RU2755939C1 - Method for sampling multiphase liquid from a pipeline and a device for sampling multiphase liquid from a pipeline - Google Patents

Method for sampling multiphase liquid from a pipeline and a device for sampling multiphase liquid from a pipeline Download PDF

Info

Publication number
RU2755939C1
RU2755939C1 RU2020142824A RU2020142824A RU2755939C1 RU 2755939 C1 RU2755939 C1 RU 2755939C1 RU 2020142824 A RU2020142824 A RU 2020142824A RU 2020142824 A RU2020142824 A RU 2020142824A RU 2755939 C1 RU2755939 C1 RU 2755939C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pipeline
sampling
flow
mixer
section
Prior art date
Application number
RU2020142824A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Викторович Такмовцев
Андрей Владиславович Ильинков
Андрей Викторович Щукин
Александр Михайлович Ерзиков
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ"
Priority to RU2020142824A priority Critical patent/RU2755939C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2755939C1 publication Critical patent/RU2755939C1/en

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/02—Devices for withdrawing samples
    • G01N1/10—Devices for withdrawing samples in the liquid or fluent state

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Sampling And Sample Adjustment (AREA)

Abstract

FIELD: pipeline liquid sampling.SUBSTANCE: invention relates to the technology and technique of sampling a multiphase liquid from a pipeline and can find application in the oil production and other industries. The method for sampling a multiphase liquid from the pipeline (2) by a sampling element (1) includes preliminary mixing of the flow by means of a complex hydrodynamic effect on the flow of tear-off, jet and pulsating vortex flows using a sampling device. The device for sampling multiphase liquid from the pipeline (2) contains a mixer for mixing the flow and a sampling element (1) installed in series in the pipeline (2) with the orientation of the inlet opening towards the flow. The mixer is made of a sequentially arranged perforated pipe (3) and a cylindrical body (4) coaxially with the pipeline, the inner cavity of which is formed by three sequentially arranged sections: an inlet annular diffuser section (I), a middle cylindrical section (II), on the inner surface of which tear-off spherical recesses (8) are made along the entire length in a corridor or staggered order, and an outlet section (III) made smooth with a transition to the inner diameter of the pipeline (2). At the same time, throttling holes are additionally made in the inlet section of the cylindrical body.EFFECT: invention increases the representativeness of the sampled multiphase liquid from the pipeline and the accuracy of determining its composition, as well as increases the resource of reliable operation of the mixer and the sampling element.4 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к технологии и технике отбора проб многофазной жидкости из трубопровода и может найти применение в нефтедобывающей и других отраслях промышленности. The invention relates to a technology and technique for sampling a multiphase fluid from a pipeline and can be used in oil production and other industries.

При разработке продуктивного нефтяного пласта в продукции скважины присутствуют нефть, вода и попутный газ, а также, хлористые соли и различные мелкие механические примеси в твердой фазе (твердые углеводороды, минеральные частицы и др.). Состав добываемой многофазной жидкости для каждой скважины уникален и требует постоянного контроля, так как концентрация каждого компонента может изменяться по времени, что, в свою очередь, нарушает стабильность физических свойств и режим течения нефтеводогазового потока.When developing a productive oil reservoir, oil, water and associated gas are present in the well production, as well as chloride salts and various fine mechanical impurities in the solid phase (solid hydrocarbons, mineral particles, etc.). The composition of the produced multiphase fluid for each well is unique and requires constant monitoring, since the concentration of each component can change over time, which, in turn, disturbs the stability of the physical properties and the flow regime of the oil-water-gas flow.

Известен способ отбора проб жидкости из трубопровода, при котором производят размещение в трубопроводе пробозаборного элемента из одной пробозаборной трубки с загнутым концом, которую располагают на оси трубопровода входным отверстием навстречу потоку; отбор пробы производится пропорционально расходу потока трубопровода, при котором скорость отбора составляет не менее половины и не более двойной средней скорости потока трубопровода: (см. Способ отбора проб жидкости из трубопровода. / ГОСТ 2517-85. п. 2.13.1.3. 2.13.1.7).There is a known method of sampling a liquid from a pipeline, in which a sampling element is placed in a pipeline from one sampling tube with a bent end, which is located on the pipeline axis with an inlet towards the flow; sampling is carried out in proportion to the flow rate of the pipeline, at which the sampling rate is at least half and not more than twice the average flow rate of the pipeline: (see Method of sampling liquid from the pipeline. / GOST 2517-85. p. 2.13.1.3. 2.13.1.7 ).

Известно устройство для реализации данного способа, включающее пробозаборный элемент в виде одной пробозаборной трубки с загнутым концом, которую устанавливают на оси трубопровода входным отверстием навстречу потоку (см. Устройство для отбора проб жидкости из трубопровода. / ГОСТ 2517-85, п.2.13.1.7, черт. 14).A device for implementing this method is known, including a sampling element in the form of one sampling tube with a bent end, which is installed on the axis of the pipeline with an inlet facing the flow (see Device for sampling liquid from a pipeline. / GOST 2517-85, p. 2.13.1.7 , fig. 14).

При наличии в потоке жидкости свободного газа известные технология и техника отбора проб не обеспечивают высокой представительности пробы.In the presence of free gas in the liquid flow, the known technology and sampling techniques do not provide a high sample representativeness.

