Устройство для отбора проб жидкости из трубопровода
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
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (5!)5 G 01 N 1/10
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ
ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР)
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ----:
S
Ф
О
C) ф
Ю фь.
К АВТОРСКОМУ С8ИДЕТЕЛЬ СТВУ (21) 4750341 /26 (22) 01.09.89 (4б) 23.12.И. Бюл, ¹ 47 (71) Государственная инновационная фирма
"Татарский центр научно-технических услуг" (72) P.Р,Вальшин и С.Ю.Бахир (56) Пробоотборник, ГОСТ 2517-85 (2,В, черт, 15), Авторское свидетельство СССР
N. Вбб438, кл, 6 01 N 1/10, 1979
Г Ы июлра д
« АЛ 1700424 А1 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТБОРА ПРОБ
ЖИДКОСТИ ИЗ ТРУБОПРОВОДА (57) 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 пробоза,Я ЕСЛТЯа
1r 00424 борного элемента 1 с отверстием в виде щели 2 каплеобразной формы, s котором установлен стабилизатор 3 скорости потока.
Профиль щели и стабилизатора потока рассчитывается с учетом гидравлического сопротивления трубки (со стабилизатором потока) с тем, чтобы обеспечить одинаково пропорциональную долю забора жидкости из каждого горизонтального сечения трубопровода. Такая методика отбора проб основана на реальном распределении балласта в трубопроводе под действием сил
Изобретенйе 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 пробозаборные 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:б: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 обьема жидко, сти с периферийных слоев; длины отборных трубок 1-5 и 2-4 отличаются соответственно на 0,8 и 0,4 диаметра трубопровода, следова, тельно, 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 дру ой усеченными концами одинаковой длины в середине пробозаборного элемента.
Цель изобретения — повышение представительности отбираемой пробы и надежности устроиства. гравитации — рагпределение балласта равномерно в каждой плоскости горизонтального сечения потока. Стабилизатор скорости потока исключает в любой части пробозаборного устройства такие участки, в которых скорость потока эмульсии была бы меньше средней скорости отбора пробы с тем, чтобы не допустить в объеме пробозаборной трубки условий для разделения эмульсии, что могло бы исказить качество пробы. 3 ил., 2 табл, На фиг.1 изображено устройство для отбора проб жидкости из трубопровода. разрез; на фиг.2 — пробозаборный элемент устройства в трубопроводе, поперечное се5 чение: на фиг,3 — пробозаборный элемент, т.е, г робозаборная трубка с размещенным в ней стабилизатором скорости потока, поперечное сечение, Пробоотборное устройство состоит из
10 пробозаборного элемента 1 с продольным отверстием каплеобразной формы 2, внутри когорого установлен стабилизатор корости потока 3.
Для. удобства эксплуатации, проведе15 ния профилактического обслу>кивания и ремонта устройство снабжено крышкой 4, монтируемой на патрубке 5 трубопровода б, и штуцером 7, фиг.3.
Профили пробозаборного отверстия 2 и
20 стабилиза гора скорости потока 3 рассчитывались при следующих условиях:
А) учета распределения балласта по сечению потока — распределение балласта в вертикальном сечении потока трубопровода
25 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
30 — расход жид каст и ЛО1 через л юбую часть
С,DiDi+1Ci 1 отверстия 2 пробозаборного элемента 1, ограниченную плоскостями x=Xi и х=Х;+!, пропорционален с коэффициентом
К общему расходу жидкости через площадку
35 Л(фигура А,Ai+>BiBi+!), заключенную между плоскостями х=-Х и х-X+i:
B) стабилизации скорости потока пробы — средняя скорость движения жидкости
40 вдоль пробозаборного элемента 1, фиг.4 на любом ее участке, та есть при О Х150, постоянна; D=-.2R — диаметр трубопровода 3.
