда уровни расположения центров входа/-ов трубки/-ок пробозаборного элемента, соотношения их диаметров или ширины для некруглого входа определяют, исходя из следующего условия:

«определяют расходы потока трубопровода пропорционально расходам пробы через центральное или симметрично расположенные относительно его отверстия входа пробозаборного элемента, по определенным расходам потока в трубопроводе поперечное сечение трубопровода условно разбивают на концентрические кольца с площадями, пропорциональными определенным расходам потока в трубопроводе, точки отбора в условно образованных кольцах выбирают в интервале с границами, определяемыми пересечением линии размещения пробозаборного элемента в трубопроводе с медианами, делящими указанные кольца на одинаковые по площади концентрические кольца, отбирают пробу из каждого кольца, пропорционально расходу через него потока, включая реализацию случая отбора частей пробы в равных долях через симметрично расположенные относительно центра трубопровода точки отбора, при этом на горизонтально или наклонно расположенных участках трубопровода отбор пробы осуществляют с диаметра трубопровода, расположенного в вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось симметрии трубопровода».

Это условие обеспечивает строгое формирование зон отбора проб в трубопроводе в виде концентрических колец для отбора из них частей проб в зависимости от количества трубок или входов пробозабоного элемента и расхода через них частей пробы, исходя из строгого формирования зон отбора указанный отличительный признак позволяет строго определить положения точки (места) отбора частей проб из потока среды в трубопроводе для отбора представительной пробы.

Это условие также позволяет сохранить количество используемых трубок в пробозаборном элементе либо сократить их до минимума, - до одной трубки с размещением входа (дискретного в виде круглых или вытянутых или непрерывного отверстий), дополнительно обеспечить соотношения расходов частей проб, доли которых близки либо одинаковы с симметричных уровней отбора проб.

В результате проба, сформированная пробозаборным элементом со всех уровней отбора, будет характеризоваться более высоким качеством по сравнению с прототипом [4].

Таким образом, благодаря наличию указанных отличительных признаков заявляемого устройства повышается качество пробы, что и обеспечивает преимущество заявляемого решения, по сравнению с прототипом [4].

Применение заявляемого устройства позволит повысить надежность процедуры отбора пробы, значительно расширить границы его применения.

Заявляемые способ отбора проб из сред, подверженных расслоению, и устройство для его осуществления могут конкретно применяться, например, на нефтепромыслах, на нефтегазоперерабатывающих заводах и нефтехимических предприятиях при анализе сред, перекачиваемых по трубопроводам.

Заявляемый способ отбора проб из сред, подверженных расслоению, осуществляется следующим образом.

В способе отбора проб из сред, подверженных расслоению, при котором, выбирают место для отбора пробы в трубопроводе, размещают в среде пробозаборный элемент устройства входом навстречу потоку, задают расходы пробы через отверстие/-ия входа пробозаборного элемента, отбирают пробу пропорционально расходу потока в трубопроводе, при этом, предварительно определяют расходы потока трубопровода пропорционально расходам пробы через центральное или симметрично расположенные относительно его отверстия входа пробозаборного элемента, по определенным расходам потока в трубопроводе поперечное сечение трубопровода условно разбивают на концентрические кольца с площадями, пропорциональными определенным расходам потока в трубопроводе, точки отбора в условно образованных кольцах выбирают в интервале с границами, определяемыми пересечением линии размещения пробозаборного элемента в трубопроводе с медианами, делящими указанные кольца на одинаковые по площади концентрические кольца, отбирают пробу из каждого кольца, пропорционально расходу через него потока, включая реализацию случая отбора частей пробы в равных долях через симметрично расположенные относительно центра трубопровода точки отбора, при этом на горизонтально или наклонно расположенных участках трубопровода отбор пробы осуществляют с диаметра трубопровода, расположенного в вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось симметрии трубопровода.

Отобранная пробозаборным элементом проба транспортируется в лабораторию на анализ.

Сущность изобретения поясняется чертежами, представленными на фиг. 1-3 с различными входами заявляемого устройства, - когда пробозаборный элемент представляет один из случаев его исполнения с применением одной трубки, - и разбиения трубопровода на кольца по площади пропорциональные расходу отбираемых из них проб, - на фиг. 1 приведено устройство с входом в виде одного отверстия по диаметру трубопровода (то есть в виде отверстия щелевого типа), на фиг. 2, - устройство с входом в виде трех круглых отверстий, на фиг. 3, - устройство с входом из пяти круглых отверстий.

