Противопомпажные клапаны

Счетчики

Для учета количества жидкостей, протекающих по трубопроводам применяются скоростные и объемные счетчики. Работа счетчиков характеризуется следующими показателями:

1) диаметром условного прохода входного патрубка (в мм.)

2) характерным расходом - условной величиной, соответствующей количеству протекающей через счетчик среды (в м³/ч) при потери напора в счетчике равной 10 м вод, ст.;

З) верхним пределом измерения - максимальным кратковременным расходом (в м³/ч), при котором погрешность показаний и потеря напора не выходят за пределы, установленные для данной конструкции прибора;

4) нижним пределом измерения - минимальным расходом (в м³/ч), при котором погрешность показания счетчика не превышает допустимой;

5) емкостью — наибольшим количеством среды, которое может быть отсчитано счетчиком (в м³)

Скоростные счетчики Принцип действия скоростных счетчиков основан на измерении числа оборотов крыльчатки, приводимой в движение струей среды, протекающей через прибор. Скорость вращения крыльчатки (вертушки) пропорциональна скорости протекания среды, а так как сечение трубопровода постоянно, то следовательно, и количеству протекающей среды. Число оборотов крыльчатки суммируется счетным механизмом счетчика, соединенным передаточным механизмом с осью крыльчатки и дающим показания в объемных единицах. Скоростные счетчики выпускаются с горизонтальным и вертикальным расположением крыльчатки и применяются в основном как водомеры.

Объемные счетчики. В объемных счетчиках измеряемая среда, заполняя некоторый объем, приводит в движение поршень, диск, шестерни или другие подобные элементы, соединенные со счетным механизмом. Количество измеряемой среды Q, замеренной счетчиками, определяют объемом его рабочей камеры q, умноженным на число циклов n (ходов поршня, качаний диска, оборотов шестерни) работы счетчика, т. е.

Q=nq

Объемные счетчики выпускаются поршневыми, дисковыми, с овальными шестернями и ротационные.

На нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводах нашли применение поршневые объемные счетчики мазутомеры типа МП. Основными частями счетчика являются гидродвигатель и суммирующая головка. Двигатель преобразует величину объема протекающей через него жидкости в пропорциональное этому объему число оборотов выходного валика, которое суммируется счетчиком. Мгновенное значение расхода измеряется тахометром, расположенным, как и счетчик, в суммирующей головке. Верхний предел измерений равен 4000 л/ч при условном диаметре прохода 30 мм. Вязкость среды может находиться в пределах 3—12° по Энглеру.

Для измерения небольших количеств чистых жидкостей, таких, как бензина, жидких углеводородов в т. п., находят применение дисковые объемные счетчики БД-40 и СД-100. Действие их основано на отсчете определенных объемов жидкости, пропускаемой через счетчик за каждое полное колебательное движение диска, вызываемое действием разности давлений жидкости в трубопроводе до и после счетчика. Движение диска через передаточный механизм переда роликовому и стрелочному счетным указателям.

Схемы объемных счетчиков;

а- счетчик БД; б- счетчик с овальным шестернями.

 

Схема счетчика БД показана на рис.- а. Измеряемая жидкость поступает в мерную камеру счетчика через входной патрубок и сетчатый фильтр 1. Мерная камера состоит из двух конусов, обращенных своими вершинами навстречу друг другу. В центре мерной камеры расположен шар, с которым жестко скреплен диск 2, находящийся в среднем сечении шара. Таким образом, диск разделяет мерную камеру на две полости: одну, обращенную навстречу потоку, и вторую — на выходе потока. В выходной патрубок жидкость может пройти только обтекая опорный шар и толкая перед собой диск 2. На опорном шаре закреплен стержень 4, который обкатывается по неподвижному конусу З. Под давлением жидкости, поступающей во входную часть мерной камеры, диск приходит в колебательное движение, заставляя стержень 4 шара обкатываться вокруг конуса З. При этом стержень вращает поводок, соединенный с передаточным механизмом (на схеме не показан), и через ось, проходящую внутри сальника, приводит в действие счетный механизм. За одно полное колебание диска и шара через прибор протекает количество жидкости, равное мерному объему камеры.