Уравнениями в параметрической форме, определяющими координаты точек Ci u
1700424
D; профиля отверстия 2 с абсциссой У и ординэтой Xl фиг.4, являются
Yj= + К К sin((zj /2), Xj= R-R cos ((4 /2).
2л, я = — -i,=0,1,...N, N где знак "+" в определении Ii соответствует точке D, а знак "-" точке С
К=-0,03 — коэффициент отбора (расхода) пробы (К=-0,002 согласно (4) для пробоотбор- 10 ника 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);
К; — поправочный коэффициент, учиты- 15 вэющий гидравлическое сопротивление пробозаборного элемента 1 на участке x>Xi .определяемый экспериментально так, чтобы выполнялось условие (Б);
D 20
R= — — радиус трубопровода 3;
2 а — параметр (а,=< А OBj), от которого заВисЯт !! и Х)
N — количество точек интерполирования.
Соотношения (1) описывают пробозэборное отверстие 2 каплеобразной формы.
Аналитически это следует из следующего.
Согласно условия (Б) для симметричных относительно центра О поперечного сечения трубспровода 3 площадок Л; и hN — I, расход жидкости через которые одинаков (ибо их площади равны между собой), соответствующими участками пробозаборного элемента 1 (То есть участками Х <х<Х+1 и
Хи+1 <х <Хи-;) должен отбираться одинаковый обьем жидкости (с коэффициентом пропорциональности К от общего расхода жидкости через площадки Л и Лн — i
40 согласно условия (Б). А так как гидравлическое сопротивление Р пробозаборного элемента 1 на участке Х < х
45 — гидравлическое сопротивление пробозаборного элемента 1 на участке Xj =М/2. Поэтому скорость отбора жидкости на участке Xj <х < Х;+1 пробозаборного элемента 1 будет меньшей, чем скорость отбора жидкости на участке Х ч+1 — х <Хм- пробозаборного элемента 1. И чтобы объем поступающей жидкости с этих двух участков пробозаборного элемента 1 был одинаков необходимо, чтобы на участке Xj <х< X;+1 ширина щели отверстия 2, равная 2У была больше, чем ширина щели отверстия 2 на участке Хи+1< х <Хк1-ь равная I2YN 1 ; Yj u YN-j определяются согласно (1). Из этого условия и первого из уравнений (1) следует, что поправочный коэффициент К;. определяемый экспериментально, должен удовлетворять соотношению к|>KN 1; (и/2 (2) Итак, ширина пробозаборного отверстия 2 на симметричных относигельно центра участках Xi <х l2YiI > l2YN-> I (3) которое и определяет геометрию отверстия 2 каплеобразной формы, Стабилизатор скорости потока выравнивает скорость движения жидкости в полости пробозаборного элемента 1 и исключает 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, что могло бы исказить качество пробы. Уравнениями в параметрической форме, определяющими образующую z=Zj рельефа стабилизатора потока 2, в поперечном сечении x=X; пробозаборного элемента 1, ЯВЛЯЮТСЯ Zj=RI cos(а;/2), Х вЂ” — R-R соз(а /2), а; = „ i,= 0,1,...N, 2 7L (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 < Х; пробозаборного отверстия 2 и в сечении х =Xj (фиг,4) вдоль пробозаборного элемента 1 при выполнении условия (B); а<; где AQI на основании условия (Б) может быть определено по формулам A; =-Sj+c-Sj, R2 2 (а, — з па;) Л01= К Л ) ° Чт, Sj — площадь сегмента AI0Bj (замена i на j); Ът — средняя скорость жидкости в трубопроводе 3; Vп — средняя скорость движения пробы жидкости вдоль пробозаборного элемента 1; S — площадь полой