Известен способ интенсификации конвективного теплообмена в теплообменных аппаратах энергетических установок с помощью воздействия самоорганизующихся крупномасштабных вихревых структур, возникающих под воздействием рельефа теплообменной поверхности, на которой выполнены отрывные сферические выемки, и пульсирующих смерчевых вихрей, образующихся внутри этих выемок, при обтекании их теплоносителем (см. монографию «Интенсификация теплообмена сферическими выемками при воздействии возмущающих факторов» / А.В. Щукин, А.П. Козлов, Р.С. Агачев, Я.П. Чудновский; под ред. акад. В.Е. Алемасова. Казань: Изд-во Казан. гос. техн. ун-та, 2003. – 143 с. Кроме того, в результате турбулентности потока теплоносителя в отрывных сферических выемках происходит снижение интенсивности их загрязнения как отмечается в работе //Справочник по теплообменникам: В 2-х т. Т. 2 / С. 74. Пер. с англ. под ред. О.Г. Мартыненко и др. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 352 с.A known method of intensifying convective heat exchange in heat exchangers of power plants using the action of self-organizing large-scale vortex structures arising under the influence of the relief of the heat exchange surface, on which the detachable spherical recesses are made, and pulsating tornado vortices formed inside these recesses, when flowing around them with a coolant ( "Intensification of heat transfer by spherical grooves under the influence of disturbing factors" / AV Shchukin, AP Kozlov, RS Agachev, Ya.P. Chudnovsky; edited by Academician V.E. Alemasov. Kazan: Izd- in Kazan State Technical University, 2003. - 143 pp. In addition, as a result of the turbulence of the coolant flow in the detachable spherical recesses, the intensity of their pollution decreases as noted in the work // Handbook on heat exchangers: In 2 vol. T. 2 / P. 74. Translated from English under the editorship of OG Martynenko et al. - M .: Energoatomizdat, 1987. - 352 p.

Данный способ интенсификации применяется на наружных и внутренних плоских теплообменных поверхностях, а также на наружных трубчатых теплообменных поверхностях. На внутренних теплообменных поверхностях круглого сечения этот способ не применяется из-за технологической сложности изготовления отрывных сферических выемок внутри труб достаточно большой длины.This method of intensification is used on external and internal flat heat exchange surfaces, as well as on external tubular heat exchange surfaces. This method is not used on internal heat exchange surfaces of circular cross-section due to the technological complexity of manufacturing tear-off spherical recesses inside pipes of a sufficiently long length.

Известно устройство для реализации данного способа в виде кожухотрубного теплообменного аппарата, внутри которого для движения теплоносителя установлены трубы Корпорации HRS Group (Испания), на наружной поверхности которых выполнены в шахматном порядке углубления в виде отрывных сферических выемок для интенсификации теплообмена (см. монографию «Физические основы и промышленное применение интенсификации теплообмена: Интенсификация теплообмена» / И.А. Попов, Х.М. Махянов, В.М. Гуреев; под общ. ред. Ю.Ф. Гортышова. – Казань: Центр инновационных технологий, 2009. – 560 с). Экспериментально установлено повышение эффективности конвективного теплообмена при нанесении отрывных выемок в шахматном порядке на наружной поверхности трубы в 2,1 раза при умеренных гидравлических потерях (см. работу Мунябина К.Л. Эффективность интенсификации теплообмена углублениями и выступами сферической формы // Теплофизика и аэромеханика. 2003. №. 2. С. 235-247). Основным отличительным признаком отрывных выемок является их относительная глубина h/d>0,2, где h – максимальная глубина выемки, d = 4F/П – гидравлический диаметр выемки в плане. Здесь F – площадь выемки в плане, а П – ее периметр. При обтекании турбулентным потоком теплоносителя отрывной сферической выемки в ней образуется самоорганизующаяся крупномасштабная вихревая структура, которая возникает последовательно то в одном, то в другом эпицентре выемки и выходит из нее в виде смерча на теплообменную поверхность, увеличивая теплоотдачу.A device is known for implementing this method in the form of a shell-and-tube heat exchanger, inside which pipes of the HRS Group Corporation (Spain) are installed for the movement of the coolant, on the outer surface of which depressions are made in a checkerboard pattern in the form of detachable spherical recesses to intensify heat transfer (see the monograph "Physical foundations and industrial application of heat transfer intensification: heat transfer intensification "/ IA Popov, Kh.M. Makhyanov, VM Gureev; under the general editorship of Yu.F. Gortyshov. - Kazan: Center for Innovative Technologies, 2009. - 560 with). It has been experimentally established that the efficiency of convective heat transfer is increased when the tear-off recesses are staggered on the outer surface of the pipe by a factor of 2.1 at moderate hydraulic losses (see the work of Munyabin K.L. The efficiency of heat transfer intensification by spherical depressions and protrusions // Thermophysics and Aeromechanics. 2003 . No. 2. S. 235-247). The main distinguishing feature of tear-off cuts is their relative depth h / d> 0.2, where h is the maximum depth of the cut, d = 4F / P is the hydraulic diameter of the cut in the plan. Here F is the area of the cut in the plan, and P is its perimeter. When a turbulent flow of a coolant flows around a detached spherical recess, a self-organizing large-scale vortex structure is formed in it, which appears sequentially in one or another epicenter of the recess and exits it in the form of a tornado onto the heat exchange surface, increasing heat transfer.

В кожухотрубных теплообменниках, составляющих до 80% от всего количества устройств данного назначения, известный способ интенсификации теплообмена внутри труб с помощью образования пульсирующих смерчеобразных вихрей в отрывных сферических выемках не используется из-за сложности изготовления выемок на внутренней поверхности достаточно длинных труб. Так как в этом случае требуется применение более современных технологий, например, аддитивных технологий или технологии литья по выплавляемым моделям, отличных от традиционных (накатка, вдавливание), что удорожает процесс производства.In shell-and-tube heat exchangers, which make up up to 80% of the total number of devices for this purpose, the known method for intensifying heat transfer inside pipes by forming pulsating tornado-like vortices in detachable spherical recesses is not used due to the complexity of making recesses on the inner surface of sufficiently long pipes. Since in this case, the use of more modern technologies is required, for example, additive technologies or investment casting technologies that differ from traditional ones (knurling, indentation), which increases the cost of the production process.