Роликовый счетный механизм предназначен для учета общего количества жидкости, а стрелочный — для указания количества жидкости за каждый отдельный измеренный объем.

Верхний предел измерений счетчика БД-40 с калибром диаметром входного патрубка 40 мм составляет 10 м³, а СД-100 с диаметром 100 мм — 50 м³/час

Из объемных счетчиков с овальными шестернями для измерения вязких и маловязких жидкостей, таких, как мазут, смазочные масла, бензин, керосин и т. п., на нефтеперерабатывающих заводах находят применение счетчики жидкостные шестеренчатые типа СВШ.

Действие такого счетчика основано на отсчете определенных объемов жидкости, заключенных между двумя овальными шестернями, вращающимися в измерительной камере под действием разности давлений жидкости в трубопроводе до и после счетчика. Учет жидкости, прошедшей через счетчик, основан на отсчете числа оборотов овальных шестерен. Счетчик имеет роликовый и стрелочный указатели.

Схема счетчика показана на рис. - б. В измерительной камере 1 установлены овальные шестерни 2, которые вращаются при поступлении в камеру жидкости. При повороте шестерен последние выталкивают отмеренную ранее в серпообразном пространстве 3 порцию жидкости. За полный оборот шестерен через счетчик проходят четыре измеренных объема.

Выпускаются счетчики СВШС-40 и СВШБ-16/40 с диаметром входного патрубка 40 мм и номинальным расходом на бензин соответственно 14000 л/ч и 6500 л/ч, а для нефтепродуктов СВШБ-16/40на 5000 л/ч. Счетчики могут измерять расход бензина при температурах от -30 до +40 °С, а нефтепродуктов- от 0 до +60 °С. Ротационные счетчики в процессах нефтепереработки и нефтехимии почти не применяются.

 

7. ИЗМЕРЕНИЕ РАСХОДА ПАРА И Г. ОБЪЕМНЫЕ РАСХОДОМЕРЫ.

Измерение расхода протекающей по трубопроводу газа или пара за определенный отрезок времени или в каждый данный момент имеет большое значение для учета газа и пара при отпуске их, а также для контроля и регулирова­ния технологических процессов бурения, добычи, транспорта и переработки нефти и газа. Объем или масса газа добываемого из каждой скважины, является не только учетным фактором, но представляет собой важнейший параметр, по кото­рому определяют ход разработки нефтяного месторождения и геолого-техническое состояние данной скважины. Режим эксплуа­тации газокомпрессорной скважины определяется объемом веще­ства и давлением, под которым в нее подается рабочий агент.

Измерение расхода сырья, полуфабрикатов, реагентов и целе­вых продуктов является важнейшим условием управления тех­нологическим процессом переработки нефти и газа.

Расходом вещества называется объем или масса ве­щества, проходящего через данное сечение канала в единицу вре­мени. В зависимости от применяемых единиц определяют расход объемный или массовый. Приборы для измерения расхода назы­ваются расходомерами. Интегрирующие приборы для измерения объема или массы называются счетчиками.

В соответствии с определением единицами расхода в системе единиц СИ будут м3/с и кг/с. Иногда расход определяют также в м3/ч, л/с, кг/ч, т/ч.

По принципу действия расходомеры можно разделить на сле­дующие группы: объемные, переменного перепада давления, по­стоянного перепада давления, переменного уровня, тахометрические, скоростные, инерционные, электромагнитные, ультразву­ковые и радиоактивные.

Объемные расходомеры

Принцип действия объемных расходомеров основан на перио­дическом или непрерывном отсчете порций измеряемого вещества прибором, имеющим измерительную камеру определенного объема. Расход вещества за любой промежуток времени является суммой измеренных объемов, отнесенных к определенному периоду вре­мени: Q=n∙q/(t₂-t₁), где q - объем измерительной камеры прибора; п - число изме­ренных объемов; (t₂- t₁) - промежуток времени, в течение кото­рого производились измерения.

Простейшим объемным прибором для измерения объема ве­щества является мерный бак или мерник. Мерник представляет собой сосуд любого поперечного сечения, имеющий устройство для измерения уровня вещества (мерную линейку, водомерную трубку со шкалой, поплавковое устройство и т. п.). Точность измерения расхода жидкости мерником зависит от цены деления шкалы и от отношения высоты мерника к его диаметру. Чем это отношение больше, тем выше точность измерения.