части Р С;О;0; в поперечном сечении пробозаборного элемента 1 плоскость 0 х=Х фиг.5, определяемая по формуле 1 700124 50 (КI)? - ----"„--) --(/У - /1) foal внутреннии радиус трубки 1, пробозабпрного элемента, /3,,- 2 агс сos (7/Р!). Пробоотборное устройство работает следукхщим образом. Жидкост . находящаяся в трубопроводе б, под избыточным давлением поступает через отверстие 2 в пробозаборный элемент 1 и далее -- в блок 10 конгроля качества. При отборе пробы через пробозаборное отверстие 2 обеспечивается пропорциональный отбор жидкости независимо от сте15 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 25 в производственном объединении "Красноленинскнефтегаз". Расчетные данные табл.1 удовлетворяют соотношениям (2) и (3) и тем подтверждаег 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 обьединения "Красноленинскнефтегэз" приведены в табл.2. Испытания ) были проведены в период июнь-ик>ль месяцы 1989 г. Изменение значения обводненности нефти охватило весь диапазон, характерный для добываемой нефти производственного обьединения "Красноленинскнефтегаз" и составило 0-36%. В колонке 2 табл.1 приведены значения обводненности нефти по пробе, которая бралась непосредственно после дросселирования эмульсии. Дросселирование Формула изобретения Устройство для отбора проб жидкости из трубопровода, включающее пробозаборный элемент с щелевым о1верстием. установленныи нэ патрубке трубопровода, о т л иосугцествлялось с целью диспергировэния воднои фазы на более мелкие частички и равномерного распределения балласта в сечении трубопровода при перепаде давления на дрпсселирующей заднижке 0,8-1 0 71Пэ В результате (вследствие диспергирования водной фазы и равномерного распределения ее в потоке) обеспечивался предсгавительный отбор пробы при помощи пробоотборника по ГОСТ 2517-85. Таким образом полу енные нэ основе анализа этих проб данные по обводненносги нефти (колонка 2 табл.2) можно принять за близкие к истинным и использовать для сравнения проб, полу яемых анализируемыми пробоо1борниками в условиях частичного расслоения эмульсии. Отбор проб анализируемыми пробоотборниками (колонки 3 и 4 табл.2) производился на расс1оянии 800 м от дросселирующей задвижки, то есть в условиях частичного расслоения 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 I10ToKc наиболее соответствует предлагаем.яй пробоотборник, и подтверждают правильность заложенных при его проектировании принци и о в (А)-(В). Применение пробоотборного ус1ройства 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. ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения представительности отбираемой пробы и надежности устройства, оно снабжено стабилизатором скорости потока, гцеле видное отверстие выполнено аllл лобраз.1700 . 1 10 ной (ор 1ll о< нижн ll до BE .ðõíåé образуюв<ей <рубс провс<дл. координаты (х, у) точек кс)) с<(нл о в элегие)«эрном < м сечении опредс<ля)с<тся уГ)авнениял1и в параметрическои фо<<гле YI с К-К;-R sir) (сс) /2) Х; гс-Б oos (сс, /2) — ) -0,1,...,N, 2 т где, — параметр, от которого зависят Yj u Х,; К-0.03 -- коэффициент расхода, подбирае<ся экспериментально; К; поправочный коэффициент, учитываюцсии гидравлическое сопротивлениепробозлборного элемента со ссабилизатором потока на участке х Х<, определяем,)A экспериглентально так, чтобы коэффициент отбора пробы на каждом Таблица 1 Значения расчетных параметров профиля пробозлборного отверстия и стабилизатора пото«а опытного образца предлагаемого устройства Значение i -го па )апет а 1, З«с<че«ия uc«oë..