устройство для отбора проб жидкости из трубопровода

Формула изобретения

Устройство для отбора проб жидкости из трубопровода, содержащее пробозаборную трубку, смонтированную в трубопроводе перпендикулярно движению потока и имеющую входное отверстие щелевидной формы со стороны движения потока, профиль которого выбран из условия поступления под избыточным давлением жидкости из трубопровода пропорционально ее расходу на каждом элементарном горизонтальном сечении трубопровода с одинаковым коэффициентом пропорциональности и со средней скоростью на входе в пробозаборную трубку, равной средней скорости потока в трубопроводе, отличающееся тем, что диаметр и длина пробозаборной трубки выбраны из соотношения 1 12 30.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам для отбора проб жидкости из трубопровода и может найти применение в нефтяной и других областях промышленности, где требуется высокая точность определения примесей.

Известно устройство для отбора проб жидкости из трубопровода, включающее пробозаборные трубки, установленные вертикально по диаметру трубопровода. Оси отверстия 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 [1]

Однако известное устройство имеет невысокую представительность отбираемых проб.

Известно и другое устройство для отбора проб жидкости из трубопровода, содержащее пробозаборную трубку, смонтированную в трубопроводе перпендикулярно движению потока и имеющую входное отверстие щелевидной формы со стороны движения потока, профиль которого выбран из условия поступления под избыточным давлением жидкости из трубопровода пропорционально ее расходу на каждом элементарном горизонтальном сечении трубопровода с одинаковым коэффициентом пропорциональности и со средней скоростью на входе в пробозаборную трубку, равной средней скоростью потока в трубопроводе [2]

Однако, в известном устройстве пробозаборный элемент имеет большую металлоемкость, а также его гидравлическое сопротивление достаточно велико.

В известном устройстве в пробозаборной трубке установлен стабилизатор скорости потока, однако, такое размещение стабилизатора уменьшает проходное сечение пробозаборного элемента и увеличивает гидравлическое сопротивление.

В результате может оказаться технически сложно обеспечить изокинетический отбор пробы (особенно при большой скорости потока трубопровода). И высокое качество получаемой при этом пробы не всегда может быть гарантировано.

Цель изобретения повышение представительности отбираемой пробы, надежности устройства и уменьшение его металлоемкости.

Цель достигается тем, что в устройстве для отбора проб жидкости из трубопровода, содержащем пробозаборную трубку, смонтированную в трубопроводе перпендикулярно движению потока и имеющую входное отверстие щелевидной формы со стороны движения потока, профиль которого выбран из условия поступления под избыточным давлением жидкости из трубопровода пропорционально ее расходу на каждом элементарном горизонтальном сечении трубопровода с одинаковым коэффициентом пропорциональности, со средней скоростью на входе в пробозаборную трубку, равной средней скорости потока в трубопроводе, диаметр и длина пробозаборной трубки выбраны из соотношения 1:(12-30).

На фиг.1 изображено предлагаемое устройство; на фиг.2 вид А на фиг.1.

Устройство включает пробозаборную трубку 1, имеющую продольное отверстие 2, расположенное со стороны движения потока трубопровода 3.

Для удобства эксплуатации, проведения профилактического обслуживания и ремонта устройство снабжено крышкой 4, монтируемой на патрубке 5 трубопровода 3, и штуцером 6 (фиг.1).

Геометрия пробозаборного отверстия 2 выполняется из условия поступления в пробозаборную трубку 1 под избыточном давлением жидкости из трубопровода 3 пропорционально ее расходу на каждом элементарном горизонтальном сечении трубопровода с одинаковым коэффициентом пропорциональности К; коэффициент пропорциональности К выбирается из интервалов 0 < К < 1; средняя скорость жидкости на входе 2 в пробозаборную трубку 1 принимается (в расчетах при определении профиля отверстия 2) равной средней скорости потока трубопровода 3. Диаметр и длина пробозаборной трубки 1 удовлетворяют соотношению 1:(12-30), при котором гарантировано колебание трубки 1 с частотой 30-180 Гц под действием набегающего на трубку 1 потока трубопровода 3 и смешение при этом в трубке 1 фаз отбираемой через отверстие 2 жидкости (пробы), чтобы не нарушалась динамика отбора пробы по высоте трубопровода 3.

