Устройство и способ защиты приборов для измерения давления и/или расхода влажных газов

Устройство и способ защиты приборов для измерения давления и/или расхода влажных газов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и предназначено для обеспечения работоспособности систем измерения и/или регулирования давления и/или расхода насыщенного влагой газа в вертикальных трубопроводах наземных систем сбора и добычи газа при отрицательных температурах окружающего воздуха.

Для измерения давления насыщенного влагой газа известно устройство, используемое для контроля за режимом работы скважин, содержащее вертикально размещенный патрубок, нижним концом подсоединенный к горизонтальному технологическому трубопроводу, на верхнем конце которого размещено запорное устройство, соединенное с манометром. Основным недостатком этого устройства является образование непроницаемой герметичной пробки в канале к манометру из льда или гидратов газа при отрицательной температуре окружающего воздуха (см., например, Гриценко А.И., Алиев З.С., Ермилов О.М., Ремизов В.В., Зотов Г.А. Руководство по исследованию скважин. - М.: Наука, 1995 г., с.17, 468, 502).

Известно также устройство для отбора газа, включающее соединительные линии и импульсные трубки, по которым давление газа передается в камеры манометров. При измерении давления влажного газа на соединительных линиях и импульсных трубках рекомендуется устанавливать отстойные сосуды. Основным недостатком этого устройства является образование герметичной ледяной или газогидратной пробки в канале к манометру при отрицательной температуре окружающего воздуха (см., например, ГОСТ 8.586.5-2005 ГСИ Измерение расхода и количества жидкостей и газов с помощью стандартных сужающих устройств. Часть 5. Методика выполнения измерений 6.2.3 Уравнительные (конденсационные) сосуды; 6.2.6 Способы защиты соединительных трубок при низкой температуре окружающей среды; 6.2.6.1 Для предохранения от замерзания жидкости в соединительных трубках при низкой температуре окружающей среды применяют обогреватели (электронагреватели, паровые змеевики и др.).

Способы защиты от действия низких температур выбирают в зависимости от конкретных условий.

Известен подогреватель газа, содержащий цилиндрический корпус, с патрубками подвода и отвода газа, соосно установленные внутри корпуса центральную трубу и термоэлектрический нагревательный элемент, содержащий защитный кожух, установленный с возможностью обеспечения между ним и нагревательным элементом гарантированного теплообмена (RU 82813 U1, 10.05.2009).

Однако при использовании такого устройства требуется подвод электроэнергии, увеличиваются энергозатраты, а, например, сбой подачи электричества или поломка термоэлектрического нагревательного элемента влечет за собой гидрато- или льдообразование.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является выбранное в качестве прототипа защитное устройство для приборов, измеряющих давление, содержащее конденсационную камеру, расположенную на вертикальном трубопроводе, в которой пары воды из газа конденсируются на ограниченной части внутренней поверхности камеры, охлаждаемой окружающим воздухом (SU 337673, 05.05.1972).

Недостатком известного устройства является образование в соединительных трубопроводах к измерительному прибору гидратных и ледяных пробок из-за того, что влажный газ, поступивший в отверстие, беспрепятственно поднимается к измерительному прибору вдоль теплой стенки корпуса и поступает в соединительные трубопроводы, в которых влага конденсируется, превращается в лед и газовые гидраты.

Предлагаемое изобретение направлено на уменьшение (исключение) энергозатрат на подогрев газа, а так же на повышение надежности и эффективности процесса путем предотвращения гидрато- и льдообразования.

Устройство защиты приборов для измерения давления и/или расхода влажных газов включает выполненный в виде полого цилиндра корпус с, по меньшей мере, одним отверстием. На корпусе установлен прилив, в верхней части которого расположен патрубок для подключения измерительного прибора. Также на корпусе внутри прилива, сверху и снизу размещены отражатели потока в виде пластин с дренажными отверстиями. Между отражателями потока на корпусе закреплена обечайка.

Ниже корпуса может быть расположена измерительная диафрагма, или труба Вентури, или сопло Вентури, или сужающее устройство другого типа, используемое для измерения расхода.

Патрубок для подключения измерительного прибора расположен параллельно корпусу. Измерительный прибор может быть подсоединен к патрубку с помощью отвода и импульсной трубки. Отвод по длине может иметь защиту в виде теплового экрана, а импульсная трубка размещена с уклоном от прибора к отводу.

На корпусе возможно расположение дополнительного прилива, диаметрально противоположного первому.

Приливы могут быть выполнены различными по длине. Размещение приливов на корпусе определяется конструкцией сужающего устройства (измерительная диафрагма, или труба Вентури, или сопло Вентури) и размерами трубопровода и приливов.

Для улучшения теплообмена с окружающей средой прилив может быть снабжен байпасным трубопроводом, который может быть выполнен с оребрением.

Отражатели потока размещают выше входа и ниже выхода байпасного трубопровода.

Под приливом, между отражателями на корпусе может быть закреплена, по меньшей мере, одна дополнительная обечайка.