Устройство для отбора проб из сред, подверженных расслоению, фиг. 1-3, включает пробозаборный элемент 1, представляющего собой трубку круглого сечения, устанавливаемую по диаметру трубопровода вертикально на горизонтальном участке трубопровода и наклонно в вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось симметрии трубопровода, вход устройства имеет три варианта исполнения, - с одним отверстием 2, фиг. 1, с тремя отверстиями 2^1-3, с пятью отверстиями 2^1-5. Центры отверстий 2, 22, 23, для трех вариантов исполнения входа совмещены с центром поперечного сечения трубопровода. Площади входа для всех вариантов исполнения, фиг. 1-3, выбраны одинаковыми, параметры входа устройств во всех трех случаях рассчитываются по одному алгоритму, - поперечное сечение трубопровода условно разбивают на несколько концентрических колец 3 с площадями, пропорциональными расходу отбираемой из этих областей пробы, параметры входа в различных его вариантах, т.е., с одним отверстием 2, с тремя отверстиями 2].3, с пятью отверстиями 21'5. рассчитывают из априори задаваемых соотношений расходов через отверстия, например, для варианта фиг. 1, - пропорционально радиусу г уровня отбора r: 0<r<D/2, D - внутренний диаметр трубопровода, по варианту фиг. 2, - соотношением расходов на трех уровнях отбора, задаваемых условием 1:1:1 (по аналогии с прототипом [4]), при этом поперечное сечение трубопровода разбивается на два кольца 3, - внутренне кольцо 3 имеет диаметр 0,58D, ширина наружного кольца 3 составляет 0,21 D; по варианту фиг. 3, - соотношением расходов на пяти уровнях отбора, задаваемых условием 13: 10:6:10:13 (по аналогии с прототипом [4]), при этом поперечное сечение трубопровода разбивается на три кольца 3, - внутреннее кольцо 3 имеет диаметр 0,26D, среднее кольцо 3 имеет ширину 0,19D, наружное кольцо 3 имеет ширину 0,18D. Центры входов с одним отверстием 2, с тремя отверстиями 2^1-3, с пятью отверстиями 2^1-5 располагают, согласно фиг. 1-3, симметрично относительно центра трубопровода по диаметру трубопровода в соответствующем отверстию кольце 3 (для входа из одного отверстия такое кольцо 3 представляет собой окружность (кольцо 3 вырождается в окружность) радиуса r при изменении радиуса в выбираемом подинтервале интервала 0<r<D/2, определяемом вместе со значением диаметра трубопровода).

Устройство для отбора проб из сред, подверженных расслоению, фиг. 1-3, предназначено для пропорционального отбора проб среды в трубопроводе с каждого выбранного уровня при помощи пробозаборного элемента 1, - для отбора проб с заданных уровней служит вход с одним 2, тремя 2^1-3, пятью отверстиями 2^1-5 (фиг. 1-3), который рассчитывается согласно требования отбора пробы пропорционально расходу потока через концентрические кольца 3, представляющие условное разбиение поперечного сечения трубопровода.

Устройство для отбора проб из сред, подверженных расслоению фиг. 1-3, работает следующим образом.

Открывая кран или при включении насоса (на фиг. 1-3 не показаны) для создания избыточного перепада давления на пробозаборном элементе 1, осуществляют отбор пробы из потока среды в трубопроводе. При этом, в каждом варианте исполнения входа пробозаборного элемента 1, - с одним отверстием 2, с тремя отверстиями 2^1-3, с пятью отверстиями 2^1-5, фиг. 1-3, доля пробы, отбираемая через отверстия из каждого условно образованного кольца 3, соответствует расходу потока через условно образованные разбиением области, - условно образованные разбиением поперечного сечения трубопровода концентрически расположенными кольцами 3.

При этом расход пробы через симметрично расположенные относительно центра трубопровода урони отбора r (0<r<D/2) для входа с одним отверстием, фиг. 1, или через отверстия {2₁ и 2₃} с тремя отверстиями, фиг. 2, или через отверстия {2₁ и 2₅} или {2₂ и 2₄} с пятью отверстиями, фиг. 3, одинаков. В результате устройство при помощи пробозаборного элемента 1 при работе осуществляет требуемую динамику отбора пробы, - проба с условно образованных областей, представляющих собой концентрические кольца 3, полученные разбиением поперечного сечения трубопровода, отбирается пропорционально расходу потока среды через кольца 3, в равных долях с симметрично расположенных относительно центра трубопровода уровней отбора. Отобранную пробозаборным элементом 1 пробу транспортируют в лабораторию на анализ.

