Устройство для отбора проб

 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к устройствам для отбора проб из напорных трубопроводов, и может быть использовано при контроле процессов добычи, подготовки, при транспортировании и хранении нефти, нефтепродуктов и газа независимо от их реологических свойств и температуры окружающей среды, обеспечивая их высокую достоверность. Устройство для отбора проб содержит корпус со сливным отверстием, снабженный крышкой, входной и выходной патрубки, пробку с отверстиями, ротор с возможностью вращения вокруг оси. На крышке установлен профилированный кулачок. Пробка выполнена в виде опорной плиты с двумя отверстиями - входным и сливным. В сливном отверстии установлен запорный вентиль, соединенный со сливным отверстием в корпусе. Ротор расположен между крышкой и пробкой и установлен на пробку так, что поверхность стыка ротора и пробки образует торцовое уплотнение. Ротор выполнен в виде револьверного барабана с пробоотборными камерами, расположенными параллельно оси вращения. Пробоотборные камеры выполнены цилиндрическими с окнами, размещенными в верхней части камер. В каждой камере установлен поршень. Технический результат складывается за счет повышения достоверности проб, надежности эксплуатации, а также за счет снижения трудоемкости использования устройства. 4 ил.

Предложение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к устройствам для отбора проб из напорных трубопроводов, и может быть использовано при контроле процессов добычи, подготовки, при транспортировании и хранении нефти, нефтепродуктов и газа независимо от их реологических свойств и температуры окружающей среды, обеспечивая их высокую достоверность.

Известен автоматический пробоотборник (см. а.с. СССР №1275259 от 05.03.85 г., G 01 N 1/10, опубл. БИ №45 за 1986 г.), содержащий корпус, в котором установлен поршень со штоком, пробозаборный зонд с коллекторной камерой, установленный в трубопроводе, герметизированный контейнер, электропривод и программное устройство, пробоотборник снабжен циркуляционной камерой, выполненной с каналом возвращения жидкости в трубопровод и каналом связи с коллекторной камерой, компенсатором давления и температуры, причем коллекторная камера расположена внутри пробозаборного зонда симметрично относительно каналов и точек отбора пробы.

Достоинством автоматического пробоотборника является то, что при его использовании повышается достоверность и качество отбираемой для анализа пробы.

Недостатком является то, что при изменении состава транспортируемой среды достоверность и качество отбираемой пробы не гарантируются, так как в пробу поступает жидкость не со всего сечения потока, а только из областей, в которых расположены каналы зонда, а при различных вязкостях и плотностях компонентов, составляющих многофазный поток, компоненты входят в состав пробы непропорционально их фактическому содержанию в потоке.

Кроме того, при отрицательной температуре окружающей среды необходимо применение дополнительных устройств для предотвращения замерзания как самой пробы, так и элементов устройства.

Известно также устройство для отбора проб потока смеси (см. а.с. СССР №1275262 от 23.07.85 г., G 01 N 1/18, опубл. БИ №45 за 1986 г.), включающее корпус с входным и выходным патрубками, фланцами и пробоотборный элемент, снабженное камерой с размещенным в ней вкладышем с винтовыми отверстиями, причем пробоотборный элемент выполнен в виде круговой системы разделительных каналов равного диаметра, один из которых предназначен для отбора пробы, а количество разделительных каналов пробоотборного элемента равно числу винтовых отверстий вкладыша.

Достоинством устройства является то, что при достаточно простом конструктивном выполнении достоверность проб, отбираемых для анализа, удовлетворяет предъявляемым требованиям.

Однако, конструктивные особенности устройства приводят к ограниченности его применения за счет того, что для обеспечения завихрения потока необходима высокая скорость потока, что при вязких средах влечет за собой увеличение потерь давления в трубопроводе и не обеспечивает равномерного перемешивания фаз среды.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предполагаемому устройству для отбора проб является устьевой пробоотборник (см. а.с. СССР №1067209 от 27.09.82 г., Е 21 В 49/08, опубл. БИ №2 за 1982 г.), содержащий корпус со сливными отверстиями, входной и выходной патрубки, пробку с отверстием и пробоотборную камеру, сообщенную со сливными отверстиями, при этом пробоотборник снабжен ротором, установленным между пробкой и корпусом с возможностью вращения вокруг пробки, причем пробка неподвижна относительно корпуса, а в роторе выполнены отверстия, два из которых сообщены с входным и выходным патрубками, а пробоотборная камера ограничена стенками корпуса и пробки и стенками двух других отверстий ротора.