Известен способ отбора проб жидкости из трубопровода (см. Патент РФ № 2215277, МПК G01N 1/10, опубл. 27.10.2003, Бюл. № 30) наиболее близкий по технической сущности к заявляемому изобретению и принятый за прототип, при котором осуществляют размещение в трубопроводе пробозаборника и осуществляют отбор пробы; перед отбором пробы осуществляют совмещение смешения потока в поперечном сечении трубопровода со смешением потока вдоль трубопровода. В процессе перемешивания многофазного потока в поперечном сечении трубопровода удается обеспечить равномерное распределение попутного газа и уменьшить его концентрацию, в тоже время под действием массовых сил происходит оседание на стенках трубопровода в виде осадка твердых частиц, что нарушает гидродинамику потока и понижает интенсивность его перемешивания, снижает точность отбора пробы и обеспечение ее представительности.A known method of sampling liquid from a pipeline (see RF Patent No. 2215277, IPC G01N 1/10, publ. 27.10.2003, bull. No. 30) is the closest in technical essence to the claimed invention and taken as a prototype, in which placement is carried out in sampling pipeline and sampling is carried out; before sampling, the mixing of the flow in the cross-section of the pipeline is combined with the mixing of the flow along the pipeline. In the process of mixing the multiphase flow in the cross section of the pipeline, it is possible to ensure a uniform distribution of associated gas and reduce its concentration, at the same time, under the influence of mass forces, settling of solid particles on the pipeline walls occurs in the form of a sediment of solid particles, which disrupts the hydrodynamics of the flow and reduces the intensity of its mixing, reduces the accuracy sampling and ensuring its representativeness.

Известно устройство для отбора проб жидкости из трубопровода (см. Патент РФ № 2215277, МПК G01N 1/10, опубл. 27.10.2003, Бюл. № 30) для реализации данного способа, наиболее близкое по технической сущности к заявляемому изобретению и принятое за прототип, содержащее пробозаборный элемент, установленный на трубопроводе с ориентацией входного отверстия навстречу потоку; на трубопроводе перед пробозаборным элементом устанавливают смеситель, выполненный из соосно с трубопроводом расположенной перфорированной трубы, выполненной состыкованной с блоком поперечно сужающихся и расширяющихся секций. Использование в смесителе перфорированной трубы с достаточно мелкими отверстиями, системы конфузорно-диффузорных каналов, образованных внутри блока поперечно сужающихся и расширяющихся секций, решает проблему равномерного распределения попутного газа и уменьшения его концентрации на входе в пробозаборный элемент.Known device for sampling liquid from the pipeline (see RF Patent No. 2215277, IPC G01N 1/10, publ. 27.10.2003, bull. No. 30) for the implementation of this method, the closest in technical essence to the claimed invention and taken as a prototype containing a sampling element installed on the pipeline with the orientation of the inlet towards the flow; a mixer is installed on the pipeline in front of the sampling element, made of a perforated pipe located coaxially with the pipeline, made docked with a block of transversely tapering and expanding sections. The use of a perforated pipe with rather small holes in the mixer, a system of converging-diffuser channels formed inside the block of transversely narrowing and expanding sections, solves the problem of uniform distribution of associated gas and a decrease in its concentration at the inlet to the sampling element.

Однако в смесителе данной конструкции имеются участки, где при турбулентном режиме течения происходит образование осадков твердых частиц, нарушающих гидродинамику многофазного потока и снижающих эффективность процесса перемешивания. К этим участкам относятся: участок кольцевой полости между трубопроводом и перфорированной трубой в месте состыковки её с блоком поперечно сужающихся и расширяющихся секций; места стыковки поперечно сужающихся и расширяющихся секций внутри блока, входящего в состав смесителя. However, in a mixer of this design, there are areas where, in a turbulent flow regime, precipitation of solid particles is formed, which violates the hydrodynamics of the multiphase flow and reduces the efficiency of the mixing process. These sections include: a section of the annular cavity between the pipeline and the perforated pipe at the point where it joins with a block of transversely tapering and expanding sections; the joints of the transversely narrowing and expanding sections inside the block, which is part of the mixer.

При наличии в потоке жидкости различных мелких механических примесей в твердой фазе известные технология и техника отбора проб не обеспечивают высокой представительности пробы и не устраняют склонность к засорению гидродинамического тракта смесителя.In the presence of various small mechanical impurities in the solid phase in the liquid flow, the known technology and sampling technique do not provide a high sample representativeness and do not eliminate the tendency to clog the mixer hydrodynamic path.

Технической проблемой, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышения представительности пробы при её отборе пробозаборным элементом и устранение загрязнений в виде осадков твердых частиц на рабочих поверхностях трубопровода. The technical problem to be solved by the present invention is to increase the representativeness of the sample when it is taken by the sampling element and the elimination of contamination in the form of precipitation of solid particles on the working surfaces of the pipeline.

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в повышении интенсивности перемешивания компонентов, входящих в состав многофазной жидкости, и точности определения её состава при непрерывной гидродинамической очистке от загрязнений рабочей поверхности трубопровода при отборе пробы.The technical result, which the present invention is aimed at, is to increase the intensity of mixing of the components that make up the multiphase liquid and the accuracy of determining its composition during continuous hydrodynamic cleaning of the pipeline working surface from contamination during sampling.

Технический результат достигается тем, что в способе отбора проб многофазной жидкости из трубопровода пробозаборным элементом из предварительно перемешенного потока, новым является то, что процесс перемешивания осуществляют путем комплексного гидродинамического воздействия на поток отрывных, струйных и пульсирующих вихревых течений.The technical result is achieved by the fact that in the method of sampling a multiphase liquid from a pipeline by a sampling element from a premixed flow, the new is that the mixing process is carried out by means of a complex hydrodynamic effect on the flow of separated, jet and pulsating vortex flows.