Рис. 9.1. Объемный счетчик СВШ с овальными шестернями

На рис. 9.1 показана схема работы объемного счетчика СВШ с овальными шестернями. Шестерни размещены внутри пустотелого закрытого корпуса на двух параллельных осях. Ось одной из шестерен вращает счетный механизм, расположенный снаружи крышки. Поверхности шестерен должны как можно ближе прилегать к поверхности корпуса, так как от этого зависит точность измерения. При протекании жидкости через измерительную камеру под дейст­вием разности давлений на входе и выходе возни­кает вращающий момент, обусловленный овальной формой шестерен. При каждом обороте шестерни подают определенный объем жидкости из входной полости камеры в выходную. Следовательно, объем­ное количество жидкости, протекающей через счет­чик, равно произведению измерительного объема камеры на число оборотов шестерен. Таким образом, измерение объема жидкости сводится к измерению числа оборотов. За время одного рабочего цикла из измерительной камеры вытесняются четыре серпообразных объема (заштрихованы), которые и составляют измери­тельный объем камеры.

Такие счетчики выпускаются для измерения объема воды, лег­ких нефтепродуктов и масел. Калибр выпускаемых счетчиков от 12 до 250 мм, предел измерения от 0,01 до 250 м³/ч. Погрешность измерения ±0,5 - 1,0%.

На таком же принципе работают ротационные газовые счетчики, в которых вместо шестерен на двух горизонтальных параллельных осях расположены два овальных гладких ротора, соприкасающихся друг с другом и с внутренней поверхностью корпуса. Вал одного из роторов, выведенный наружу, приводит в движение счетный механизм. Предел измерения выпускаемых ротационных газо­вых счетчиков до 600 м³/ч. Погрешность измерения ±2%.

К объемным расходомерам относятся также лопастные, кото­рые применяются для измерения светлых нефтепродуктов и дру­гих продуктов нефтепереработки. Различ­ные конструктивные схемы этих приборов основаны на общем принципе измерения проходящей через него жидкости путем периодического отсечения определенных объемов выдви­гающимися лопастями. Основным недостатком этих схем является непо­средственный контакт поверхностей измерительной камеры с ло­пастями, что приводит к их интенсивному износу и, как следствие, потере метрологических качеств счетчика.

Количество жидкости, измеренное прибором, зависит от объема измерительной камеры q и числа оборотов п рабочего органа: Q=q∙n

 

8. Расходомеры переменного перепада давления.

Метод измерения расхода по переменному перепаду давления наиболее универсален, так как он позволяет измерять расход жидкостей газов и пара, протекающих в трубопроводах, практически при любых давлениях и температурах.

Измерение расхода связано с движением измеряемого вещества. Вследствие этого неизбежна взаимосвязь между массой вещества и ее энергетическим состоянием, характеризуемым переходом энергии покоя (запаса энергии), т.е. статического давления, в энергию движения - кинетическую энергию. Эта связь выражается в изменении статического давления, необходимого для придания потоку дополнительной скорости при преодолении сопротивления на пути потока.

Для измерения расхода в трубопроводе на пути потока устанавливают сужающее устройство (дроссельный орган).

Разность давлений до и после сужающего устройства служит мерой скорости потока в сужающем устройстве. Зная скорость потока и площадь поперечного сечения потока, можно определить расход:

Q=wF₀, где w - скорость потока в сужающем устройстве; F₀ – площадь поперечного сечения сужающего устройства.

Формула, определяющая зависимость между скоростью потока и разностью давлений, выводится с использованием уравнения энергии потока несжимаемой жидкости и условия неразрывности струи и имеет следующий вид:

где m=d²/D² – отношение квадратов диаметров дроссельного органа и трубопровода; m - коэффициент сужения струи; x - коэффициент, учитывающий место подключения импульсных трубок; r - плотность жидкости; р₁ и р₂ – давление до и после дроссельного органа.

Подставив в первую формулу значение w получим:

Q=mwF₀=

где F₀ – площадь поперечного сечения сужающего устройства.