Действительно, при этом происходит не просто уменьшение гидравлического сопротивления и металлоемкости пробозаборного элемента.

При указанном соотношении диаметра и длины пробозаборной трубки при существующих скоростях потока трубопровода она подвержена вибрации под действием набегающего на нее потока трубопровода с интенсивностью в 30-180 Гц, при которой в объеме пробозаборной трубки происходит интенсивное перемешивание фаз эмульсии (проб). Благодаря этому, несмотря на меньшую скорость перемещения пробы вдоль пробозаборной трубки, перемещение пробы вдоль пробозаборной трубки не будет сопровождаться расслоением на фазы, а потому не будет происходить и нарушения динамики отбора пробы по высоте трубопровода (отбор пробы будет осуществляться пропорционально расходу потока на каждом элементарном горизонтальном сечении трубопровода с одинаковым коэффициентом пропорциональности).

Следует сказать, что при выходе за пределы указанного соотношения для диаметра и длины пробозаборной трубки в объеме пробозаборной трубки возникают условия, когда возможно расслоение пробы на фазы. Расслоение пробы в пробозаборной трубке на фазы приведет к резкому изменению потери напора на отдельных участках пробозаборной трубки, и, как следствие, к нарушению одинаково пропорционального отбора пробы по высоте трубопровода.

Для опытно-промышленных испытаний изготовлено устройство, в котором диаметр трубки 1 составил 33 мм; параметры отверстия 2 рассчитаны при коэффициенте отбора пробы К=0,003.

Устройство было установлено на трубопроводе 3 диаметром 508 мм.

Пробоотборное устройство работает следующим образом.

Жидкость, транспортируемая по трубопроводу 3, под избыточным давлением поступает через отверстие 2 в пробозаборную трубку 1 пропорционально ее расходу на каждом элементарном горизонтальном сечении трубопровода 3 с одинаковым коэффициентом пропорциональности; избыточное давление обеспечивает поддержание средней скорости на входе 2 в пробозаборную трубку 1, равной средней скорости потока трубопровода 3. При этом в объеме пробозаборной трубки 1 происходит смешение фаз поступающей в нее жидкости (пробы): смешение фаз происходит под действием вибрации трубки 1 вследствие набегающего на трубку 1 потока трубопровода 3. В результате перемещения пробы вдоль пробозаборной трубки 1 без расслоения на фазы не происходит нарушения динамики ее отбора из трубопровода 3. Отобранная устройством проба поступает в блок качества.

Примечание: Собственную чистоту колебаний трубки 1 можно определить по формуле, имеющей для стержней вид:



где t толщина стержня, мм;

d длина стержня, мм.

Для испытанного образца данного устройства имеем:

t 33 мм, d 508 мм.

Поэтому

f_ст=8,4510⁵33508^-2=108 Гц.

Колебание трубки 1 с указанной частотой способствует эмульгированию пробы в объеме пробозаборной трубки 1.

Сравнительные испытания предложенного пробоотборника были проведены с устройством [1]

Данные сравнительных экспериментов сведены в таблицу. Высокая представительность получаемой при помощи предложенного пробоотборника пробы как при малой, так и при большой скорости потока трубопровода 3, свидетельствует, что вследствие возникающей вибрации пробозаборной трубки 1 под действием набегающего на нее потока трубопровода 3 в объме пробозаборной трубки 1 не происходит расслоение отбираемой пробы на фазы, и тем самым отбор пробы осуществляется без нарушения динамики отбора, то есть отбор пробы осуществляется в соответствии с принципом одинаково пропорционального отбора пробы с каждого элементарного горизонтального сечения трубопровода 3, и подтверждает преимущество данного устройства перед устройством [1] Далее процесс отбора повторяется.