Устройство для отбора проб жидкости из трубопровода Советский патент 1991 года по МПК G01N1/10 

Изобретение относится к пробоотборникам для отбора проб жидкости из нефтепроводов и может быть применено в других областях, где требуется высокая точность определения примесей.

Известно устройство для отбора проб из трубопровода, включающее пробозабор- ные трубки, установленные вертикально по диаметру трубопровода. Оси отверстий трубок расположены параллельно оси трубопровода и направлены навстречу потоку. Противоположные концы трубок входят в смесительную камеру, из которой отобранная проба поступает в блок качества. Диаметры отборных трубок удовлетворяют соотношению 13:10:6:10:13.

Недостатком устройства является невозможность получения представительных проб по следующим причинам: диаметры отборных трубок увеличиваются от центра к периферии что приводит к необоснованному увеличению отбираемого объема жидкости с периферийных слоев; длины отборных трубок 1-5 и 2-4 отличаются соответственно на 0,8 и 0,4 диаметра трубопровода, следовательно, неравенство гидравлического сопротивления отборных трубок обуславливает несимметричный отбор жидкости, причем из нижних трубок отбирается меньший, а из верхних - больший объем жидкости; отбираемая из центрального потока доля пробы из-за своей незначительности не оказывает влияния на качество пробы.

Известное устройство для отбора проб жидкости из трубопровода, включающее пробозаборный элемент, выполненный в виде полого цилиндра, размещенного по всему сечению трубопровода и снабженного отверстием в форме двух разновеликих парабол, соединенных одна с другой усечёнными концами одинаковой длины в середине пробозаборного элемента.

Цель изобретения - повышение представительности отбираемой пробы и надежности устройства.

На фиг.1 изображено устройство для отбора проб жидкости из трубопровода, разрез: на фиг.2 - пробозаборный элемент устройства в трубопроводе, поперечное сечение на фиг.З - пробозаборный элемент, т.е. г робозаборная трубка с размещенным в ней стабилизатором скорости потока, поперечное сечение.

Пробоотборное устройство состоит из

пробозаборного элемента 1 с продольным отверстием каплеобразной формы 2, внутри которого установлен стабилизатор скорости потока 3.

Для. удобства эксплуатации, проведения профилактического обслуживания и ремонта устройство снабжено крышкой 4, монтируемой на патрубке 5 трубопровода б, и штуцером 7, фиг.З

Профили пробозэборного отверстия 2 и

стабилизатора скорости потока 3 рассчитывались при следующих условиях:

A)учета распределения балласта по сечению потока - распределение балласта в вертикатьном сечении потока трубопровода

3, фиг.4, увеличивается сверху вниз, а в горизонтальном сечении одинаков:

Б) отбор пробы пропорционален расходу эмульсии на любом элементарном горизонтальном сечении трубопровода 3, фиг.4

- расход жидкости АСЬ через любую часть C,DiDi+iCM отверстия 2 пробозаборного элемента 1, ограниченную плоскостями и , пропорционален с коэффициентом К общему расходу жидкости через площадку

Д(фигура AiAi+iBiBi+i), заключенную между плоскостями и x«X(+i;

B)стабилизации скорости потока пробы - средняя скорость движения жидкости

вдоль пробозаборного элемента 1, фиг.4 на любом ее участке, то есть при , постоянна; - диаметр трубопровода 3.

Уравнениями в параметрической форме, определяющими координаты точек Ci и

Di профиля отверстия 2 с абсциссой YI и ординатой XI фиг.4, являются

YJ- ± К Ki sin(c/i /2),Л

Xi R-R cos ( t /2).I(I)

fA , 0,1,...N, /

где знак + в определении ii соответствует точке Di, а знак - точке G

,03 - коэффициент отбора (расхода) пробы (,002 согласно (4) для пробоотборника по ГОСТ 2517-85 и для такого К отверстие 2 будет очень узким и с большим гидравлическим сопротивлением, поэтому значение К принято на порядок большим);

KI - поправочный коэффициент, учитывающий гидравлическое сопротивление пробозаборного элемента 1 на участке .определяемый экспериментально так, чтобы выполнялось условие (Б);

R у радиус трубопровода 3;

а - параметр ( а, А,ОВ|), от которого зависят I, и Xj.

N - количество точек интерполирования.

Соотношения (1) описывают пробоза- борное отверстие 2 каплеобразной формы. Аналитически это следует из следующего.