Величину

Называют коэффициентом расхода, который учитывает неравномерное распределение скоростей по сечению потока, обусловленное вязкостью жидкости и трением ее о стенки трубопровода, форму сужающего устройства, а также тот факт, что давление измеряют не в центре потока, а у стенок трубопровода.

Коэффициент расхода для различных типов сужающих устройств определяется опытным путем.

Уравнение расхода для несжимаемой жидкости в объемных и массовых единицах будут иметь вид:

;

При изменении расхода сжимаемых сред (газов и паров) необходимо в эти 2 формулы ввести поправочный множитель e, (коэффициент расширения), учитывающий расширение измеряемой среды:

;

Так как при понижении давления при прохождении вещества через сужающее устройство плотность вещества уменьшается, принимается плотность среды перед сужающим устройством.

Коэффициент расхода, определяемый опытным путем, зависит от числа подобия R_e -величины, связывающей геометрические данные потока, силы инерции (кинетической) и силы вязкости (работы сил внутреннего трения жидкости):

,

где w-средняя скорость среды в трубопроводе; D-внутренний диаметр трубопровода;

m-коэффициент динамической вязкости; n=m/r-коэффициент кинематической вязкости.

Параметр подобия R_e-величина безразмерная.

При больших числах подобия коэффициенты расхода дроссельных органов становятся постоянными, т.е. не зависят от скорости, вязкости и плотности протекающего вещества.

Число подобия, при котором прекращается эта зависимость, называется предельным числом подобия Re_пред. Оно зависит от формы сужающего устройства и величины m. Геометрически подобные сужающие устройства имеют одно и то же значение Re_пред.

Коэффициент расхода для данного сужающего устройства является постоянной величиной только при условии: Re³Re_пред, поэтому для определения исходного коэффициента расхода необходимо знать величину Re.

Вычислив постоянные величины и приведя к единице измерения расхода, получаем: ,

где коэффициент С включает все величины, постоянные для данной установки и не изменяющиеся в процессе измерения.

В комплект установки для измерения расхода по переменному перепаду давления входят: сужающее устройство, соединительные линии (импульсные трубки), дополнительные устройства (разделительные сосуды, отстойники, конденсационные сосуды) и измерительный прибор – дифференциальный манометр.

Существует 3 типа нормализованных сужающих устройств: нормальные диафрагмы, нормальные сопла и нормальные трубы Вентури. Вследствие простоты устройства и монтажа наибольшее распространение получили сужающие устройства типа нормальной диафрагмы.

Нормальная диафрагма представляет собой тонкий металлический диск, имеющий концентрическое отверстие с острой кромкой и цилиндрической частью со стороны входа.

Образующая цилиндрической части отверстия перпендикулярна к плоскости диска, образующая конической части имеет угол наклона к плоскости диска 30-45°.

Для диафрагм диаметром d<150 мм кромка со стороны входа должна быть острой, без завалов и заусенцев. Для диафрагм диаметром d>150 мм допускается легкая шлифовка входной кромки наждачной бумагой.

Толщина нормальной диафрагмы должна быть 0,1D, длина цилиндрической части отверстия – 0,02D. Диаметр отверстия цилиндрической части диафрагмы изготовляется с допуском ±0,001d.

Нормальные диафрагмы могут быть камерные и с отдельными сверлениями. Диафрагмы изготовляют из нержавеющей Х17 (для среды с температурой до +400° С) и из стали Х18Н9Т (для среды с температурой свыше +400° С).

На одной из торцевых поверхностей диска должны быть указаны заводской номер, диаметр отверстия истечения в мм, внутренний диаметр трубопровода в мм, знаки “+” на камере перед диском и “-“ на камере за диском (по направлению потока).

На цилиндрической поверхности обеих камер должна быть нанесена стрелка, показывающая направление потока. Эта стрелка служит ориентиром при сборке камер.

Маркировку на диски и камеры наносят электрографом, способом ручной гравировки или другим способом, не вызывающим повреждения поверхности деталей диафрагм. Нормальная диафрагма устанавливается между фланцами трубопровода. Диафрагма крепится двумя кольцевыми камерами. Камеры снабжены кольцевыми выточками, сообщающимися с сечением трубопровода до и после диафрагмы за счет зазоров. Кольцевые выточки специальными сверлениями соединены с трубками.