Испытания устройства для отбора проб из сред, подверженных расслоению фиг. 1-3, были проведены при параметрах и в соответствие с изложенным ниже.

Диаметр трубопровода составлял 100 мм, - участок для испытания горизонтальный. Средой служила нефть вязкостью 3 сСт, плотностью 70 В-712 кг/м³. Содержание воды в нефти составляло 0,5% 1,0%, 2,4%, 5%. Скорость потока нефти в трубопроводе составляла 0,34 м/с, средняя скорость отбора пробы на испытуемых устройствах выбиралась равной скорости в трубопроводе.

Заявляемая техника сравнивалась с известной, - способом и устройством

- прототип [3-4] при моделировании устройства [4] с тремя и пятью трубками на трубопровод Ду 100 мм. При этом для оценки работы заявляемого устройства и устройства [4] они выбирались, исходя из соответствия количества отверстий на пробозаборном элементе 1 заявляемого устройства и количества трубок в устройстве [4] при равенстве площади входа 350 мм² для заявляемой техники и техники прототип [4]:

- для устройства фиг. 1 с входом, состоящим из одного отверстия 2, выбиралось устройство [4] с одной трубкой;

- для устройства фиг. 2 с входом, состоящим из трех отверстий 2^1-3, выбиралось устройство [4] с тремя трубками одинакового диаметра;

- для устройства фиг. 3 с входом, состоящим из пяти отверстий 2^1-5, выбиралось устройство [4] с пятью трубками, диаметры которых удовлетворяли соотношению 13:10:6:10:13.

Проверка исходных параметров известной техники [4] показала необходимость их корректировки: согласно заявляемого способа были построены концентрические кольца 3 и по ним заново рассчитаны местоположения точек отбора проб пробозаборным элементом на фиг. 1-3.

Для заявляемого устройства с одним отверстием 2 на пробозаборном элементе, фиг. 1, параметры отверстия 2 были определены согласно его признаков, а именно, в зависимости от расхода пробы на выбранном уровне отбора определяются размеры кольца 3 (внутренний и наружный диаметр), при которых обеспечивается одинаковая пропорция отношения «расход потока трубопровода через кольцо 3 к расходу пробы, отбираемой с этого кольца 3» не зависимо от уровня отбора. Для непрерывного отверстия 2 кольцо 3 трансформируется в окружность радиуса r, а расход пробы на расстояния г от центра трубопровода, то есть, через кольцо 3, представляющего собой окружность, становится пропорциональным значению r.

Для пробозаборного элемента, состоящего из трех пробозаборных трубок, параметры входа устройства [4], также требовали изменений, согласно заявляемого устройства: когда пробозаборный элемент 1 представляет одну трубку с тремя отверстиями 2_1-3, расход через отверстия должен быть одинаковым. При этом, как показывает разбиение поперечного сечения трубопровода на кольца 3, фиг. 2, в соответствие с одинаковыми расходами на уровнях отбора, расположение центров отверстий 2₁ и 2₃ отлично от расположения центров соответствующих отверстий входа трубок устройства [4], - расстояние между центрами трех отверстий фиг. 2 составило 0,41 D, где D - внутренний диаметр трубопровода, - оно больше соответствующего значения 0,33 D (или 0,66 радиуса трубопровода) для устройства [4], то есть, отверстия 2₁ и 2₃ по заявляемому решению размещены на большем от центра трубопровода расстоянии. Таким образом, расположение входа пробозаборного элемента устройства [4] соответствует меньшей степени расслоения потока, более представительной проба должна быть для заявляемого устройства.