Согласно условия (Б) для симметричных относительно центра О поперечного сечения трубопровода 3 площадок Д и Дм-i, расход жидкости через которые одинаков (ибо их площади равны между собой), соответствующими участками пробозаборного элемента 1 (То есть участками Xi и XN-M х ) должен отбираться одинаковый обьем жидкости (с коэффициентом пропорциональности К от общего расхода жидкости через площадки Д и Дм-i - согласно условия (Б). А так как гидравлическое сопротивление RJ пробозаборного элемента 1 на участке X, х Хы складывается из гидравлического сопротивления двух участков Xj х и XN-I х XN, то (Rtsi-i - гидравлическое сопротивление пробозаборного элемента 1 на участке Xi x XN, i N/2. Поэтому скорость отбора жидкости на участке Xi пробозаборного элемента 1 будет меньшей, чем скорость отбора жидкости на участке Хкн-1 х пробозабор- ного элемента 1. И чтобы объем поступающей жидкости с этих двух участков пробозаборного элемента 1 был одинаков необходимо, чтобы на участке Xi x Xj+i ширина щели отверстия 2, равная 2Yi была больше, чем ширина щели отверстия 2 на участке Хм-и х . равная l2YN-il: Yi и YN-I определяются согласно (1). Из этого условия и первого из уравнений (1) следует.

что поправочный коэффициент Ki, определяемый экспериментально, должен удовлетворять соотношению

Ki KN-i:i N/2(2)

Итак, ширина пробозаборного отверстия 2 на симметричных относительно центра участках Xi x Xj+i и XN-I-I x XN-I будет обладать свойством

I2Y|| I2YN-I I(3)

0которое и определяет геометрию отверстия 2 каплеобразной формы.

Стабилизатор скорости потока выравнивает скорость движения жидкости в полости пробозаборного элемента 1 и исключает

5 в нем такие места, в которых скоростях потока жидкости была бы меньше средней скорости отбора пробы с тем, чтобы не допустить в объеме пробозаборного элемента 1 условий для разделения жидкости,

0 что могло бы исказить качество пробы.

Уравнениями в параметрической форме, определяющими образующую рельефа стабилизатора потока 2, в поперечном сечении пробозаборного элемента 1,

5 являются

Z,R| cos( а,/2), X, R-Rcos(Gi /2), 2л

I

а,

N

i , 0,1,...N .

(4)

из которых вторая и третья формулы описаны в (1), а первая формула получена решением системы уравнений, выражающих условия равенства поступающих потоков на участке х Xi пробозаборного отверстия 2 и в сечении х Х| (фиг.4) вдоль пробозаборного элемента 1 при выполнении условия (В):

2AQj sO)vn.

где ДО) на основании условия (Б) может быть определено по формулам

A j Sj+c-Sj,

R2

(ctj -sincq) j-VT,

Sj - площадь сегмента AjOBj (замена i на j); VT - средняя скорость жидкости в трубопроводе 3;

Vn - средняя скорость движения пробы жидкости вдоль пробозаборного элемента

1:

S1 - площадь полой части PjCiD Qi в поперечном сечении пробозаборного элемента 1 плоскостыо фиг.5, определяемая по формуле

Sr (RJ ) (/, -sin/}).

2

HI внутренний радиус трубки 1, проботаборного элемента,

/}, 2 (Z./RI).

Мробоотборное устройство работает следующим образом. Жидкост- находящаяся в трубопроводе 6, под избыточным давлением поступает через отверстие 2 в пробозаборный элемент 1 и далее в блок контроля качества

При отборе пробы через пробозаборное отверстие 2 обеспечивается пропорциональный отбор жидкости независимо от сте- пени ее расслоения из каждого элементарного горизонтального сечения трубопровода 3. в результате чего обеспечивается представительность отбираемой пробы.

Предлагаемый пробоотборник элементы которого (профиля пробозаборного отверстия 2 и стабилизатора потока 3, рассчитаны согласно формулам (1) и (4) и сведены в табл.1, был изготовлен и испытан в производственном объединении Крэсно- ленинскнефтегаз. Расчетные данные табл.1 удовлетворяют соотношениям (2) и (3) и тем подтверждает теоретический вывод о каплеобразном виде пробозаборного отверстия 2.

Сравнительные испытания были проведены с пробоотборником по ГОСТ 2517-85.