Достоинством устройства является то, что улучшается качество и достоверность отбираемой пробы за счет того, что проба отбирается со всего потока по сечению транспортирующего трубопровода.

Недостатком является то, что достоверность пробы снижена за счет неполного выхода пробы из пробоотборной камеры, например при повышенной вязкости и малом содержании газа.

Кроме того, при изменении температуры окружающей среды снижается надежность эксплуатации устьевого пробоотборника, так как при пониженных температурах происходит замерзание как самой пробы, так и сливного отверстия.

Конструктивной особенностью известного устройства является наличие только одной камеры для хранения отобранной пробы, что усложняет работу при отрицательных температурах окружающей среды, так как для хранения большего количества отобранных проб требует наличия дополнительного герметичного обогреваемого контейнера.

Технической задачей предлагаемого устройства для отбора проб является повышение достоверности отбираемой пробы, независимо от физико-химического состава транспортируемой по трубопроводу среды, за счет обеспечения ее полного слива, повышение надежности эксплуатации при пониженных температурах окружающей среды за счет размещения камер для хранения проб в потоке транспортируемой среды, а также снижение трудоемкости эксплуатации устройства.

Поставленная техническая задача достигается описываемым устройством для отбора проб, содержащим корпус со сливным отверстием, входной и выходной патрубки, пробку с отверстиями, ротор с возможностью вращения вокруг оси.

Новым является то, что корпус дополнительно снабжен крышкой, на которой установлен профилированный кулачок. Пробка выполнена в виде опорной плиты с двумя отверстиями - входным и сливным, причем в сливном отверстии установлен запорный вентиль, соединенный со сливным отверстием в корпусе. Ротор выполнен в виде револьверного барабана с пробоотборными камерами цилиндрической формы с окнами, размещенными в верхней части. Камеры параллельны оси вращения ротора. Ротор расположен между крышкой и опорной плитой и установлен на опорную плиту так, что образует с ней торцевое уплотнение. В каждой камере установлен поршень, который в верхнем положении взаимодействует с профилированным кулачком, а в нижнем - с опорной плитой.

Анализ известных технических решений из доступных источников патентной и научно-технической литературы позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с отличительными признаками в заявляемом объекте, то есть о соответствии заявляемого технического решения критерию “изобретательский уровень”.

На фиг.1 показано устройство для отбора проб - общий вид.

На фиг.2 - сечение по А-А фиг.1.

На фиг.3 - сечение по Б-Б фиг.1.

На фиг.4 - вид В фиг.1.

Устройство для отбора проб содержит корпус 1 (см. фиг.1) со сливным отверстием 2, снабженный крышкой 3, входной 4 и выходной 5 патрубки, пробку 6 с отверстиями 7 и 8 (см. фиг.3), ротор 9 с возможностью вращения вокруг оси 10. На крышке установлен профилированный кулачок 11 (см. фиг.1, 4). Пробка 6 выполнена в виде опорной плиты с двумя отверстиями - входным 7 и сливным 8. В сливном отверстии 8 установлен запорный вентиль 12, соединенный со сливным отверстием 2 в корпусе 1. Ротор 9 расположен между крышкой 3 и пробкой 6 и установлен на пробку 6 так, что поверхность стыка ротора 9 и пробки 6 образует торцевое уплотнение 13. Ротор 9 выполнен в виде револьверного барабана с пробоотборными камерами 14 (см. фиг.1, 2), расположенными параллельно оси вращения 10. Пробоотборные камеры выполнены цилиндрическими, с окнами 15, размещенными в верхней части камер. В каждой камере установлен поршень 16.