 

9. РАСХОДОМЕРЫПОСТОЯННОГО ПЕРЕПАДА ДАВЛЕНИЯ.

У приборов этого типа измеряемое вещество (жидкость или газ) проходит непосредственно через расходомер, причем площадь проходного отверстия изменяется в зависимости от расхода; перепад давления при прохождении веще­ства через расходомер остается постоянным.

Измерительная часть прибора (рис. 7.5) представляет собой вертикально располо­женную трубку 1, в которой находится по­плавок 2. Перепад давления при протекании через коническую трубку жидкости, разность дав­лений до и после поплавка определяются весом поплавка и его геометрической фор­мой. Поскольку эти параметры при измере­нии расхода не меняются, перепад давления остается постоянным. При постоянном перепаде давления пло­щадь кольцевого сечения между внутрен­ними стенками конической трубки и по­плавком пропорциональна количеству жид­кости, протекающей в данный момент (расходу).

­

В конической трубке площадь кольцевого сечения изменяется пропорционально высоте. Следовательно, поплавок изменяет свое положение по высоте в зависимости от расхода.

Формулы объемного и массового расходов имеют вид: ,

где α - коэффициент расхода; φ - угол конусности измерительной трубки; Н - высота подъема поплавка; ρ - плотность измеряемого вещества; m_п - масса поплавка.

Выразив все постоянные для данной измерительной установки величины коэффициентов С, можно записать формулу в виде: Q = CH.

Существующие расходомеры постоянного перепада давления можно разделить на две основные группы: расходомеры со свободно перемещающимся погруженным поплавком и расходомеры с по­груженным цилиндрическим поршнем. Наиболее широко приме­няют в технике приборы первой группы, которые известны под названием ротаметры. По способу передачи показаний ротаметры выпускаются следующих видов: стеклянные с непосредственным отсчетом показаний, бесшкальные с электрическим датчиком, бес­шкальные с пневматическим датчиком.

Устройство ротаметра со стеклянной трубкой: ротаметр состоит из конической трубки, закрепленной в двух металлических головках, снабженных сальниками и фланцами для включения в вертикальный трубопровод. Головки стянуты несколькими тягами, образующими вместе с поперечи­нами защитную решетку вокруг стеклянной трубки. Внутри трубки свободно перемещается поплавок. В нижней головке имеется седло, на которое опускается поплавок при прекращении потока. Верхняя головка снабжена ограничителем хода поплавка. Седло и ограничитель хода удерживают поплавок в пределах изме­рительной трубки. Шкала прибора нанесена (травлением) непосредственно на поверхность стеклянной трубки. Отсчет ве­дется по верхней горизонтальной плоскости поплавка.

Для того чтобы в процессе измерения поплавок не касался стенок трубки и находился в центральной части потока, в верхней части поплавка делают косые прорези. Движущийся поток изме­ряемой жидкости, проходя по косым прорезям поплавка, вращает последний, благодаря чему поплавок центрируется в трубке. Об исправной работе ротаметра можно судить по вращению по­плавка.

Ротаметры со стеклянной трубкой выпускают на пределы изме­рений по воде до 3000 л/ч и по воздуху - до 40 м³/ч. Предельное статическое давление 0,58 МПа (6 кгс/см²). При более высоких статических давлениях применяют приборы с металлической изме­рительной трубкой.

На рис. 7.7 показана принципиальная схема ротаметра типа РЭД с электрической дифференциально-трансформаторной пере­дачей показаний на расстояние. Измерительная часть представляет собой металлический корпус 1 с диафрагмой 2, внутри ко­торой перемещается поплавок 3, жестко насаженный на шток 4. На верхней части штока закреплен сердечник 5 дифференциально-трансформаторного преобразователя. Сердечник перемещается внутри разделительной трубки 6, снаружи которой находится катушка датчика. Эти ротаметры рассчитаны на статическое да­вление до 6,27 МПа. Пределы измерения по воде до 16 000 л/ч.

 

10. ИЗМЕРЕНИЕ УРОВНЯ ЖИДКОСТЕЙ В ЕМКОСТЯХ И СКВАЖИНАХ. ВИДЫИ ПРИНЦИПЫРАБОТЫУРОВНЕМЕРОВ.