Таким образом, одновременное комплексное гидродинамическое воздействие на поток различного вида течений позволяет перед отбором пробы не только обеспечить равномерное распределение газа в потоке, уменьшить его концентрацию и снизить дисперсность на единицу объема потока, но и препятствует отложению осадков твердых частиц на рабочей поверхности трубопровода в результате его непрерывной гидродинамической очистки. Это способствует пропорциональному отбору пробы и получению ее более высокой представительности по сравнению с способом-прототипом.Thus, the simultaneous complex hydrodynamic effect on the flow of various types of flows allows, before sampling, not only to ensure a uniform distribution of gas in the flow, reduce its concentration and reduce dispersion per unit volume of the flow, but also prevents the deposition of solid particles on the working surface of the pipeline as a result of its continuous hydrodynamic cleaning. This contributes to the proportional sampling and obtaining its higher representativeness in comparison with the prototype method.

Для достижения технического результата при реализации заявляемого способа используют устройство для отбора проб многофазной жидкости из трубопровода, содержащее пробозаборный элемент, установленный на трубопроводе с ориентацией входного отверстия навстречу потоку, перед пробозаборным элементом в трубопроводе соосно установлен смеситель для перемешивания потока, включающий последовательно расположенные перфорированную трубу и цилиндрический корпус, новым является то, что внутренняя полость цилиндрического корпуса по направлению движения потока жидкости образована тремя последовательно расположенными участками, входным участком, выполненным в виде гладкого кольцевого диффузора, концентрично расположенного относительно оси смесителя, средним цилиндрическим участком, по всей длине внутренней поверхности которого в коридорном порядке выполнены отрывные сферические выемки, и выходным участком, выполненным гладким с переходом на внутренний диаметр трубопровода. To achieve the technical result when implementing the proposed method, a device for sampling a multiphase liquid from a pipeline is used, which contains a sampling element installed on the pipeline with an orientation of the inlet towards the flow, a mixer for mixing the flow is coaxially installed in front of the sampling element in the pipeline, which includes a series of perforated pipe and cylindrical body, new is that the inner cavity of the cylindrical body in the direction of fluid flow is formed by three successive sections, an inlet section made in the form of a smooth annular diffuser concentrically located relative to the mixer axis, a middle cylindrical section, along the entire length of the inner surface of which in tear-off spherical recesses are made in corridor order, and the outlet section is made smooth with a transition to the inner diameter of the pipeline.

Угол раскрытия гладкого кольцевого диффузора во входном участке цилиндрического корпуса смесителя составляет θд = 60…80°.The opening angle of the smooth annular diffuser in the inlet section of the cylindrical body of the mixer is θ d = 60 ... 80 °.

Относительная глубина отрывных сферических выемок на внутренней поверхности среднего участка цилиндрического корпуса смесителя составляет

Figure 00000001
, а относительный шаг в осевом и окружном направлениях между выемками составляет
Figure 00000002
.The relative depth of the detachable spherical recesses on the inner surface of the middle section of the cylindrical mixer body is
Figure 00000001
 , and the relative pitch in the axial and circumferential directions between the grooves is
Figure 00000002
 ...

Отрывные сферические выемки на внутренней поверхности среднего участка цилиндрического корпуса смесителя выполнены в шахматном порядке.Tear-off spherical recesses on the inner surface of the middle section of the cylindrical body of the mixer are staggered.

Сущность изобретения поясняется чертежом.The essence of the invention is illustrated by the drawing.

На фиг. 1 представлен продольный разрез трубопровода с установленным в нем устройством для отбора проб жидкости. FIG. 1 shows a longitudinal section of a pipeline with a liquid sampling device installed therein.

На фиг. 2 представлено поперечное сечение А-А входного участка цилиндрического корпуса смесителя.FIG. 2 shows a cross-section AA of the inlet section of the cylindrical mixer body.

На фиг. 3 представлены поперечное сечение Б-Б среднего участка цилиндрического корпуса смесителя и увеличенный вид Позиции IV на этом сечении.FIG. 3 shows a cross-section BB of the middle section of the cylindrical body of the mixer and an enlarged view of Position IV in this section.

На фиг. 4 представлен продольный разрез смесителя, на внутренней поверхности среднего цилиндрического участка которого выполнены отрывные сферические выемки в шахматном порядке.FIG. 4 shows a longitudinal section of a mixer, on the inner surface of the middle cylindrical section of which tear-off spherical recesses are made in a checkerboard pattern.

Где:Where:

1 – пробозаборный элемент, установленный вертикально входным отверстием навстречу потоку;1 - sampling element installed vertically with an inlet facing the flow;

2 – трубопровод;2 - pipeline;

3 – перфорированная труба;3 - perforated pipe;

4 – цилиндрический корпус смесителя;4 - cylindrical body of the mixer;

5 – отверстия в перфорированной трубе;5 - holes in the perforated pipe;

6 – кольцевой диффузор;6 - annular diffuser;

7 – осевые дросселирующие отверстия;7 - axial throttling holes;

8 – отрывные сферические выемки;8 - detachable spherical recesses;

9 – кран для отбора проб;9 - sampling valve;

d – диаметр сферических отрывных выемок;d is the diameter of the spherical tear-off grooves;

d1 – диаметр отверстий в перфорированной трубе;d 1 - the diameter of the holes in the perforated pipe;

d2 – диаметр осевых дросселирующих отверстий;d 2 - the diameter of the axial throttling holes;

D – внутренний диаметр цилиндрического корпуса смесителя;D is the inner diameter of the cylindrical body of the mixer;

h – глубина отрывной сферической выемки;h is the depth of the tear-off spherical notch;

ta – шаг между отрывными сферическими выемками в осевом направлении; t a is the step between the detachable spherical grooves in the axial direction;

tu – шаг между отрывными сферическими выемками в окружном направлении; t u is the step between the detachable spherical grooves in the circumferential direction;

θд – угол раскрытия кольцевого диффузора;θ d - opening angle of the annular diffuser;

I – входной участок цилиндрического корпуса смесителя;I - inlet section of the cylindrical body of the mixer;

II – средний участок цилиндрического корпуса смесителя;II - middle section of the cylindrical body of the mixer;

III – выходной участок цилиндрического корпуса смесителя;III - outlet section of the cylindrical body of the mixer;

IV – позиция на сечении А-А цилиндрического корпуса смесителя;IV - position on section А-А of the cylindrical mixer body;

Figure 00000003
– направление движения потока многофазной жидкости.
Figure 00000003
- direction of flow of multiphase fluid.