зуемых и > рассчит<>IB3e мых параметров по формулам (1) и (4) Р 4 5 < 6 +59, +38 32 "55, 64 ) ) ! +.67 ! ! "-64 "-4O ) 1 555 ! I 333 403 ) 460 495 176 . 254 > 0 49 ) I105 „ Значение параметра а< , (а< =. < A;OB;), : фиг.4, отно) сительно которого определены ниже приво димые величины, рад. < Абсцисса Y) ) точек 0 (со знаком ">") и С; (со зна ком "-") <<ро(>)и> па < отверстия 2, фиг.4, мм. Ордината Х; точек Г); и С, к<иг 1, см ) ë< элемеHTâрном горизонтальном сечении <рубопровода был равен К: N количество точек интерполирования (количество элементарных сечений); R — радиус трубопровода, при этом стабилизатор скорости потока ус1ановлен во внутренней полости пробозаборного элемента, а профиль сечения стабилизатора скорости потока описывается уравнениями в параметрической форме Z;=> 2 cos а; /2; X; == R — R cos (а< / 2 ); 2л . г.з< =: — i, i = 0,1,..., N. N из которых вторая и третья формулы определяют высоту стабилизатора потока, на кот о рой образующая Z=-2 рельефа стабилизатора скорости потока определена первой формулой (а< — параметр, от которого зависят Zj и Х;; r — радиус трубки пробозаборного элемента). 1700424 Продолжение табл.1 -го яннь,75 1,6 5,7 48,3 -50,8 Таблица 2 Показатели обводненности нефти из трубопровода ЦПС "Южный" — ЦТП "КрасноленинСкий" производственного обьединения "Красноленинскнефтегаз" по пробам, полученным с использованием испытуемых пробоотборников П р и м е ч а н и е: Исходные параметры — диаметр трубопровода 3, фиг.4, равен D=2R=508 мм; диаметр пробозаборной трубки 1, фиг,5, равен 2RI= 50,8 мм. 1700424 Продолжение табл, 2 Содержание воды в,ь масс. Абсолютная (относитель., %) погрешность по отношению к и обе с насоса поз.2 ¹¹ пп отбираемая на узле ества нефти на стоянии 800 м от ирующей задвижки обоотборник пробоотборника по 2517 — 85 (поз. 3) заявляемого устройства (поз. 4) заявляемым 8 11 12 13 14 16 17 18 19 21 22 23 24 26 27 28 29 Проба, от бранная с кидного коллекто непосредств но после выкидной движки насоса чер пробоотбо ник по ГО 2517 — 85 0,14 0,06 0,03 0,04 0,03 0,03 0,17 0,19 1,4 0,9 1,2 1,1 15,1 12,4 10,2 17,0 24,4 24,6 21,2 27,5 30,2 36,0 32,1 35,3. 1,0 0,75 0,82 0,80 10,4 8,7 7,5 11,8 18,4 19,7 17,1 21,1 27,2 31,5 28,7 29,1 0,13 0,06 0.03 0,05 0,03 0.03 0.16 0.18 1.3 0.85 1,1 1,0 14,7 1 l,6 11,5 l6,2 23,5 23,4 22,4 26,7 29.8 35,2 30,4 33,3 0,05/35,7 0.06/50,0 0,03/100,0 0,02/50,0 0,03/100,0 0,03/100,0 0,07/41,1 0,07/36,8 0,4/28,5 0,15/16.6 0,38/31.6 0,30/27,2 4,7/31,1 3,7/29,8 2,8/26,4 5,2/30,5 6,0/24,5 4,9/19,9 4,1/23,9 6,4/23.5 3,0/10,0 4,5/12,5 3,4/10,6 6,2/17,5 0,01/7,1 0,0/0,0 0,0/0,0 0,01/25,0 0,0/0,0 0,0/0.0 0,01/5,8 0,01/5,2 0,1/7,1 0,05/5,5 0,1/8,3 0,1/9,0. 0,4/2,6 0,8/6,4 1,3/12,7 0,8/4,7 0,9/3,7 1,2/4,8 1,2/5.6 0,8/2.3 0,4/ 1,3 0,8/2,2 1,7/5,2 2,0/5,6 1700424 Составитель Р,Вальшин Техред M.Mîðãåíòàë Корректор И.Муска Редактор Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 679 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