Резервуары представляют собой весьма многочисленную группу технологических объектов, которые являются принадлежностью нефтяных промыслов, резервуарных парков, раздаточных и перевалочных баз разветвленной системы нефтеснаба.

В резервуарных парках выполняются две основные задачи - учет и хранение жидкости.

Принято измерять количество нефти и нефтепродуктов в единицах массы. Количество вещества в единицах массы в резервуарах может быть измерено двумя способами: измерением уровня нефти и нефтепродуктов и плотности с последующим вычислением общей массы и непосредственным измерением массы жидкости.

На нефтяных промыслах ряд технологических процессов связан с отстоем жидкости в емкостях открытого и закрытого (герметичного) типа. Контроль хода технологического процесса в этих емкостях предполагает необходимость измерения уровня жидкости и уровня раздела фаз.

Измерение уровня в скважинах выполняют для контроля изменения пластового давления, для исследования характера притока жидкости из пласта и измерения давления в глубинно насосных (не переливающих) скважинах.

Приборы для измерения уровня можно классифицировать по назначению и по принципу действия.

По назначению приборы делят на три большие группы: сигнализаторы, контролирующие предельные значения уровня; уровнемеры, непрерывно измеряющие значения уровня; измерители раздела двух сред.

По принципу действия приборы можно разделить на механические, пьезометрические и электрические. Принцип действия приборов в значительной степени определяется свойствами измеряемой среды, поэтому приборы в указанных группах, в свою очередь, подразделяются по устройству:

механические – поплавковые с чувствительным элементом, находящимся на поверхности измеряемой жидкости и передающим значение уровня указателю с помощью мерной ленты или троса; буйковые (поплавки с отрицательной плавучестью), имеющие в качестве чувствительного элемента буек, связанный с компенсационным устройством, реагирующим на изменение веса буйка при изменении уровня погружения его в жидкость;

пьезометрические – барботажные, представляющие собой пневматическую трубку, имеющую вход для воздуха на фиксированном положении от дна резервуара. Уровень определяется по давлению воздуха, прокачиваемого по трубке;

манометрические, определяющие уровень по давлению пьезометрического столба жидкости, воспринимаемого манометром;

электрические – кондуктометрические, основанные на изменении уровня электропроводности измеряемых сред. Применяется в основном для контроля раздела сред; емкостные, использующие различие диэлектрических свойств воздуха и измеряемой жидкости;

радиоактивные, использующие поглощение измеряемой жидкостью γ - лучей, излучаемых радиоактивным излучателей;

радиоинтерференционные, использующие изменения частоты радиоволн в зависимости от глубины погружения антенны колебательного контура в измеряемую жидкость;

ультразвуковые, измеряющие уровень по времени распространения ультразвуковых волн в измеряемой среде.

По способу передачи показаний различают уровнемеры с местным отсчетом и дистанционного действия.

 

11. Определение состава и характеристик газов.

При управлении технологическими процессами бурения и до­бычи газа необходимо измерять параметры, характери­зующие добываемый газ, так и материалы, применяемые в ходе технологического процесса. Для этих целей применяются анализаторы свойств материалов и примесей. К свойствам материалов мы будем относить плотность и вязкость.

Плотность определяется массой m в единице объема V: ρ=m/V

Иногда пользуются понятием относительной плотности, ко­торая для газов обычно определяется по от­ношению к плотности воздуха при нормальных условиях. По принципу действия плотномеры можно разделить на следу­ющие группы: поплавковые, гидростатические, радиоактивные и ультразвуковые.

Вискозиметры предназначены для измерения коэффициентов вязкости (динамической и кинематической), которые характери­зуют сопротивление газов течению.

Коэффициент динамической вязкости определяется формулой Ньютона:

где F - сила сдвига; S - площадь внутреннего сдвига; dυ/dn -градиент скорости по поперечному сечению потока; υ - скорость течения слоя; n - расстояние между параллельными движу­щимися плоскостями.

За единицу динамической вязкости принимают вязкость потока жидкости, в которой линейная скорость под воздействием давления сдвига 1 Па имеет градиент 1 м/с на 1 м расстояния, перпендикулярного к плоскости сдвига. Размерность этой единицы Н∙с/м².