Способ отбора проб жидкости из трубопровода осуществляется следующим образом. В трубопроводе 2 (см. фиг.1), по которому перекачивают многофазную жидкость, последовательно устанавливают смеситель для её перемешивания и пробозаборный элемент 1. Смеситель выполнен из последовательно расположенных перфорированной трубы 3 с отверстиями 5 и цилиндрического корпуса 4 состыкованных вместе. Часть потока многофазной жидкости, попадая внутрь перфорированной трубы 3, поступает в кольцевой диффузор 6, выполненный во входном участке I цилиндрического корпуса 4, и обеспечивает смешение потока в продольном направлении внутри смесителя. При этом отрывные течения, возникающие на гладких стенках кольцевого диффузора 6 (см. работу Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям / Под ред. М.О. Штейнберга. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1992. – 672 с.), повышают турбулизацию и интенсивность перемешивания потока в продольном направлении. Эффективность смешения потока возрастает при турбулентном режиме обтекания внутренних стенок среднего участка II цилиндрического корпуса 4, на которых выполнены отрывные сферические выемки 8. При попадании вышеупомянутого потока многофазной жидкости в отрывные сферические выемки 8 в них возникают пульсирующие самоорганизующиеся крупномасштабные вихревые структуры, которые турбулизируют и перемешивают поток в поперечном направлении и очищают выемки от мелких фракций загрязнений, как показано в работе //Справочник по теплообменникам: В 2-х т. Т. 2 / С. 74. Пер. с англ. под ред. О.Г. Мартыненко и др. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 352 с. The method of sampling liquid from the pipeline is carried out as follows. In the pipeline 2 (see Fig. 1), through which the multiphase liquid is pumped, a mixer for mixing it and a sampling element 1 is installed in series. The mixer is made of successively arranged perforated pipe 3 with holes 5 and a cylindrical body 4 docked together. Part of the flow of the multiphase liquid, getting inside the perforated pipe 3, enters the annular diffuser 6, made in the inlet section I of the cylindrical body 4, and provides mixing of the flow in the longitudinal direction inside the mixer. In this case, the separated flows arising on the smooth walls of the annular diffuser 6 (see the work of Idelchik I.E. Handbook on hydraulic resistance / Edited by M.O.Steinberg. - 3rd ed., Revised and supplemented by M. : Mashinostroenie, 1992. - 672 p.), Increase turbulization and the intensity of mixing flow in the longitudinal direction. The efficiency of flow mixing increases with a turbulent flow around the inner walls of the middle section II of the cylindrical body 4, on which the detachable spherical recesses 8 are made. in the transverse direction and clean the grooves from small fractions of contaminants, as shown in the work // Handbook of heat exchangers: In 2 volumes. Vol. 2 / P. 74. Per. from English ed. O.G. Martynenko and others - M .: Energoatomizdat, 1987 .-- 352 p.

Другая часть потока многофазной жидкости через дросселирующие отверстия 7, выполненные во входном участке I цилиндрического корпуса 4, в виде осевого струйного течения попадает внутрь смесителя и позволяет не только очистить участки смесителя в месте стыка перфорированной трубы 3 с входным участком I цилиндрического корпуса 4, но и способствует ускорению потока в пристенном пограничном слое. Это увеличивает интенсивность генерации вихрей в отрывных сферических выемках 8 на входе в средний участок II цилиндрического корпуса 4 смесителя и повышает эффективность смешения. Таким образом, комплексное гидродинамическое воздействие трех явлений: отрывных течений в кольцевом диффузоре 6, осевых струйных течений через дросселирующие отверстия 7 и генерации пульсирующих самоорганизующихся крупномасштабных вихревых структур в отрывных выемках 8 (пульсирующие вихревые течения) позволяет значительно повысить эффективность перемешивания многофазной жидкости в смесителе при его непрерывной гидродинамической очистке. Выходной участок III цилиндрического корпуса 4 смесителя соединен с трубопроводом 2. Эффективно перемешанный поток многофазной жидкости, вытекая из выходного участка III, попадает в пробозаборный элемент 1, с помощью которого производится отбор пробы для её анализа при открытом кране 9.Another part of the multiphase fluid flow through throttling holes 7, made in the inlet section I of the cylindrical body 4, enters the mixer in the form of an axial jet flow and allows not only cleaning the mixer sections at the junction of the perforated pipe 3 with the inlet section I of the cylindrical body 4, but also promotes flow acceleration in the near-wall boundary layer. This increases the intensity of vortex generation in the detachable spherical recesses 8 at the entrance to the middle section II of the cylindrical body 4 of the mixer and increases the mixing efficiency. Thus, the complex hydrodynamic effect of three phenomena: separated flows in an annular diffuser 6, axial jet flows through throttling holes 7 and the generation of pulsating self-organizing large-scale vortex structures in separation recesses 8 (pulsating vortex flows) can significantly increase the efficiency of mixing a multiphase fluid in a mixer continuous hydrodynamic cleaning. The outlet section III of the cylindrical body 4 of the mixer is connected to the pipeline 2. An efficiently mixed flow of multiphase liquid, flowing out from the outlet section III, enters the sampling element 1, with the help of which a sample is taken for its analysis with the valve 9 open.

