разделитель жидкостей для трубопровода

Формула изобретения

Разделитель жидкостей для трубопровода, состоящий из эластичного шара, отличающийся тем, что шар собран из множества маленьких шаров одного диаметра, но с различной плотностью с помощью эластичной сетчатой оболочки в форме сферы, часть шаров имеют плотность , меньшую чем ₁, часть - большую чем ₂, основная часть шаров имеет промежуточную плотность: _{1 2}, где ₁ и ₂ - плотности наиболее легкого и тяжелого флюидов при раздельной перекачке жидкостей по трубопроводу.

Описание изобретения к патенту

Разделитель жидкостей для трубопроводов относится к области трубопроводного транспорта нефти, газа и нефтепродуктов и может быть использован 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.

При значительном сужении проходного сечения трубопровода из-за массивного отложения солей, асфальтенов, смол, парафинов, гидратов и механических примесей необходимо оценить объем этих отложений для выбора марки растворителя и его объемов исходя из результатов предварительных лабораторных исследований.

Объем отложений определяется как разница между объемами чистого 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.

Известен способ очистки внутренней полости газопровода по патенту РФ №2176568 (опубл. 10.12.2001 г.), заключающийся в проталкивании газом по трубопроводу гелеобразного вязкоупругого поршня, состоящего из двух частей, значительно отличающихся по плотности. Поршень предназначен для очистки трубопровода от мехпримесей, воды и конденсата. При использовании гелеобразного поршня в качестве разделителя двух жидкостей в трубопроводе возможно его разрушение из-за непрерывного растворения частей поршня в жидкостях трубопровода, например в воде. Не исключено проскальзывание (выдавливание) второй менее плотной части поршня через первую часть при встрече значительной массы грязи и ее адгезии с нижней образующей трубопровода. Кроме всего этого перед использованием гелеобразного поршня необходимо иметь в наличии и потратить специальные физико-химические компоненты и время для приготовления обеих частей поршня.

В трубопроводном транспорте известен разделитель шаровой резиновый по ГОСТ 21218-75 (Издательство стандартов, 1982 г.), предназначенный для разделения нефтепродуктов различных марок, очистки трубопроводов от парафиновых отложений, строительного мусора и воды. По ГОСТу изменение геометрической формы разделителя не должно превышать 1% от первоначального диаметра, поэтому такой шар не сможет уменьшать свое сечение при входе в суженное место трубопровода. Встретив зону интенсивных отложений, такой шаровой разделитель может остановиться или продвигаться вперед, сдирая отложения от поверхности трубопровода и собирая их впереди себя. В обоих случаях давление в трубопроводе между шаром и областью закачки будет расти с возможностью разрушения целостности трубопровода.

Целью заявляемого изобретения является создание разделителя жидкостей со способностью заполнять все сечение трубопровода при изменении его диаметра из-за наличия отложений и других местных сужений. Такой разделитель должен проходить места сужений без разрушения осадков с максимальным касанием поверхности отложений и зон чистого трубопровода для исключения послойного течения закачиваемой жидкости выше или ниже вытесняемой из трубопровода жидкости.

Поставленная цель достигается тем, что разделитель жидкостей для трубопровода в форме эластичного шара преобразован во множество маленьких шаров одного диаметра, но с различной плотностью с помощью эластичной сетчатой оболочки в форме сферы, часть шаров имеют плотность , меньшую, чем ₁, часть - большую, чем ₂, основная часть шаров имеет промежуточную плотность: _{1 2}, где ₁ и ₂ - плотности наиболее легкого и тяжелого флюидов при раздельной перекачке жидкостей по трубопроводу.

Эластичная сетчатая оболочка служит для группирования этих маленьких шаров в форме большого шара внутри трубопровода, поэтому размер отверстий сетчатой поверхности должен быть меньше, чем диаметр маленьких шаров, для исключения их выпадания за пределы сетчатой сферы.

Разделитель жидкостей в схематичном виде приведен для двух случаев: на фиг.1 - при движении по трубопроводу 3 с чистыми стенками, на фиг.2 изображена последовательность прохождения разделителя области трубопровода с интенсивными отложениями.

Разделитель жидкостей для трубопровода состоит из шаров 1 с различной плотностью и эластичной сетчатой оболочки 2. Пространство между шарами 1 через отверстия оболочки 2 всегда будет заполнено жидкостью и газом с плотностями от минимальной ₁ до максимальной - ₂. Расположение жидкостей в трубопроводе с плотностями ₁ и ₂ при последовательной перекачке разносортных нефтепродуктов в зоне разделителя может быть послойным. Таким образом, все шары, сгруппированные сферической оболочкой 2, будут находиться в газожидкостной среде с плотностью ₁÷ ₂. Часть шаров в такой среде всплывут до верхней образующей трубы, часть утонут до нижней образующей трубы, а большинство шаров займут промежуточное положение.