Верхняя часть прилива с патрубком заключена в тепловой кожух, внутри которого на поверхности корпуса может быть выполнено оребрение. Тепловой кожух может быть выполнен разъемным.

В нижней части прилива под выходом из байпасного трубопровода возможно расположение технологических отверстий с заглушками.

Предлагаемое изобретение проиллюстрировано чертежами.

На фиг. 1 схематично показана часть трубопровода с установленным на нем защитным устройством для измерительных приборов.

На фиг. 2 схематично показано защитное устройство для измерительных приборов в разрезе.

На фиг. 3 показано сечение защитного устройства для измерительных приборов по А-А фиг. 2.

На фиг. 4 показано сечение защитного устройства для измерительных приборов по Б-Б фиг. 2.

На фиг. 5 схематично показано размещение технологических отверстий с заглушками.

На фиг. 6 показано сечение по В-В фиг. 5.

На фиг. 7 изображен общий вид защитного устройства.

На фиг.8 изображен общий вид защитного устройства (вид сбоку).

Устройство состоит из корпуса 1, выполненного в виде полого цилиндра, врезанного в вертикальный трубопровод. Корпус 1 содержит, по меньшей мере, одно отверстие 2 для выхода газа. На корпусе 1 размещен прилив 3. Возможно размещение второго, диаметрально противоположного прилива 3 (на чертежах показано именно такое расположение). При этом каждый из приливов 3 может быть снабжен байпасным трубопроводом 4. В верхней части приливов размещены патрубки 5 для присоединения измерительного прибора 15. На корпусе 1 внутри приливов 3 выше входа и ниже выхода байпасного трубопровода 4 размещены отражатели потока 6 в виде пластин с дренажными отверстиями 7. Между отражателями потока 6 на корпусе 1 закреплена, по меньшей мере, одна обечайка 8. В зависимости от температуры окружающей среды, размеров трубопровода и приливов возможно установление дополнительной обечайки 8 (на фиг. 2 отображены две обечайки) для улучшения циркуляции. Наружная поверхность байпасного трубопровода может быть выполнена с оребрением 9. Верхняя часть приливов 3 с патрубками 5 заключена в тепловой кожух 10, внутри которого на поверхности корпуса может быть выполнено оребрение 11. Тепловой кожух 10 может быть выполнен разъемным (разъемы на чертежах не показаны). Измерительный прибор 15 подсоединен к патрубкам 5 при помощи отвода 17 и импульсных трубок 16. Отводы 17 по длине имеют защиту в виде тепловых экранов 18, а импульсные трубки 16 размещены с уклоном от измерительного прибора 15 к отводу 17.

Ниже корпуса может быть расположено сужающее устройство 12, например, измерительная диафрагма, или труба Вентури, или сопло Вентури. При этом одно отверстие 2 расположено перед сужающим устройством, а второе отверстие 2 расположено в сужении, в канале с наименьшим диаметром. Размещение приливов на корпусе 1 определяется конструкцией сужающего устройства и размерами трубопровода и приливов 3.

В нижней части приливов 3, например, под выходом из байпасного трубопровода 4 располагаются технологические отверстия 13 с заглушками 14.

Устройство работает следующим образом (рассмотрим работу устройства с трубой Вентури и двумя приливами с байпасными трубопроводами).

По корпусу 1, включенному в вертикальный технологический трубопровод, сверху вниз движется поток влажного теплого газа, нагревающего поверхность корпуса 1. Через отверстия 2 в корпусе 1 газ, насыщенный влагой, поступает в полость приливов 3. Под приливами за счет теплообмена с окружающей средой, через поверхность приливов, происходит перемещение масс газа в результате конвекции.

Сквозь дренажные отверстия 7 отражателя 6 вдоль теплых поверхностей корпуса 1 и обечайки 8 газ поднимается, достигает байпасного трубопровода 4 и верхнего отражателя потока 6. Одновременно газ, находящийся у поверхности приливов 3, граничащей с окружающим воздухом, частично охлаждается и движется вниз. Поток теплого газа, поднявшись до отражателя потока 6, изменяет направление и движется вдоль его поверхности к охлаждаемой стенке прилива, а затем по ней вниз в байпасный трубопровод 4, где газ охлаждается до температуры окружающего воздуха. Из газа выпадает влага, которая стекает вниз, скапливается в нижней части приливов, а затем через отверстия 2 проходит в полость корпуса 1 и далее вниз по трубопроводу. Плотность газа при этом увеличивается. Из нижнего конца байпасного трубопровода 4 газ возвращается под прилив 3 и, достигнув верхней поверхности отражателя потока 6, смешивается с газом, находящимся у поверхности корпуса 1. В результате смешения с теплым газом и контакта с корпусом холодный газ нагревается и вдоль корпуса 1 опять поднимается вверх. Газ, находящийся выше отражателя потока 6 под концом прилива 3, перестает охлаждаться. Таким образом, конденсация влаги в верхней части прилива 3 исключается. Этот теплый газ из приливов 3 поступает в импульсные патрубки 5 и далее по отводам 17 и импульсным трубкам 16 на измерительные приборы, например дифманометр.