Предлагаемое изобретение позволяет осуществлять более точный количественный и качественный учет перекачиваемой по трубопроводам многофазной жидкости и продлевает срок эксплуатации пробозаборного элемента за счет гидродинамической очистки трубопровода.The proposed invention allows for a more accurate quantitative and qualitative accounting of the multiphase fluid pumped through pipelines and extends the service life of the sampling element due to the hydrodynamic cleaning of the pipeline.

Устройство для осуществления предлагаемого способа отбора проб многофазной жидкости из трубопровода работает следующим способом. Поток многофазной жидкости (направление движения показано стрелками на фиг.1) по трубопроводу 2 поступает в смеситель, выполненный из соосно с трубопроводом расположенной перфорированной трубы 3 с отверстиями 5 диаметром d1 и цилиндрического корпуса 4 с внутренним диаметром D (фиг. 3), состыкованных вместе. Часть потока через отверстия 5 попадает в перфорированную трубу 3, из которой вытекает в цилиндрический корпус 4 смесителя, организуя перемешивание в нём потока в продольном направлении. Количество отверстий 5 и их диаметр d1 определяются индивидуально в зависимости от условий эксплуатации и состава многофазной жидкости. Внутренний диаметр D цилиндрического корпуса 4 соответствует внутреннему диаметру трубопровода, по которому перекачивается многофазная жидкость.A device for implementing the proposed method for sampling a multiphase liquid from a pipeline works in the following way. The flow of a multiphase liquid (the direction of movement is shown by arrows in Fig. 1) through the pipeline 2 enters the mixer, made of a perforated pipe 3 coaxially with the pipeline with holes 5 with a diameter d 1 and a cylindrical body 4 with an inner diameter D (Fig. 3), docked together. Part of the flow through the holes 5 enters the perforated pipe 3, from which it flows into the cylindrical housing 4 of the mixer, organizing the mixing of the flow in it in the longitudinal direction. The number of holes 5 and their diameter d 1 are determined individually depending on the operating conditions and the composition of the multiphase fluid. The inner diameter D of the cylindrical body 4 corresponds to the inner diameter of the pipeline through which the multiphase liquid is pumped.

Цилиндрический корпус смесителя 4 выполнен из трех последовательно расположенных участков (фиг. 1): входного участка I, выполненного в виде гладкого кольцевого диффузора 6, концентрично расположенного относительно оси смесителя, среднего цилиндрического участка II, по всей длине внутренней поверхности которого в коридорном порядке выполнены отрывные сферические выемки 8 (фиг. 1 и 3), диаметр и глубина которых составляли d и h, а шаг между выемками в осевом и окружном направлениях составляет ta и tu соответственно, и выходного участка III, выполненного гладким с переходом на внутренний диаметр трубопровода 2. The cylindrical body of the mixer 4 is made of three sequentially located sections (Fig. 1): the inlet section I, made in the form of a smooth annular diffuser 6, concentrically located relative to the mixer axis, the middle cylindrical section II, along the entire length of the inner surface of which tear-off spherical recesses 8 (Fig. 1 and 3), the diameter and depth of which were d and h, and the step between the recesses in the axial and circumferential directions is t a and t u, respectively, and the outlet section III, made smooth with the transition to the inner diameter of the pipeline 2.

Другая часть потока, проходя через дросселирующие отверстия 7 диаметром d2 (фиг. 1 и 2), образует осевое струйное течение в пристеночном слое над сферическими отрывными выемками 8 среднего цилиндрического участка II. Диаметр d2 и количество отверстий 7 зависят от условий эксплуатации и состава многофазной жидкости и подбираются индивидуально. Another part of the flow, passing through throttling holes 7 with a diameter d 2 (Figs. 1 and 2), forms an axial jet flow in the near-wall layer above the spherical separation recesses 8 of the middle cylindrical section II. The diameter d 2 and the number of holes 7 depend on the operating conditions and the composition of the multiphase fluid and are selected individually.

Поток многофазной жидкости, поступающий в цилиндрический корпус 4 на его входном I и среднем II участках, испытывает одновременное воздействие трех явлений: отрыв потока со стенок гладкого кольцевого диффузора 6; осевого струйного течения в пристенном слое среднего цилиндрического участка II; пульсирующих самоорганизующиеся крупномасштабных вихревых структур, возникающих в сферических отрывных выемках (пульсирующие вихревые течения). Если первые два явления повышают эффективность перемешивания потока в продольном направлении, то третье явление – в поперечном направлении. Комплексное гидродинамическое воздействие этих трёх явлений способствует более равномерному распределению газа в потоке, уменьшению его концентрации и снижению дисперсности на единицу объема потока многофазной жидкости. Кроме того, совместное действие второго и третьего явлений обеспечивает непрерывную гидродинамическую очистку рабочих участков смесителя от отложения на них осадков твердых частиц из потока.The flow of a multiphase fluid entering the cylindrical body 4 at its inlet I and middle II sections is simultaneously affected by three phenomena: flow separation from the walls of a smooth annular diffuser 6; axial jet flow in the wall layer of the middle cylindrical section II; pulsating self-organizing large-scale vortex structures arising in spherical separation grooves (pulsating vortex flows). If the first two phenomena increase the efficiency of mixing the flow in the longitudinal direction, then the third phenomenon - in the transverse direction. The complex hydrodynamic effect of these three phenomena contributes to a more uniform distribution of gas in the flow, a decrease in its concentration and a decrease in dispersion per unit volume of the flow of a multiphase liquid. In addition, the combined action of the second and third phenomena provides continuous hydrodynamic cleaning of the working sections of the mixer from sediment deposition of solid particles from the flow.