Для заявляемого устройства с пятью отверстиями, фиг. 3 потребовалась аналогичная предыдущему корректировка центров отверстий 2¹, 2², 2⁴, 2⁵: по соотношению расходов пробы, соответствующих диаметрам пяти трубок устройства [4], строили разбиение поперечного сечения трубопровода на кольца 3 (фиг. 3), далее определяли в соответствие с заявляемым устройством (способом) положения центров отверстий 2¹-2⁵ и их параметры. Эти данные, см. фиг. 3, показывают, что положения центров пробозаборных трубок входа для устройства [4], пробозаборный элемент которого состоит из пяти пробозаборных трубок, изменены и отличны от соответствующих данных устройства [4], - симметрично расположенные отверстия 2¹, 2⁵ и 2², 2⁴, были размещены на большем, нежели в устройстве [4], расстоянии друг от друга, - на 0,21D и на 0,22D соответственно, и от центра трубопровода, - 0,43D и на 0,22D соответственно. Это изменение положений отверстий 2¹, 2⁵ и 2², 2⁴ больше соответствует реальной картине расслоения потока в трубопроводе, - когда более тяжелые частицы стремятся занять более низкое положение в трубопроводе, а более легкие, более высокое и способствует повышению представительности отбираемой/формируемой пробозаборным элементом 1 пробы.

Положения центров отверстий фиг. 2 и фиг. З определялись при пересечении медиан (разделяющих кольца 3 на одинаковые по площади концентрические кольца, - на фигурах 2 и 3 эти элементы не показаны) с линией размещения пробозаборного элемента 1 в трубопроводе.

Данные испытаний, представленные в таблице 1, свидетельствуют о том, что разница данных относительной погрешности содержание балласта в потоке трубопровода для сравниваемых техник составляет:

■ 5-10% (разница данных по колонкам 4 и 6 таблицы 1), когда в заявляемом устройстве изменяли положение отверстий согласно фиг. 2 и фиг. 3, то есть, когда диаметры отверстий 2^1-3, 2^1-5, пробозаборного элемента с тремя и пятью отверстиями были равны соответственно диаметрам трубок пробозаборного элемента устройства прототип [4], состоящего из трех и пяти трубок соответственно;

■ 10-32% (разница данных по колонкам 4 и 8 таблицы 1), когда в заявляемом устройстве изменяли конфигурацию или положение отверстий согласно фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 3 и отверстия 2, 2^1-3, 2^1-5 были скорректированы из условия обеспечения одинакового расхода на симметрично расположенных относительно центра трубопровода уровнях;

■ Более высокое качество пробы в большей мере обеспечивается за счет выравнивания расхода пробы на симметрично расположенных относительно центра трубопровода отверстий.

Таким образом, расчет разбиения на концентрические кольца 3 в зависимости от расхода пробы, на основании которого вносят поправки в взаимное расположение положения центров отверстий 2^1-3, 2^1-5, или построения нового отверстия 2, в соответствие с площадью колец 3 (колонки 4 и 5 таблицы), и дополнительно корректировка отверстий 2, 2^1-3, 2^1-5 из условия отбора пробы с одинаковым расходом на симметрично расположенных уровнях, как это следует из результатов экспериментов табл. 1, позволяют обеспечить отбор более представительной пробы, нежели с применением техники прототип [3-4]. Данные экспериментов подтверждают справедливость заявляемой технологии отбора проб и заложенных в устройство для реализации этой технологии принципов конструирования.

Заявляемый способ для отбора проб из сред, подверженных расслоению, и устройство для его осуществления промышленно применимы, - заявляемые устройство для реализации заявляемого способа несложно в изготовлении, реализуемая им технология позволит улучшить показатели качества пробы.

Источники информации.

1. Способ для отбора проб из сред, подверженных расслоению. / Безопасность труда на производстве. Исследования и испытания. Справочное пособие. Коллектив авторов. Под ред. Проф. Злобинского Б.М. М.: «Металлургия», 1976 г., Раздел 15, рис. 15.3, с. 356-357, с. 362-365, [1].

2. Устройство для отбора проб из сред, подверженных расслоению. / Безопасность труда на производстве. Исследования и испытания. Справочное пособие. Коллектив авторов. Под ред. Проф. Злобинского Б.М. М.: «Металлургия», 1976 г., Раздел 15, с. 369-370, рис. 15.7.

3. Способ для отбора проб из сред, подверженных расслоению. / ГОСТ 2517-2012, пп. 3.5.2, 4.13.1.2, 4.13.1.3, 4.13.1.6, 4.13.1.8, 4.13.1.10, 4.13.1.11, рис. А.14, рис. А.15.

4. Устройство для отбора проб из сред, подверженных расслоению. / ГОСТ 2517-2012, пп. 3.5.2, 4.13.1.2, 4.13.1.3, 4.13.1.6, 4.13.1.8, 4.13.1.10, 4.13.1.11, рис. А.14, рис. А.15.