В случае, когда байпасный трубопровод отсутствует, поток теплого газа, поднявшись до отражателя потока 6, изменяет направление и движется вдоль его поверхности к охлаждаемой стенке прилива, а затем по внутренней стороне внешней стенки прилива 4 вниз. При этом газ охлаждается до температуры окружающего воздуха. Из газа выпадает влага, которая стекает вниз, скапливается в нижней части приливов, а затем через отверстия 2 проходит в полость корпуса 1 и далее вниз по трубопроводу.

Иногда возникает необходимость прочистки нижней части приливов 3 от скопившихся загрязнений, например песка. В данном случае вынимают заглушки 14 из технологических отверстий 13 в нижней части приливов 3 и производят прочистку с помощью; например, щупа. Также заглушки 14 вынимаются при необходимости измерения и осмотра внутренней поверхности сужающего устройства 12.

Обечайка 8 на поверхности корпуса 1 в полости прилива 3 способствует сохранению температуры газа выше, чем температура окружающего воздуха.

При использовании предлагаемого защитного устройства в комплекте с сужающим устройством (например, трубой Вентури) появляется возможность надежного измерения перепада давления на сужающем устройстве при отрицательных температурах окружающего воздуха с целью определения расхода газа. В этом случае на участке технологического трубопровода расположено сужающее устройство типа трубы Вентури с двумя технологическими отверстиями по ходу движения потока газа. Одно отверстие расположено перед сужающим устройством, а другое отверстие расположено в канале с наименьшим диаметром.

При использовании предлагаемого защитного устройства в патрубок 5 для соединения с измерительным прибором поступает только обезвоженная часть газа. В результате исключается образование глухих гидратных и ледяных пробок в каналах к, например; дифманометру и обеспечивается высокая работоспособность всей системы измерения расхода газа. Изобретение может быть эффективно использовано для измерения и/или регулирования давления и/или расхода насыщенного влагой загрязненного газа при отрицательных температурах окружающей среды.

1. Устройство защиты приборов для измерения и/или регулирования давления и/или расхода влажных газов, включающее выполненный в виде полого цилиндра корпус с, по меньшей мере, одним отверстием, на котором установлен прилив, в верхней части которого расположен патрубок для подключения измерительного прибора, а на корпусе внутри прилива, сверху и снизу размещены отражатели потока в виде пластин с дренажными отверстиями, при этом между отражателями потока на корпусе закреплена обечайка.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что ниже корпуса располагается устройство для измерения расхода.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что в качестве устройства для измерения расхода используют измерительную диафрагму, или трубу Вентури, или сопло Вентури.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что патрубок для подключения измерительного прибора расположен параллельно корпусу.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что измерительный прибор подсоединен к патрубку с помощью отвода и импульсной трубки.

6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что отвод по длине имеет защиту в виде тепловых экранов.

7. Устройство по п. 5 или 6, отличающееся тем, что импульсная трубка размещена с уклоном от прибора к отводу.

8. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что на корпусе имеется дополнительный прилив, расположенный диаметрально противоположно первому.

9. Устройство по п. 1 или 8, отличающееся тем, что прилив снабжен байпасным трубопроводом.

10. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что отражатели размещены выше входа и ниже выхода байпасного трубопровода.

11. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что приливы выполнены различными по длине.

12. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что байпасный трубопровод выполнен с оребрением.

13. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что внутри прилива, между отражателями на корпусе закреплена, по меньшей мере, одна дополнительная обечайка.

14. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что верхняя часть прилива с патрубком заключена в тепловой кожух.

15. Устройство по п. 14, отличающееся тем, что внутри теплового кожуха на поверхности корпуса выполнено оребрение.

16. Устройство по п. 14, отличающееся тем, что тепловой кожух выполнен разъемным.

17. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в нижней части прилива располагается технологическое отверстие с заглушкой.

18. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что в нижней части прилива под выходом из байпасного трубопровода располагается технологическое отверстие с заглушкой.

19. Способ защиты приборов для измерения и/или регулирования давления и/или расхода влажных газов, характеризующийся тем, что прибор оснащают устройством защиты по одному из пп. 1-18, и влажный газ перед подачей на прибор осушают путем подачи из корпуса в трубопроводе через отверстие в полость прилива и далее сквозь дренажные отверстия нижнего отражателя потока вдоль теплых поверхностей корпуса и обечайки до верхнего отражателя потока, где поток изменяет направление и движется вдоль поверхности верхнего отражателя потока к охлаждаемой стенке прилива, а затем по внутренней стороне внешней стенки прилива вниз, при этом газ охлаждается до температуры окружающего воздуха и из него выпадает влага, которую отводят через технологическое отверстие в трубопровод, а охлажденный газ смешивается с горячим, поднимается вверх и уже теплый осушенный газ подают по восходящему патрубку к прибору.