Для достижения оптимального эффекта возникновения отрывных течений с гладких стенок кольцевого диффузора, концентрично расположенного относительно оси смесителя во входном участке I, необходимо, чтобы угол раскрытия кольцевого диффузора составлял θд = 60…80°.To achieve the optimal effect of the appearance of separated flows from the smooth walls of the annular diffuser, concentrically located relative to the mixer axis in the inlet section I, it is necessary that the opening angle of the annular diffuser should be θ d = 60 ... 80 °.

Для обеспечения устойчивого процесса возникновения пульсирующих самоорганизующихся крупномасштабных вихревых структур в отрывных сферических выемках при турбулентном течении необходимо, чтобы их относительная глубина на внутренней поверхности участка II составляла

Figure 00000001
, а относительный шаг в осевом и окружном направлениях между выемками составлял
Figure 00000004
. При этом расположение отрывных выемок в шахматном порядке (фиг. 4) повышает интенсивность процесса образования пульсирующих вихревых структур из-за увеличения количества отрывных выемок на внутренней поверхности участка II.To ensure a stable process of the emergence of pulsating self-organizing large-scale vortex structures in separated spherical grooves during turbulent flow, it is necessary that their relative depth on the inner surface of section II is
Figure 00000001
 , and the relative pitch in the axial and circumferential directions between the notches was
Figure 00000004
 ... In this case, the arrangement of the tear-off recesses in a checkerboard pattern (Fig. 4) increases the intensity of the process of formation of pulsating vortex structures due to an increase in the number of tear-off recesses on the inner surface of section II.

Эффективно перемешенный поток поступает в выходной III участок смесителя, соединенный с трубопроводом 2, в котором установлен пробозаборный элемент 1 с ориентацией входного отверстия навстречу потоку. При открытом кране 9 производится отбор пробы для последующего её анализа.The efficiently mixed flow enters the outlet III section of the mixer connected to the pipeline 2, in which the sampling element 1 is installed with the orientation of the inlet towards the flow. When valve 9 is open, a sample is taken for its subsequent analysis.

Современные технологические способы изготовления деталей сложной геометрии, например, аддитивные технологии и технология литья по выплавляемым моделям, позволяют выполнять цилиндрические смесители с отрывными выемками на их внутренней поверхности с коридорным (фиг. 1) и шахматным (фиг. 4) расположением. Увеличение количества отрывных выемок, как это происходит при их шахматном расположении (фиг. 4), приводит к повышению интенсивности перемешивания потока внутри смесителя в поперечном направлении из-за роста количества пульсирующих самоорганизующихся крупномасштабных вихревых структур, генерируемых каждой выемкой. Modern technological methods of manufacturing parts of complex geometry, for example, additive technologies and investment casting technology, allow cylindrical mixers with tear-off recesses on their inner surface with in-line (Fig. 1) and staggered (Fig. 4) arrangement. An increase in the number of detachable grooves, as occurs with their staggered arrangement (Fig. 4), leads to an increase in the intensity of mixing of the flow inside the mixer in the transverse direction due to an increase in the number of pulsating self-organizing large-scale vortex structures generated by each groove.

Осевая длина всех трех участков цилиндрического корпуса смесителя определяется переменным рельефом его внутренней поверхности и толщиной стенок трубопровода.The axial length of all three sections of the cylindrical mixer body is determined by the variable relief of its inner surface and the thickness of the pipeline walls.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволит обеспечить более качественное перемешивание компонентов многофазной жидкости в смесителе, установленном в трубопроводе перед пробозаборным элементом. Это позволит повысить представительность пробы многофазной жидкости, забираемой из трубопровода, и точность определения её состава. Непрерывная гидродинамическая очистка рабочей поверхности смесителя от загрязнений в виде осадков твердых частиц из потока увеличит ресурс надежной работы смесителя и пробозаборного элемента.Thus, the proposed invention will provide better mixing of the components of the multiphase liquid in the mixer installed in the pipeline in front of the sampling element. This will increase the representativeness of the multiphase fluid sample taken from the pipeline and the accuracy of determining its composition. Continuous hydrodynamic cleaning of the mixer working surface from contamination in the form of precipitation of solid particles from the flow will increase the resource of reliable operation of the mixer and sampling element.

Claims (4)