Группа изобретений относится к технологии и технике отбора проб из сред, подверженных расслоению в трубопроводе, и может найти применение в нефтяной и других отраслях промышленности, народного хозяйства. В заявляемом способе отбора проб из сред, подверженных расслоению, выбирают место для отбора пробы в трубопроводе, размещают в среде пробозаборный элемент устройства входом навстречу потоку, задают расходы пробы через отверстие(-ия) входа пробозаборного элемента, отбирают пробу пропорционально расходу потока в трубопроводе, причем определяют расходы потока трубопровода пропорционально расходам пробы через центральное или симметрично расположенные относительно него отверстия входа пробозаборного элемента, по определенным расходам потока в трубопроводе поперечное сечение трубопровода условно разбивают на концентрические кольца с площадями, пропорциональными определенным расходам потока в трубопроводе, точки отбора в условно образованных кольцах выбирают в интервале с границами, определяемыми пересечением линии размещения пробозаборного элемента в трубопроводе с медианами, делящими указанные кольца на одинаковые по площади концентрические кольца, отбирают пробу из каждого кольца пропорционально расходу через него потока, включая реализацию случая отбора частей пробы в равных долях через симметрично расположенные относительно центра трубопровода точки отбора, при этом на горизонтально или наклонно расположенных участках трубопровода отбор пробы осуществляют с диаметра трубопровода, расположенного в вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось симметрии трубопровода. Группа изобретений относится также к устройству для отбора проб из сред, подверженных расслоению, применяемому при реализации указанного способа. Группа изобретений обеспечивает высокую представительность пробы, надежность и технологичность процедуры отбора пробы из потока среды, подверженной расслоению. 2 н.п. ф-лы, 1 табл., 3 ил.

1. Способ отбора проб из сред, подверженных расслоению, при котором выбирают место для отбора пробы в трубопроводе, размещают в среде пробозаборный элемент устройства входом навстречу потоку, задают расходы пробы через отверстие(-ия) входа пробозаборного элемента, отбирают пробу пропорционально расходу потока в трубопроводе, отличающийся тем, что определяют расходы потока трубопровода пропорционально расходам пробы через центральное или симметрично расположенные относительно него отверстия входа пробозаборного элемента, по определенным расходам потока в трубопроводе поперечное сечение трубопровода условно разбивают на концентрические кольца с площадями, пропорциональными определенным расходам потока в трубопроводе, точки отбора в условно образованных кольцах выбирают в интервале с границами, определяемыми пересечением линии размещения пробозаборного элемента в трубопроводе с медианами, делящими указанные кольца на одинаковые по площади концентрические кольца, отбирают пробу из каждого кольца пропорционально расходу через него потока, включая реализацию случая отбора частей пробы в равных долях через симметрично расположенные относительно центра трубопровода точки отбора, при этом на горизонтально или наклонно расположенных участках трубопровода отбор пробы осуществляют с диаметра трубопровода, расположенного в вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось симметрии трубопровода.

2. Устройство для отбора проб из сред, подверженных расслоению, используемое в способе по п. 1, которое включает пробозаборный элемент для установки в трубопроводе с заданной или рассчитываемой площадью входа(-ов), отличающееся тем, что определяют уровни расположения центров входа(-ов) трубки(-ок) пробозаборного элемента, соотношения их диаметров или ширины для некруглого входа исходя из следующего условия: определяют расходы потока трубопровода пропорционально расходам пробы через центральное или симметрично расположенные относительно него отверстия входа пробозаборного элемента, по определенным расходам потока в трубопроводе поперечное сечение трубопровода условно разбивают на концентрические кольца с площадями, пропорциональными определенным расходам потока в трубопроводе, точки отбора в условно образованных кольцах выбирают в интервале с границами, определяемыми пересечением линии размещения пробозаборного элемента в трубопроводе с медианами, делящими указанные кольца на одинаковые по площади концентрические кольца, отбирают пробу из каждого кольца пропорционально расходу через него потока, включая реализацию случая отбора частей пробы в равных долях через симметрично расположенные относительно центра трубопровода точки отбора, при этом на горизонтально или наклонно расположенных участках трубопровода отбор пробы осуществляют с диаметра трубопровода, расположенного в вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось симметрии трубопровода.