Количественные показатели хода эксперимента на участке трубопровода ЦПС Южный - ЦТП Красноленинскии производственного объединения Крзсноленин- скнефтегаз приведены в табл.2. Испытания были проведены в период июнь-июль месяцы 1989 г. Изменение значения обводненности нефти охватило весь диапазон, характерный для добываемой нефти производственного объединения Красноленин- скнефтегаз и составило 0-36%

В колонке 2 табл.1 приведены значения обводненности нефти по пробе, которая бралась непосредственно после дросселирования эмульсии. Дросселирование

осуществлялось с целью диспрргировчнич водной фазы на более мол кие частички и равномерного распределения балласта в сечении трубопровода при перепаде давления

на дросселирующей задвижке 0 8-1 0 МПа В результате (вследствие диспергирования водной фазы и равномерного распределения ее в потоке) обеспечивался представительный отбор пробы при помощи пробоотборника по ГОСТ 2517-85. Таким образом полученные на основе анализа этих проб данные по обводненности нефти (колонка 2 табл.2) можно принять за близкие к истинным и использовать для сравнения проб, получаемых анализируемыми пробоотборниками в условиях частичного расслоения эмульсии Отбор проб анализируемыми пробоотборниками (колонки 3 и 4 табл 2) производился на расстоянии 800 м от дросселирующем за

движки, то есть в условиях частичного рассло- ения эмульсии и неравномерного распределения балласта по вертикальному сечению трубопровода.

Представленные в табл 2 экспериментальные данные показывают, что требованию содержание балласта в отобранной пробе адекватно его содержанию в потоке наиболее соответствует предлагаемой пробоотборник, и подтверждают правильность

заложенных при его проектировании принципов (А)-(В).

Применение пробоотборного устройства с пробозаборным элементом со щелью каплеобразной формы и со встроенным стабилизатором скорости потока позволит отбирать представительные пробы жидкости независимо от концентрации и дисперсности примесей и соответствует реальному характеру их распределения по сечению

трубопровода.

В нефтяной промышленности, например, это позволит осуществлять более точный количественный и качественный учет нефти. Пробоотборник прост в изготовлении и эксплуатации, доступен для визуального периодического осмотра и может быть установлен в любом месте технологической линии.

Изобретение относится к пробоотборникам для отбора проб жидкости из трубопроводов и может быть использовано в нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности, в автоматизированных системах контроля качества нефти. Цель изобретения - повышение представительности отбираемой пробы и надежности устройства. Устройство состоит из пробозакочест8а

CD о р м у л а изобретения Устройство для отбора проб жидкости из трубопровода, включающее пробозабор- ный элемент с щелевым pi верстием. установленный на патрубке трубопровода, отличающееся тем, что, с целью повышения представительности отбираемой пробы и надежности устройства, оно снабжено стабилизатором скорости потока, щеле видное отверстие выполнено рашн-обрачими формы or нижней до верхней образующей тр/бопронодл. координаты (х, у) точек кошрот в элемешарном i м сечении определяются уравнениями в параметрической форме

W AK-KrR-siri (л /2) X,- R-R-cos (а /2)

2л л -N0,1N.

где X,:

- парамет. р, от которого зависят YJ и

К 0.03 - коэффициент расхода, подби- рлется экспериментально;

Kj поправочный коэффициент, учитывающий гидравлическое сопротивлениеп- робо.ч л борногоэлементасо

стабилизатором потока на участке х Xj, определяемый экспериментально так, чтобы коэффициент отбора пробы на каждом

Таблица 1

Значения расчетных параметров профиля пробозаборного отверстия и стабилизатора потока опытного образца предлагаемого устройства

najia nerjDa

±14

±32

3 5

±40

±55

12

49

105

176

i-м элементарном горизонтальном сечении трубопровода был равен К:

N количество точек интерполирования (количество элементарных сечений);

R - радиус трубопровода,

при этом стабилизатор скорости потока установлен во внутренней полости пробоза- борного элемента, а профиль сечения стабилизатора скорости потока описывается уравнениями в параметрической форме

Zr-2 cos a, /2;

X, --- R - R cos («j / 2 ) ;

с f-i ,1 0.1 N.

из которых вторая и третья формулы определяют высоту стабилизатора потока, на ко- торои образующая рельефа стабилизатора скорости потока определена первой формулой («j - параметр, от которого зависят Zi и Xi ; г - радиус трубки про- бозаборного элемента).

3 5

±40

±55

105

176

Примечание: Исходные параметры - диаметр трубопровода 3, фиг 4, равен мм; диаметр пробозаборной трубки 1 фиг.5, равен 2RI 50,8 мм.

Таблица 2

Показатели обводненности нефти из трубопровода ЦПС Южный - ЦТП Красноленин- Ский производственного объединения Красноленинскнефтегаз пэ пробам, полученным с

использованием испытуемых пробоотборников

Продолжение табл.1

Продолжение табл. 2

Ы№м

м Площадка AI Ъг1 ($ueJi,8itjBi)

У