Конструкция предлагаемого устройства обеспечивает полный слив отобранной пробы в контейнер за счет установки в пробоотборные камеры поршней 16, вследствие чего повышается достоверность проб. Расположение ротора 9 с пробоотборными камерами внутри корпуса 1 обеспечивает равенство температуры и давления отобранных проб и потока транспортируемой среды и таким образом предотвращает замерзание проб при отрицательных температурах окружающей среды. Кроме того, установка запорного вентиля 12 в пробке 6 предотвращает его замерзание, что делает возможным эксплуатацию устройства при отрицательных температурах без дополнительного обогрева. Поскольку количество камер более одной, то возможен такой способ эксплуатации, при котором отбор проб не связан с их сливом в контейнер. Оператор должен иметь при себе контейнер не всякий раз, как производится отбор проб, а только тогда, когда необходима транспортировка проб в лабораторию, что упрощает работу оператора. Количество пробоотборных камер (на прилагаемых чертежах показано исполнение с четырьмя камерами) может быть большим и ограничивается только габаритными размерами устройства.

Совокупность отличительных признаков позволяет повысить достоверность отбираемых проб, надежность эксплуатации и снизить трудоемкость отбора проб.

Устройство для отбора проб работает следующим образом.

Устройство устанавливают на транспортирующем трубопроводе, по которому проходит поток рабочей среды. Рабочая среда, проходя по трубопроводу, поступает во входной патрубок 4, затем в корпус 1. Далее через отверстие 7 в пробке 6 рабочая среда проходит в одну из пробоотборных камер 14 ротора 9. Воздействуя на поршень 16, поток рабочей среды поднимает его до упора в кулачок 11 и вытекает через окна 15 в стенке пробоотборной камеры 14 ротора 9. Весь объем проходящей по трубопроводу рабочей среды проходит при этом через одну из камер 14 ротора 9. Затем поток рабочей среды обтекает со всех сторон ротор и поступает в выходной патрубок 5 и далее в транспортирующий трубопровод. Для отбора пробы поворачивают ротор 9 вокруг оси 10 до совмещения следующей пробоотборной камеры 14 с отверстием 7 пробки. В это время камера 14 ротора, находившаяся над отверстием 7 пробки 6, перемещается по окружности и оказывается закрытой поверхностью пробки. Одновременно поршень 16 под действием кулачка 11 перемещается вниз и закрывает окна 15. Поступление рабочей среды происходит в это время через следующую камеру ротора 9, которая до поворота находилась над сливным отверстием 8. Отобранная проба хранится в пробоотборной камере 14 ротора 9, закрытой сверху поршнем 16, а снизу - торцовым уплотнением 13. Для отбора следующих проб необходимо еще поворачивать ротор. Наибольшее количество отобранных проб, хранящихся в пробоотборнике, определяется количеством пробоотборных камер 14 ротора 9. При необходимости пробы сливаются в переносной контейнер при помощи запорного вентиля 12, при этом поршень 16, находящийся в камере над сливным отверстием 8, выталкивает отобранную пробу целиком независимо от вязкости.

Проведенные промышленные испытания образца предлагаемого устройства показали, что при отборе проб вязкостью до 5·10^-4 м² /с при температуре окружающей среды от -35 до +20°С достоверность проб составила ±2,4% против ±10% по прототипу, причем за время испытаний (30 дней) не обнаружено выхода из строя предлагаемого устройства для отбора проб по причине замерзания как пробы, так и отдельных элементов устройства. По отзывам обслуживающего персонала имеется снижение трудоемкости при эксплуатации устройства за счет уменьшения времени, необходимого для отбора проб.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого устройства для отбора проб складывается за счет повышения достоверности проб, надежности эксплуатации, а также за счет снижения трудоемкости использования.

Формула изобретения

Устройство для отбора проб, содержащее корпус со сливным отверстием, входной и выходной патрубки, пробку с отверстиями, ротор с возможностью вращения вокруг оси, отличающееся тем, что корпус дополнительно снабжен крышкой, на которой установлен профилированный кулачок, а пробка выполнена в виде опорной плиты с двумя отверстиями - входным и сливным, причем в сливном отверстии установлен запорный вентиль, соединенный со сливным отверстием в корпусе, при этом ротор установлен на пробку так, что образует с ней торцовое уплотнение и выполнен в виде револьверного барабана с пробоотборными камерами цилиндрической формы, расположенными параллельно оси вращения ротора, в верхней части которых выполнены окна, в каждой камере установлен поршень, который в верхнем положении взаимодействует с профилированным кулачком, а в нижнем с пробкой.

РИСУНКИ