Кинематическая вязкость представляет собой отношение ди­намической вязкости к плотности жидкости. Иногда вязкость определяется условными единицами ºВУ: ºВУ=τ_ж/τ_в, где τ_ж - время истечения определенного объема исследуемой жидкости через калиброванную трубку: τ_в - время истечения того же объема дистиллированной воды через ту же трубку.

Приборы для измерения вязкости основаны на следующих ме­тодах: по перепаду давления при движении жидкости в капил­лярных трубках, по времени падения твердого тела в жидкости, по крутящему моменту и по поглощению ультразвуковых колеба­ний.

При измерении вязкости следует иметь в виду, что на вязкость значительно влияет изменение температуры.

15.2. Свойства газов, влияющие на технологию их транспорта

Основными свойствами газов, влияющими на технологию их транспорта по трубопроводам, являются плотность, вязкость, сжимаемость и способность образовывать газовые гидраты.

Плотность газов зависит от давления и температуры. Так как при движении по газопроводу давление уменьшается, то плотность газа снижается и скорость его движения возрастает. Таким образом, в отличие от нефте- и нефтепродуктопроводов транспортируемая среда в газопроводах движется с ускорением.

Вязкость газов в отличие от вязкости жидкостей изменяется прямо пропорционально изменению температуры. т.е. при увеличении температуры она также возрастает и наоборот. Это свойство используют на практике: охлаждая газы после компримирования добиваются уменьшения потерь давления на преодоление сил трения в газопроводах.

Сжимаемость - это свойство газов уменьшать свой объем при увеличении давления. Благодаря свойству сжимаемости в специальных емкостях - газгольдерах высокого давления - можно хранить количество газа, в десятки раз превышающие геометрический объем емкости.

Если газ содержит пары воды, то при определенных сочетаниях давления и температуры он образует гидраты - белую оталлическую массу, похожую на лед или снег. Гидраты уменьша а порой и полностью перекрывают сечение газопровода, образуя пробку. Чтобы избежать этого газ до закачки в газопровод подвергают осушке.

Охлаждение газа при дросселирования давления называется эффектом Джоуля-Томсона. Интенсивность охлаждения характеризуется одноименным коэффициентом Д_i, величина которого зависит от давления и температуры газа. Например, при давлении 5,15МПа и температуре 0°С величина Д_i =3.8 град/МПа. Если дросселировать давление газа с 5,15МПа до атмосферного, его температура вследствие проявления эффекта Джоуля-Томсона понизится примерно на 20 градусов.

 

12. Определение состава и характеристик нефти.

При управлении технологическими процессами бурения и до­бычи нефти необходимо измерять параметры, характери­зующие как добываемую нефть так и материалы, применяемые в ходе технологического процесса.

Для этих целей применяются анализаторы свойств материалов и примесей. К свойствам материалов мы будем относить плотность и вязкость. К анализу примесей относится определение содержания в не­фти воды и солей.

Приборы для автоматического измерения плотности нефтей

Плотность нефти характеризует ее качество и может указывать на наличие в ней примесей. Иногда плотность жидкостей измеряют для определения концентрации растворенного вещества.

Плотность определяется массой m в единице объема V: ρ=m/V

Иногда пользуются понятием относительной плотности, ко­торая для жидкостей обычно определяется по отношению к плот­ности дистиллированной воды при +4° С.

По принципу действия плотномеры можно разделить на следу­ющие группы: поплавковые, гидростатические (принцип действия основан на том, что давление жидкости на глубине Н от поверхности равно весу столба жидкости), радиоактивные (принцип действия основан на изменении поглощения γ излучения радиоактивного источника при прохождении лучей ч/з жидкость в зависимости от изменения плотности этой жидкости) и ультразвуковые (использована зависимость скорости распространения ультразвука в жидкости от ее плотности).

Вискозиметры

Вискозиметры предназначены для измерения коэффициентов вязкости (динамической и кинематической), которые характери­зуют сопротивление жидкости течению.

Коэффициент динамической вязкости определяется формулой Ньютона:

где F - сила сдвига; S - площадь внутреннего сдвига; dυ/dn -градиент скорости по поперечному сечению потока; υ - скорость течения слоя; n - расстояние между параллельными движу­щимися плоскостями.

