Способ отбора проб жидкости из трубопровода и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к технологии и технике отбора проб жидкости из трубопровода и может найти применение в нефтедобывающей и других отраслях промышленности. В способе осуществляют размещение в трубопроводе заборного элемента, прокачку под воздействием избыточного давления части потока трубопровода через заборный элемент и последовательно соединенный с ним обводной трубопровод. Размещают в обводном трубопроводе пробозаборные элементы на участке смесителя или после смесителя потока. Осуществляют ручной отбор пробы через один из пробозаборных элементов. Соединяют каналом другой пробозаборный элемент с автоматическим пробоотборником и обводным трубопроводом. Отбирают пробу автоматическим пробоотборником из этого канала, причем с участка канала от пробозаборной трубки до точки отбора пробы автоматическим пробоотборником. Устройство включает заборный элемент, установленный в основном трубопроводе, обводной трубопровод, последовательно соединенный с заборным элементом, устройство для создания избыточного давления на заборном элементе основного трубопровода. Пробозаборные элементы установлены на обводном трубопроводе. Автоматический пробоотборник соединен каналом с одним из пробозаборников и обводным трубопроводом, имеется пробосборник. Канал, связывающий пробозаборный элемент с автоматическим пробоотборником и обводным трубопроводом, выполняют или комплектуют элементами из условия, чтобы гидравлическое сопротивление участка канала, начиная с пробозаборного элемента до точки отбора пробы автоматическим пробоотборником, было меньше гидравлического сопротивления продолжения канала от точки отбора автоматическим пробоотборником до обводного трубопровода. Изобретение обеспечивает высокую точность определения параметров перекачиваемой по трубопроводам жидкости. 2 с.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к технологии и технике отбора проб жидкости из трубопровода и может найти применение в нефтедобывающей и других отраслях промышленности, где требуется высокая точность определения параметров перекачиваемой по трубопроводам жидкости.

Известен способ отбора проб жидкости из трубопровода, при котором производят размещение в трубопроводе пробозаборного элемента из одной пробозаборной трубки с загнутым концом, которую располагают на оси трубопровода входным отверстием навстречу потоку; ручной отбор пробы пропорционально расходу потока трубопровода, при котором скорость отбора составляет не менее половины и не более двойной средней скорости потока трубопровода [1].

Известно устройство для реализации данного способа, включающее пробозаборный элемент в виде одной пробозаборной трубки с загнутым концом, которую устанавливают на оси трубопровода входным отверстием навстречу потоку [2] .

Недостаток известной техники отбора проб - в случае отбора пробы вручную сложно контролировать качество перекачиваемой жидкости, когда физико-химический состав потока непрерывно изменяется. Процесс отбора пробы должен быть автоматизирован.

Известен способ отбора проб жидкости из трубопровода (основного), при котором производят размещение в основном трубопроводе заборного элемента, прокачку под воздействием избыточного давления через заборный элемент и последовательно соединенный с ним обводной трубопровод части потока основного трубопровода, его гомогенизацию, размещение в обводном трубопроводе пробозаборных(-ого) элементов(-а), например, на участке смесителя или после смесителя потока, ручной отбор пробы через один из пробозаборных элементов, соединение каналом другого пробозаборного элемента с автоматическим проботборником и обводным трубопроводом, отбор пробы автоматическим пробоотборником из этого канала, по которому непрерывно движется часть потока обводного трубопровода [3] (прототип способа).

Известно устройство для реализации данного способа, включающее заборный элемент, установленный в трубопроводе (основном), последовательно соединенный с обводным трубопроводом для прокачки по нему части жидкости основного трубопровода, отбираемую через заборный элемент основного трубопровода под воздействием избыточного давления; устройство для создания избыточного давления в обводном трубопроводе и на заборном элементе основного трубопровода; на обводном трубопроводе установлены пробозаборные элементы, например, совмещенные с диспергаторами, пробосборники, один или несколько из которых соединены с автоматическими пробоотборниками [4] (прототип устройства).

Недостаток данных технологий и техники отбора проб - низкая представительность пробы, полученной через пробозаборный элемент, соединенный с автоматическим пробоотборником, из-за возникновения на участке канала от точки отбора автоматическим пробоотборником до обводного трубопровода противотока с расходом, сравнимым с расходом потока участка канала от пробозаборного элемента до точки отбора автоматическим пробоотборником. Последнее возникает вследствие создаваемого перепада давления в во всем канале (от пробозаборного элемента до обводного трубопровода) автоматическим пробоотборником и того, что гидравлическое сопротивление канала от пробозаборного элемента до точки отбора автоматическим пробоотборником приблизительно равно или больше гидравлического сопротивления продолжения канала от точки отбора пробы автоматическим пробоотборником до обводного трубопровода. В результате автоматический пробоотборник отбирает пробу не только через пробозаборный элемент, но и с противоположного участка канала - от точки отбора пробы автоматическим пробоотборником до обводного трубопровода, причем обе эти доли, составляющие пробу, оказываются сравнимы, или же доля пробы со стороны пробозаборного элемента оказывается меньшей. В результате качество пробы оказывается низким.