Сочетание двух факторов - совокупность шаров с плотностями в широком диапазоне и их единая эластичная сетчатая поверхность в форме сферы дает новое техническое решение - разделитель жидкостей будет полностью перекрывать сечение трубопровода даже при изменении этого сечения при вытеснении газожидкостного состава трубопровода более плотной жидкостью, например высокоминерализованной водой или глинистым раствором с повышенной плотностью и вязкостью.

По фиг.2 рассмотрим последовательность прохождения разделителя через зону трубопровода со значительными отложениями 4. При столкновении с такой зоной первыми в суженную область войдут шары с наименьшей плотностью ввиду их относительно малой сопротивляемости скоростному потоку закачиваемой жидкости (большей подвижности относительно других шаров). Момент вхождения разделителя в сужение изображен позицией 5 фиг.2. Разделитель приобретает грушевидную форму за счет возросшего перепада давления до и после разделителя, свободного нахождения шаров в оболочке и значительной эластичности самой оболочки. По суженной части трубопровода разделитель будет перемещаться закачиваемой жидкостью в форме вытянутого эллипсоида (фиг.2, поз.6). В момент выхода разделителя из области сужения первыми в зоне чистой трубы появятся «легкие» шары с < ₁. Эти шары под действием силы Архимеда устремятся к верхней образующей трубопровода, а появившиеся из концевой части разделителя «тяжелые» шары с < ₂ займут положение в нижней образующей трубопровода (фиг.2, поз.7). Таким образом в зоне трубопровода без отложений заявленный разделитель жидкостей приобретет форму, максимально приближенную к сферической. Такая форма разделителя определяется двумя факторами: действием на шары с различной плотностью силы Архимеда и самой формой сетчатой оболочки.

За счет свободного нахождения в газожидкостной среде (ГЖС) шаров с различной плотностью, в том числе с большей и меньшей плотностью, чем плотности компонент ГЖС, достигается два положительных эффекта во время перекачки.

1. Постоянное перекрытие проходного сечения трубопровода разделителем жидкостей.

2. Подвижность разделителя, его способность вытягиваться в местах сужений трубопровода.

Благодаря этим свойствам достигается необходимый для диагностики трубопровода технический результат - разделитель жидкостей служит граничным указателем (репером) между вытесняемой и закачиваемой жидкостями.

Разделитель жидкостей применяется в следующем порядке.

1. Исследуемый участок трубопровода, находящийся, как правило, на определенной глубине под землей, разряжается от избыточного давления. Концы трубопровода закрываются задвижками и снабжаются отводами с задвижками для запуска и выхода разделителя. Проходное сечение этих отводов должно соответствовать внутреннему диаметру исследуемого трубопровода. Под отводом для выхода разделителя должны находиться решетка для задержания разделителя и емкость для сбора вытесненной жидкости трубопровода.

2. При большом содержании в трубопроводной жидкости механических примесей трубопровод промывается с большой скоростью пресной водой с добавлением ПАВ для улучшения ее отмывающей способности.

3. В предварительно очищенный от подвижных осадков трубопровод через отвод запускается разделитель жидкостей, насосным агрегатом подается жидкость (минерализованная вода, глинистый раствор) с плотностью, превышающей плотность наиболее тяжелого флюида в трубопроводе. Ведется учет расхода закачиваемой жидкости.

4. Под действием перепада давления разделитель проходит исследуемый трубопровод, находясь при этом между закачиваемой и вытесняемой жидкостями.

5. После выхода разделителя из приемного отвода он задержится на решетке над емкостью. В этот момент фиксируется объем закаченной в трубопровод жидкости.

Разница между этим объемом и объемом чистого трубопровода составит объем отложений из асфальтенов, смол, парафинов, различных солей и мехпримесей, имеющих сильную адгезию со стенками трубопровода.

В отличие от различных видов скребков, шаров и вязкопластичных составов предложенный разделитель жидкостей прост в изготовлении. Применение разделителя не влечет внезапного повышения давления в трубопроводе из-за его остановки перед сужением в трубопроводе.

Технико-экономическая эффективность от использования разделителя складывается от экономии материальных средств и времени при диагностике и восстановлении пропускной способности трубопроводов с отложениями.