За единицу динамической вязкости принимают вязкость потока жидкости, в которой линейная скорость под воздействием давления сдвига 1 Па имеет градиент 1 м/с на 1 м расстояния, перпендикулярного к плоскости сдвига. Размерность этой единицы Н∙с/м².

Кинематическая вязкость представляет собой отношение ди­намической вязкости к плотности жидкости. Иногда вязкость определяется условными единицами ºВУ: ºВУ=τ_ж/τ_в, где τ_ж - время истечения определенного объема исследуемой жидкости через калиброванную трубку: τ_в - время истечения того же объема дистиллированной воды через ту же трубку.

Приборы для измерения вязкости основаны на следующих ме­тодах: по перепаду давления при движении жидкости в капил­лярных трубках, по времени падения твердого тела в жидкости, по крутящему моменту и по поглощению ультразвуковых колеба­ний.

При измерении вязкости следует иметь в виду, что на вязкость значительно влияет изменение температуры.

Приборы для измерения вязкости основаны на следующих ме­тодах: по перепаду давления при движении жидкости в капил­лярных трубках, по времени падения твердого тела в жидкости, по крутящему моменту и по поглощению ультразвуковых колеба­ний.

При измерении вязкости следует иметь в виду, что на вязкость значительно влияет изменение температуры.

Виды вискозиметров: капиллярные (действие основано на законе истечения жидкости из капиллярных трубок), вискозиметры с падающим шариком (зависимость скорости падения шарика от вязкости жидкости), ротационные вискозиметры (основан на измерении момента сопротивления, создаваемого жидкостью при вращении тела цилиндрической формы).

Анализаторы содержания воды в нефти

В большей части нефтяных месторождений нефть в нефтяных горизонтах залегает вместе с водой.

Существующие приборы для определения содержания воды в нефти по принципу действия можно разделить на диэлькометрические и инфракрасного излучения.

Диэлькометрические влагомеры используют значительную раз­ницу диэлектрической проницаемости нефти (около 2,5) и воды (80).. Принцип действия такого влагомера заключается в измерении емкости конденсатора, образованного двумя электродами, опу­щенными в анализируемую водонефтяную эмульсию.

В настоящее время на нефтяных промыслах применяют анали­затор содержания воды в нефти «Фотон-П». Принцип действия ана­лизатора основан на зависимости интенсивности рассеянного в водонефтяной эмульсии инфракрасного излучения от содержа­ния воды в ней.

Анализаторы содержания солей в нефти

Соли содержатся в растворенном состоянии в воде, присутст­вующей в нефти, а иногда и в виде мельчайших кристаллов непо­средственно в нефти. Содержание соли в нефти крайне нежелательно, Так как это может привести к разрушению нефтеперерабаты­вающей аппаратуры и ухудшить качество нефтепродуктов. Пре­дельное содержание солей в нефти не должно превышать 50 мг/л. Для контроля содержания соли в нефти в настоящее время существуют приборы, основанные на растворении пробы нефти в смеси полярных и не­полярных растворителей в заданном соотношении и на измерении электропроводности полученного раствора, которая пропорцио­нальна содержанию солей в нефти.

Анализатор ИОН, работающий по этому методу, состоит из блоков: преобразователя, управления, регистрации, электромаг­нитных кранов, регулятора давления жидкости.

Рис. 12.5. Капиллярный вискозиметр Пинкевича:

1 - капилляр; 2,3 - расширения; 4 - трубка;

5 - сосок; б – расширение

 

Капиллярные вискозиметры Пинкевича выпускаются с различными диаметрами капилляра (мм): 0,4; 0,6; 0,8; 1,0; 1,2; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0; 3,5; 4,0. Для определения кинематической вязкости нефти при задан ной температуре выбирают вискозиметр с таким расчетом, чтобы время истечения нефти было не менее 15 с.

Вязкость нефтей России при 20 °С в 1.3-310.3 раз превышает вязкость воды. Величина вязкости предопределяет способ транспортировки нефтей по трубопроводам. Маловязкие нефти перекачивают при температуре окружающей среды без предварительной обработки, а высоковязкие нефти перекачивают одним из следующих способов: в смеси с маловязкими разбавителями, после предварительной механической или термической обработки, с предварительным подогревом и др. (подробнее эти способы рассмот