Техническим результатом данного изобретения является повышение представительности пробы.

Для достижения технического результата в способе отбора проб жидкости из трубопровода, при котором осуществляют размещение в трубопроводе заборного элемента, прокачку под воздействием избыточного давления части потока трубопровода через заборный элемент и последовательно соединенный с ним обводной трубопровод, размещение в обводном трубопроводе пробозаборных(-ого) элементов(-а), например, на участке смесителя или после смесителя потока, ручной отбор пробы через один из пробозаборных элементов, соединение каналом другого пробозаборного элемента с автоматическим пробоотборником и обводным трубопроводом, отбор пробы автоматическим пробоотборником из этого канала, согласно изобретению отбор пробы автоматическим пробоотборником осуществляют с участка канала от пробозаборной трубки до точки отбора пробы автоматическим пробоотборником.

В заявляемом способе отбираемая автоматическим пробоотборником проба состоит из части потока, поступающей из пробозаборного элемента. Для прототипа способа [3] нарушается пропорциональность расходу при отборе пробы - пробу составляют две приблизительно одинаковые по объему части потока, одна из которых поступает от пробозаборного элемента, другая со стороны участка канала, соединяющего автоматический пробоотборник с обводным трубопроводом (на этом участке канала при отборе пробы пробоотборником возникает противоток). При отборе пробы по заявляемому способу в отсутствии противотока в канале, обеспечивается пропорциональность расходу потока, поэтому она будет более представительная, нежели проба, полученная по способу прототипу [3].

Таким образом, осуществление перечисленных операций заявляемого способа позволит по сравнению со способом прототипом [3] повысить представительность пробы.

Применение заявляемого способа позволит осуществлять более точный количественный и качественный учет перекачиваемой по трубопроводам жидкости, осуществляемый по совокупности параметров, уменьшить потери при товарно-коммерческих операциях.

Для достижения технического результата при реализации заявляемого способа используют устройство, которое включает заборный элемент, устанавливаемый в основном трубопроводе, обводной трубопровод, последовательно соединенный с заборным элементом, устройство для создания избыточного давления на заборном элементе основного трубопровода, пробозаборные элементы, установленные на обводном трубопроводе, автоматический пробоотборник, соединенный каналом с одним из пробозаборников и обводным трубопроводом, пробосборник(-и), согласно изобретению канал, связывающий пробозаборный элемент с автоматическим пробоотборником и обводным трубопроводом, выполняют или комплектуют элементами из условия, чтобы гидравлическое сопротивление участка канала, начиная с пробозаборного элемента до точки отбора пробы автоматическим пробоотборником, было меньше гидравлического сопротивления продолжения канала от точки отбора автоматическим пробоотборником до обводного трубопровода.

В заявляемом устройстве отбираемая автоматическим пробоотборником проба состоит из потока, поступающего из пробозаборного элемента - доля в пробе потока с противоположного участка канала (участок канала, соединяющий автоматический пробоотборник с обводным трубопроводом) незначительна (в виду того, что гидравлическое сопротивление участка канала, начиная с пробозаборного элемента до точки отбора пробы автоматическим пробоотборником, было меньше гидравлического сопротивления продолжения канала от точки отбора автоматическим пробоотборником до обводного трубопровода). Для прототипа устройства [4] соотношение составляющих пробы будет иным, пробу составляют две приблизительно одинаковые по объему части потока, одна из которых поступает от пробозаборного элемента, другая со стороны участка канала, соединяющего автоматический пробоотборник с обводным трубопроводом (на этом участке канала при отборе пробы пробоотборником возникает противоток). В результате проба, полученная с применением заявляемого устройства, будет более представительная, нежели проба, полученная с использованием устройства - прототипа [4].

Таким образом, благодаря выполнению элементов заявляемого устройства из указанных условий будет осуществляться более представительной пробы заявляемым устройством (в отличие от устройства прототипа [4]).

Заявляемые способ отбора проб жидкости из трубопровода и устройство для его осуществления могут конкретно применяться, например, на нефтепромыслах - на коммерческих узлах учета нефти.

Заявляемый способ отбора проб жидкости из трубопровода осуществляется следующим образом.

