Патент на изобретение №2365437

(54) РАЗДЕЛИТЕЛЬ ЖИДКОСТЕЙ ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ ТРУБОПРОВОДА

(57) Реферат:

Разделитель жидкостей для диагностики трубопровода предназначен для использования в трубопроводном транспорте жидкостей и газов с целью определения наличия и расположения отложений и осадков по длине трубопровода. Разделитель состоит из множества шаров малого диаметра с различными плотностями, собранных с помощью эластичной сетчатой оболочки в форму шара с внутренним диаметром трубопровода, и диагностирующей части в виде датчиков расстояний и регистрирующего элемента. Датчики расстояний и регистрирующий элемент равномерно закреплены к внутренней стороне сетчатой оболочки. При продвижении разделителя по трубопроводу путем закачки в трубопровод жидкости с повышенной плотностью датчики расстояний с заданной периодичностью будут определять расстояния между собой и отправлять эту информацию в регистрирующий элемент. Функция регистрирующего элемента заключается в нахождении среднего значения расстояний между датчиками в течение времени прохождения разделителя по трубопроводу. В изобретении предложен принцип оценки внутреннего диаметра трубопровода и самого подвижного разделителя по степени его вытянутости в местах сужений трубопровода из-за наличия отложений. Разделитель обеспечивает простыми средствами повышение эффективности получения информации о количестве и местонахождения осадков и отложений в трубопроводе. 4 ил., 1 табл.

Разделитель жидкостей для диагностики трубопровода относится к области трубопроводного транспорта нефти, газа и нефтепродуктов и предназначен для диагностики внутреннего состояния трубопроводов.

При неблагоприятных условиях эксплуатации на внутренней поверхности трубопровода появляются осадки и отложения различных форм и объемов. Отложения сужают проходное сечение трубы, создают дополнительное сопротивление движению жидкости и газа. Это ведет к повышению давления перекачки флюидов, к уменьшению пропускной способности трубопровода.

Для выбора технологии очистки трубопровода необходимо решить две задачи: определить объем всех отложений и выяснить распределение этих отложений (местонахождение) по длине трубопровода.

Объем отложений определяется как разница между внутренними объемами чистого (нового) трубопровода и трубопровода с отложениями. Для определения последней величины необходимо вытеснить содержимое трубопровода другой жидкостью с замером объема этой закачиваемой жидкости. Для исключения смешения жидкостей между ними располагают разделитель, способный сужаться в местах отложений и восстанавливаться до прежних размеров на чистых участках трубопровода (см. патент РФ 2008992, 1994). Вторую задачу по определению местонахождения отложений заявленный разделитель не решает, так как не имеет диагностирующих и регистрирующих устройств.

Этот разделитель состоит из шаров малого диаметра с различными плотностями, собранных в шар с диаметром трубопровода с помощью эластичной оболочки. При прохождении сужений в трубопроводе этот шар будет значительно вытягиваться, а площадь поверхности оболочки будет увеличиваться, так как сфера обладает наименьшей поверхностью из фигур одного объема.

Мы предлагаем степень сужения и вытянутости разделителя жидкости для трубопровода по заявке оценивать по среднему расстоянию между датчиками, равномерно расположенными и закрепленными по внутренней поверхности сетчатой оболочки разделителя.

Целью изобретения является создание разделителя жидкости со способностью прохождения сужений в трубопроводе с изменением своей формы и запоминания в регистрирующем элементе видоизменения этих форм во времени.

Поставленная цель достигается тем, что известный разделитель жидкостей для диагностики трубопровода, состоящий из множества шаров малого диаметра с различными плотностями, собранных с помощью эластичной сетчатой оболочки в форму шара с диаметром трубопровода, дополнен следующей диагностирующей и регистрирующей аппаратурой – на внутренней стороне сетчатой оболочки расположены равномерно по ее площади датчики, способные с заданной периодичностью во времени определять расстояния между собой и передавать эту информацию в регистрирующий элемент, отличный от датчиков по форме и цвету и закрепленный также к внутренней стороне сетчатой оболочки с тем, чтобы форму оболочки, степень ее вытянутости во время прохождения разделителя по трубопроводу диагностировать по среднему расстоянию между всеми датчиками, определяемое по формуле

где R – среднее расстояние между датчиками;

Ri – расстояние между любыми двумя датчиками;

n – число датчиков.

Разделитель жидкостей для диагностики трубопровода в схематическом виде приведен для двух случаев: на фиг.1 – при движении по трубопроводу 5 с чистыми стенками, на фиг.2 – при движении по трубопроводу с местным сужением из-за интенсивных кольцевых отложений 6.

Заявленный разделитель состоит из шаров 1 с различной плотностью, эластичной сетчатой оболочки 2, датчиков расстояний 3, равномерно расположенных по площади оболочки 2, регистрирующего элемента 4.

На внутренней стороне сетчатой оболочки 2 равномерно по ее площади фиксируют n датчиков расстоянии. Всего расстояний между двумя любыми датчиками будет n²-n, так как нулевые расстояния от датчика до себя самого из рассмотрения исключаются как незначащиеся. Регистрирующий элемент 4 с заданной периодичностью во времени будет собирать все n²-n расстояний Ri и определять их среднее значение R по формуле (1) и запоминать эту информацию во времени.