1. Устройство для отбора проб многофазной жидкости из трубопровода, содержащее пробозаборный элемент, установленный на трубопроводе с ориентацией входного отверстия навстречу потоку, и установленный соосно в трубопроводе перед пробозаборным элементом смеситель для перемешивания потока, включающий последовательно расположенные перфорированную трубу и цилиндрический корпус, отличающееся тем, что внутренняя полость цилиндрического корпуса по направлению движения потока многофазной жидкости образована тремя последовательно расположенными участками, входным участком, выполненным в виде гладкого кольцевого диффузора, концентрично расположенного относительно оси смесителя, средним цилиндрическим участком, по всей длине внутренней поверхности которого в коридорном или шахматном порядке выполнены отрывные сферические выемки, и выходным участком, выполненным гладким с переходом на внутренний диаметр трубопровода, причем во входном участке цилиндрического корпуса дополнительно выполнены дросселирующие отверстия. 1. A device for sampling a multiphase liquid from a pipeline, containing a sampling element installed on the pipeline with the orientation of the inlet facing the flow, and a mixer installed coaxially in the pipeline in front of the sampling element for mixing the flow, including a series of perforated pipe and a cylindrical body, characterized in that, that the inner cavity of the cylindrical body in the direction of the flow of the multiphase fluid is formed by three sequentially located sections, the inlet section made in the form of a smooth annular diffuser concentrically located relative to the mixer axis, the middle cylindrical section, along the entire length of the inner surface of which, in a corridor or staggered manner, detachable spherical recesses, and an outlet section made smooth with a transition to the inner diameter of the pipeline, and in the inlet section of the cylindrical body, a throttling valve is additionally made shining holes. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что угол раскрытия гладкого кольцевого диффузора во входном участке цилиндрического корпуса смесителя составляет θд=60…80°. 2. The device according to claim 1, characterized in that the opening angle of the smooth annular diffuser in the inlet section of the cylindrical body of the mixer is θd = 60 ... 80 °. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что относительная глубина отрывных сферических выемок на внутренней поверхности среднего участка цилиндрического корпуса смесителя составляет
Figure 00000005
, а относительный шаг в осевом и окружном направлениях между выемками составляет
Figure 00000006
, где h – глубина отрывной сферической выемки; d - диаметр сферических отрывных выемок; ta – шаг между отрывными сферическими выемками в осевом направлении; tu – шаг между отрывными сферическими выемками в окружном направлении. 3. The device according to claim 1, characterized in that the relative depth of the detachable spherical recesses on the inner surface of the middle section of the cylindrical body of the mixer is
Figure 00000005
 , and the relative pitch in the axial and circumferential directions between the grooves is
Figure 00000006
 , where h is the depth of the tear-off spherical notch; d is the diameter of the spherical tear-off grooves; t a is the step between the detachable spherical grooves in the axial direction; t u is the step between the detachable spherical grooves in the circumferential direction. 4. Способ отбора проб многофазной жидкости из трубопровода пробозаборным элементом из предварительно перемешенного потока, отличающийся тем, что процесс перемешивания потока осуществляют путем комплексного гидродинамического воздействия на поток отрывных, струйных и пульсирующих вихревых течений посредством устройства по п.1.4. A method of sampling a multiphase liquid from a pipeline by a sampling element from a premixed flow, characterized in that the process of mixing the flow is carried out by means of a complex hydrodynamic effect on the flow of separated, jet and pulsating vortex flows by means of the device according to claim 1.
RU2020142824A 2020-12-24 2020-12-24 Method for sampling multiphase liquid from a pipeline and a device for sampling multiphase liquid from a pipeline RU2755939C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020142824A RU2755939C1 (en) 2020-12-24 2020-12-24 Method for sampling multiphase liquid from a pipeline and a device for sampling multiphase liquid from a pipeline

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020142824A RU2755939C1 (en) 2020-12-24 2020-12-24 Method for sampling multiphase liquid from a pipeline and a device for sampling multiphase liquid from a pipeline

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2755939C1 true RU2755939C1 (en) 2021-09-23

Family

ID=77852083

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020142824A RU2755939C1 (en) 2020-12-24 2020-12-24 Method for sampling multiphase liquid from a pipeline and a device for sampling multiphase liquid from a pipeline

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2755939C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2041035B (en) * 1979-02-02 1982-12-01 Shell Int Research Well testing
RU2215277C1 (en) * 2002-06-25 2003-10-27 Вальшин Ринат Равильевич Procedure of taking samples of liquid from pipe-line and device for its realization
RU56615U1 (en) * 2006-04-17 2006-09-10 Открытое акционерное общество "Татнефть" им. В.Д. Шашина LIQUID SAMPLE DEVICE FROM PIPELINE
RU169527U1 (en) * 2016-10-04 2017-03-22 Виль Файзулович Галиакбаров HYDRAULIC HYDRAULIC MIXER

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2041035B (en) * 1979-02-02 1982-12-01 Shell Int Research Well testing
RU2215277C1 (en) * 2002-06-25 2003-10-27 Вальшин Ринат Равильевич Procedure of taking samples of liquid from pipe-line and device for its realization
RU56615U1 (en) * 2006-04-17 2006-09-10 Открытое акционерное общество "Татнефть" им. В.Д. Шашина LIQUID SAMPLE DEVICE FROM PIPELINE
RU169527U1 (en) * 2016-10-04 2017-03-22 Виль Файзулович Галиакбаров HYDRAULIC HYDRAULIC MIXER

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhao et al. Liquid‐liquid two‐phase flow patterns in a rectangular microchannel
CN110160902B (en) Detachable annular gas-liquid-solid erosive wear combined test device
Dziubinski et al. The flow pattern map of a two-phase non-Newtonian liquid–gas flow in the vertical pipe
RU2755939C1 (en) Method for sampling multiphase liquid from a pipeline and a device for sampling multiphase liquid from a pipeline
Gogus et al. Formation of air-entraining vortices at horizontal intakes without approach flow induced circulation
CN107715720B (en) Venturi mixer
Fitzgerald et al. Jet injections for optimum mixing in pipe flow
RU2755941C1 (en) Device for sampling liquid from the pipeline
CN111980669A (en) Single-well multiphase flow metering device and metering method
Yannopoulos et al. Interaction of vertical round turbulent buoyant jets—Part II: Superposition method
Lyu et al. Experimental investigation on behavior of multiple vertical buoyant jets discharged into a stagnant ambient
CN110261062B (en) Drag reducer screening and evaluating device and using method
RU2755940C1 (en) Method for sampling liquid from a pipeline and a device for sampling liquid from a pipeline
Zhou et al. Investigation of mixing characteristics in a novel SAR micromixer with locally overlapping V-shaped flow channels
RU2309391C2 (en) Method and device for sampling liquid from pipeline
RU2744373C1 (en) Method for mixing medium transported through pipeline and device for carrying out said method
Zhang Air injection for river water quality improvement
Kawahara et al. Void diffusion coefficient in two-phase void drift for several channels of two-and multi-subchannel systems
Babagoli Sefidkoohi et al. Simulation of flow pattern in intake by using a numerical model
Rak et al. Water surface topology of supercritical junction flow
Ali et al. Kerosene-water two-phase flow in vertical and inclined pipes
Chen et al. CFD study of flow-diffusion process in Y-shape micromixer
Izquierdo et al. Micro-PIV flow analysis of a small hydraulic network constituted of multiple square section pipes
RU116366U1 (en) STATIC MIXER
Ben Rajeb et al. Experimental Investigation of Pressure Drop of Gas/Non-Newtonian Flow in Horizontal Pipes