В трубопроводе, по которому транспортируют жидкость, производят размещение заборного элемента, прокачку под воздействием избыточного давления части потока трубопровода через заборный элемент и последовательно соединенный с ним обводной трубопровод части потока основного трубопровода с возвращением прокачиваемой части в основной трубопровод, далее размещают в обводном трубопроводе пробозаборные элементы, через один из которых осуществляют ручной отбор пробы под воздействием избыточного давления с внешней средой: открывают кран и отбирают пробу в пробосборник; соединяют каналом второй пробозаборный элемент с автоматическим пробоотборником и обводным трубопроводом, с разным гидравлическим сопротивлением участков: гидравлическое сопротивление канала с пробозаборным элементом до соединения с автоматическим пробоотборником меньше, чем гидравлическое сопротивление канала после его соединения с автоматическим пробоотборником; осуществляют отбор пробы автоматическим пробоотборником из этого канала. Отобранную в пробосборники пробу направляют на анализ - определение относительного содержания балласта в пробе.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где представлен один из вариантов заявляемого устройства для отбора проб жидкости из трубопровода.

Устройство включает заборный элемент 1, установленный вертикально по диаметру трубопровода 2 входным отверстием навстречу потоку, обводной трубопровод 3 для прокачки по нему части потока трубопровода 2, отбираемого через заборный элемент 1 трубопровода 2 под воздействием избыточного давления, и возвращения его по обводному трубопроводу 3 в трубопровод 2; на обводном трубопроводе 3 установлен индикатор 4 расхода жидкости для контроля расхода жидкости через заборный элемент 1; пробозаборный элемент 5 для отбора пробы автоматическим пробоотборником 6; пробозаборный элемент 7 с краном 8 для ручного отбора пробы; система элементов 3, 5, 6 обвязаны между собой при помощи канала 9; пробосборники 10. Избыточное давление в обводном трубопроводе 3 и на заборном элементе 1 основного трубопровода 2 создается при помощи диафрагмы 11, расположенной между заборным элементом 1 и концом обводного трубопровода 3, расположенным (по ходу потока) за заборным элементом 1.

Пробозаборное устройство предназначено для отбора пробы из потока трубопровода 2 в два этапа для ручного отбора и в три этапа - для автоматического отбора пробы - первый, это отбор части потока трубопровода 1 через заборный элемент 1 и прокачка его через обводной трубопровод 3 с последующим возвращением в трубопровод 2, при этом прокачку части потока трубопровода 2 осуществляют под воздействием избыточного давления, для создания которого служит диафрагма 11 трубопровода 2; второй этап - отбор пробы в пробосборник 10 под воздействием избыточного давления пробозаборным элементом 7 из потока обводного трубопровода 3 для ручного отбора пробы и пробозаборной трубкой 5 для отбора автоматическим пробоотборником 6; третий этап - отбор пробы в пробосборник 10 автоматическим пробоотборником 6 из канала 9, обвязывающего элементы "пробозаборный элемент 5 - автоматический пробоотборник 6 - обводной трубопровод 3; отбор пробы автоматическим пробоотборником осуществляется преимущественно с участка канала от пробозаборной трубки 5 до точки "О" отбора пробы автоматическим пробоотборником. Изокинетичность отбора части потока основного трубопровода 2 контролируется индикатором расхода жидкости 4.

Устройство для отбора проб жидкости из трубопровода работает следующим образом.

Часть жидкости трубопровода 2 (основного) под избыточным давлением, создаваемым при помощи диафрагмы 11, поступает через заборный элемент 1 и далее прокачивается по обводному трубопроводу 3 с последующим возвращением в трубопровод 2. Автоматический пробоотборник 6 отбирает пробу из канала 9 в пробосборник 10, при этом проба поступает в автоматический пробоотборник преимущественно с участка канала с меньшим гидравлическим сопротивлением. То есть с участка канала от пробозаборной трубки 5 до точки "O" отбора пробы из канала 9 автоматическим пробоотборником. Через пробозаборную трубку 7 проба поступает в пробосборник 10 - расход регулируется краном 8. После заполнения пробосборников 10 проба направляется на анализ.

Среднюю скорость отбора жидкости из трубопровода 2 заборным элементом 1 определяют по индикатору расхода жидкости 4.

Для испытаний было использовано устройство для отбора проб жидкости из трубопровода 6 с приводимыми ниже расчетными параметрами.