Диагностика трубопровода 5 по наличию и расположению отложений 6 по длине трубопровода с помощью заявленного разделителя заключается в сопоставлении динамики параметра R во времени с такими параметрами, как расход закачиваемой жидкости и время продвижения разделителя по трубопроводу.

Разделитель продвигается по трубопроводу с помощью энергии закачиваемой в трубопровод жидкости. Для облегчения расчетов и интерпретации полученной информации от регистрирующего элемента 4 необходимо закачку жидкости вести с постоянным расходом. В чистом трубопроводе скорость движения разделителя будет меньшей, чем при движении по трубопроводу с отложениями из-за разницы в проходном сечении трубопровода.

Рассмотрим характеристики движения разделителя в условном нефтепроводе длиной 10 км и начальным внутренним диаметром 200 мм. Первая половина трубопровода является чистой, а вторая – сужена за счет кольцевых асфальтосмолистых и парафиновых отложений (АСПО) до диаметра 100 мм. Продвижение разделителя по трубопроводу ведется закачкой жидкости с повышенной плотностью и с постоянным расходом в 30 м³/час.

На сетчатой оболочке разделителя равномерно закреплены 6 датчиков расстоянии.

Для наглядности исходные данные и результаты расчетов даны в таблице 1. После прохождения разделителя по трубопроводу из регистрирующего элемента 4 извлекаются значения R во времени с заданной периодичностью. График зависимости среднего расстояния между датчиками R от времени Т для условного трубопровода дан на фиг.3.

Для перевода параметра R в искомый параметр D – диаметр сечения трубопровода и разделителя необходимо расчетным или аналитическим путем построить зависимость R от D. Зависимость, представленная на фиг.4 построена исходя из 3-х условий:

– объем разделителя не меняется и равен 4,19 литрам;

– на поверхности разделителя равномерно закреплены 6 датчиков расстояний;

– при сужении трубопровода разделитель вытягивается в форму цилиндра.

Полученная информация интерпретируется в следующей последовательности:

1. Трубопровод имеет два участка с разными R: R₁ и R₂. Из графика R=f(D) находим диаметры сечений для первого (начального) и второго участков трубопровода: D₁=200 мм и D₂=100 мм.

2. Время прохождения разделителем первого участка равно 5,24 часа, за это время этот чистый от отложений участок заполнится закачиваемой жидкостью в объеме 157 м³ (5,24×30), это соответствует трубопроводу длиной 5000 м.

3. Время прохождения разделителем второго участка с АСПО равно 1,30 часа. За это время в трубопровод будет закачено 39 м³ жидкости (1,3×30). Это и будет внутренним объемом второго участка.

4. Разница между внутренним объемом чистого трубопровода и трубопровода с отложениями даст нам объем отложений (АСПО): 119 м³ (157-39).

На примере условного трубопровода показана технология применения заявленного разделителя жидкостей для диагностики наличия и местоположения отложений по длине трубопровода. На наш взгляд, предложен новый подход к оценке формы разделителя с помощью среднего расстояния между точками (датчиками), равномерно расположенными по площади поверхности разделителя. Этот параметр имеет минимальное значение при стремлении формы разделителя к шару и растет при растяжении разделителя в форму эллипса и цилиндра.

Эффективность использования предложенного разделителя заключается в получении доступным путем информации о наличии, количестве и местоположении осадков и отложений в эксплуатирующемся трубопроводе. Эта информация поможет в принятии оптимальных решений по технологии удаления этих отложений и экономической целесообразности предложенных технологий.

Параметры прохождения разделителя по двум участкам условного трубопровода
п/п	Параметр	Чистая половина трубопровода	Вторая половина трубопровода с отложениями	Весь трубопровод
1.	Длина, км	5	5	10
2.	Внутренний диаметр, мм	200	100	200 и 100
3.	Объем трубопровода для заполнения жидкостью, м3	157	39	196
4.	Объем отложений, м3	0	118	118
5.	Расход закачиваемой жидкости (постоянный), м3/час	30	30	30
6.	Время прохода разделителя по участку, час	5,23	1,30	6,53
7.	Параметры разделителя при прохождении участка:
7.1.	Объем (постоянный), литр	4,19	4,19	4,19
7.2.	Диаметр, мм	200 (шар)	100 (цилиндр)	200 и 100
7.3.	Длина, мм	200(шар)	534(цилиндр)	200 и 534
8.	Число датчиков расстояний(постоянное)	6	6	6
9.	Среднее расстояние между датчиками, см	15,31	21,25	15,31 и 21,25

Формула изобретения

Разделитель жидкостей для диагностики трубопровода, состоящий из множества шаров малого диаметра с различными плотностями, собранных с помощью эластичной сетчатой оболочки в форму шара с диаметром трубопровода, отличающийся тем, что на внутренней стороне сетчатой оболочки расположены равномерно по ее площади датчики, способные с заданной периодичностью во времени определять расстояния между собой и передавать эту информацию в регистрирующий элемент, отличный от датчиков по форме и цвету, также закрепленный к внутренней стороне сетчатой оболочки с тем, чтобы форму оболочки, степень ее вытянутости во время прохождения разделителя по трубопроводу диагностировать по среднему расстоянию между всеми датчиками, определяемое по формуле

где R – среднее расстояние между датчиками;
Ri – расстояние между любыми двумя датчиками;
n – число датчиков.

РИСУНКИ