Трубопровод 2 - горизонтальный с внутренним диаметром в 508 мм. Жидкость трубопровода 2 представляла собой нефтяную эмульсию с содержанием воды 0,15-0,55 об.%; вязкость безводной нефти при 20 град. по Цельсию составляла 3 сП; расход потока трубопровода 2 - 534 м³/ч. Диаметр обводного трубопровода 3 составлял 49 мм, диаметр канала 9 на участке "пробозаборный элемент 5 - точка "O" отбора пробы автоматическим пробоотборником" составлял 8 мм длиной 110 мм (для прототипа - длиной 1400 мм и диаметром 8 мм), на участке "точка "О" отбора пробы - обводной трубопровод 3" - 4 мм и длиной 40 мм (для прототипа диаметром 8 мм и длиной 40 мм). Заборное устройство для установки на трубопроводе 2 представляло собой трубку 1 с параметрами по "ГОСТ 2517-85. Изменение 1. Черт. 15б), таблица 2", пробозаборные трубки 5 и 7 - трубки диаметром 6 мм по "ГОСТ 2517-85. Чepт.14" [2]. Температура потока обводного трубопровода составляла - 31,3-32,7^oС; плотность безводной нефти, приведенной к 20^oС при давлении 0 МПа составляла 836,53 кг/м³. Автоматическим пробоотборником служил автоматический пробоотборник "Проба-1М" (Изготовитель завод "БОЗНА", г.Бугульма, Татарстан).

Сравнительные испытания заявляемых способа и устройства отбора проб жидкости из трубопровода были проведены с использованием способа отбора проб [3] и устройства отбора проб [4]. Данные сравнительных испытаний заявляемой и известной (прототип [3-4]) техники отбора проб сведены в таблицу.

Представительность пробы для способа и устройства [3-4] (прототип), полученной автоматическим пробоотборником, на 5-15% ниже по сравнению с представительностью для заявляемой технологии - сравните данные колонок 3 и 4 таблицы. При осуществлении заявляемой технологии проба отбирается с участка канала 9 "пробозаборный элемент 5 - точка "О" отбора пробы автоматическим пробоотборником 6". При этом поступление жидкости в пробу со второго участка канала 9 - "точка "О" отбора пробы автоматическим пробоотборником 9 - соединение канала 9 с обводным трубопроводом 3" незначительно в виду того, что гидравлическое сопротивление первого участка (в силу выбора диаметра канала 9 на этом участке) приблизительно в 4 раза меньше, чем второго участка канала 9. Для известной технологии [3-4] распределение доли жидкости с указанных участков канала 9 иное в силу того, что диаметр канала 9 для прототипа [3-4] постоянный - доля пробы с каждого из участков приблизительно одинакова. Поступление же жидкости в пробу со второго участка уменьшает скорость движения жидкости на этом участке канала 9, тем создает условия для ее расслоения и в пробу, отбираемой автоматическим пробоотборником по прототипу [3-4] поступает больше безводной нефти, чем при осуществлении заявляемой технологии. Это и определяет невысокую представительность пробы для прототипа [3-4].

Таким образом, данные сравнительных испытаний таблицы подтверждают, что отбор пробы из потока трубопровода по заявляемому способу и устройству, в отличие от отбора пробы по прототипу [3-4], обеспечивает более представительный отбор.

Заявляемый способ отбора проб и устройство для его осуществления промышленно применимы - они не требуют коренной реконструкции существующих узлов учета перекачиваемых по трубопроводам жидкостей, а необходимые для реализации заявляемой техники изменения могут быть проведены силами производственников, обслуживающих эти системы.

Источники информации 1. ГОСТ 2517-85. Нефть и нефтепродукты. М., п. 2.1.13.1.3, 2.13.1.7.

2. Там же, чертеж 14.

3. Там же, чертеж 18.

4. Там же, чертеж 18б, таблица 2.

Формула изобретения

1. Способ отбора проб жидкости из трубопровода, при котором осуществляют размещение в трубопроводе заборного элемента, прокачку под воздействием избыточного давления части потока трубопровода через заборный элемент и последовательно соединенный с ним обводной трубопровод, размещение в обводном трубопроводе пробозаборных элементов на участке смесителя или после смесителя потока, ручной отбор пробы через один из пробозаборных элементов, соединение каналом другого пробозаборного элемента с автоматическим пробоотборником и обводным трубопроводом, отбор пробы автоматическим пробоотборником из этого канала, отличающийся тем, что отбор пробы автоматическим пробоотборником осуществляют с участка канала от пробозаборной трубки до точки отбора пробы автоматическим пробоотборником.

2. Устройство для отбора проб жидкости из трубопровода, которое включает заборный элемент, устанавливаемый в основном трубопроводе, обводной трубопровод, последовательно соединенный с заборным элементом, устройство для создания избыточного давления на заборном элементе основного трубопровода, пробозаборные элементы, установленные на обводном трубопроводе, автоматический пробоотборник, соединенный каналом с одним из пробозаборников и обводным трубопроводом, пробосборник, отличающееся тем, что канал, связывающий пробозаборный элемент с автоматическим пробоотборником и обводным трубопроводом, выполняют или комплектуют элементами из условия, чтобы гидравлическое сопротивление участка канала, начиная с пробозаборного элемента до точки отбора пробы автоматическим пробоотборником, было меньше гидравлического сопротивления продолжения канала от точки отбора автоматическим пробоотборником до обводного трубопровода.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2