一種輸油管道在線取樣方法與流程
2023-10-19 05:34:52 1
本發明涉及一種輸油管道在線取樣方法，屬於質量的檢測和管道取樣系統技術領域。
背景技術：
對於輸油管道在線取樣技術，以往工藝方法只是手動人工取樣或在輸油主管道上引出旁路，並在旁路上設置取樣泵和取樣設備，再將旁路引回注入主管道的方式。
此種取樣方法的缺點為：1、未設置混合裝置，無法保證管道內液體充分混合，取得樣品可能不具代表性。2、未設置取樣控制系統，無法實現對取樣系統設備狀態、電源情況、取樣迴路流速、取樣頻率的監控。3、未對取樣迴路進行流量測量，對取樣迴路中液流是否正常無法判斷。4、由於管道介質清潔度不高，裡面含有的雜質經常堵塞取樣泵，造成取樣泵的故障損壞、這樣就無法實現在線取樣連續進行。5、泵出口管線容易產生回流。6、未設置手動取樣裝置，系統故障無法取樣。7、未設置備用迴路，系統產生故障影響正常輸油。8、未設置取樣容器保護設施，容易產生樣品溢出危險事故。9、未設置清洗接口，不利於系統維護，容易汙染樣品。10、未設置溫度、壓力檢測儀表，缺少對迴路工藝參數的監測。11、未實現流量控制，無法實現取樣迴路流量跟隨主管道流量變化。12、未實現取樣率及樣品數量與主管道內流量成比例。
技術實現要素：
為解決上述問題，本發明的目的在於提供一種使輸油管道在線取樣操作更趨於標準化、便捷化、科學化、自動化，提高在線取樣系統的取樣代表性、準確性、連續性、可靠性和安全性，方便運行維護、監控管理、安裝運輸的輸油管道在線取樣方法。
本發明的目的是通過以下技術方案實現的：
一種輸油管道在線取樣方法，包括以下步驟：
1)在主管道上設置有一段旁路，所述旁路的入口端接取樣探頭，所述取樣探頭接入主管道，液體經由取樣探頭進入旁路；
2)進入旁路的液體通過壓力表進行壓力檢測；
3)壓力檢測後的液體通過過濾器進行過濾及排汙；
4)過濾器兩端並聯有壓差開關，並進行壓差檢測；
5)過濾器後接有取樣泵，液體經取樣泵加壓；
6)取樣泵出口設有壓力表，再次進行壓力檢測；
7)取樣泵出口接取樣迴路和噴射迴路，噴射迴路出口端經噴嘴將液體噴入主管道內，進入取樣迴路的液體繼續進行下列流程；
8)排汙；
9)在線密度檢測；
10)排氣；
11)取樣品，並將樣品留存；
12)取樣品後剩餘的液體依次經壓力檢測、溫度檢測、流量檢測後最後匯入主管道；
其中，步驟4)中的壓差檢測、步驟5)中的取樣泵加壓、步驟9)中的在線密度檢測、步驟11)中的樣品留存相關控制、步驟12)中的壓力檢測、溫度檢測、流量檢測各自將信號送至控制器，所述控制器接收上級控制系統的信號。
進一步的，旁路進口處設有手動取樣閥，當旁路故障無法自動取樣時，在步驟1)後進行手動取樣。
進一步的，旁路進口處和取樣迴路出口處均設有清洗閥，兩處清洗閥配合使用定期清洗旁路和取樣迴路。
進一步的，步驟5)中液體經取樣泵加壓通過並聯冗餘設置的兩個取樣泵實現。
進一步的，步驟8)中排汙通過設置在取樣迴路入口的排汙閥門實現，同時所述排汙閥門設置在取樣迴路的最低點。
進一步的，步驟10)中的排氣通過設置取樣迴路最高點的放空閥門實現，且通過手動控制。
進一步的，步驟11)為：通過冗餘設置的兩個取樣控制閥接受控制器的信號開、關動作，每動作一次取出固定量的樣品，其頻率隨主管道的流量變化而變化，主管道流量信號來自上級主控制系統；取樣控制閥並聯後接分液三通閥，分液三通閥接收控制器的命令將樣品分入兩個樣品接收罐中，兩個樣品接收罐均安置在稱重儀上，稱重儀將信號上傳控制器，根據樣品接收罐的重量來判斷樣品取得的數量是否正確和樣品接收罐的液位，據此控制分液三通閥的流向，通過以上過程完成取樣品，並將樣品留存。
進一步的，所述分液三通閥前設有安全洩放閥，當樣品接收罐超壓時，安全洩放閥打開。
進一步的，所述取樣探頭伸入主管道中心至主管道中心下部0.1D的位置，其中，D為主管道的直徑。
進一步的，所述噴嘴31為中空直管，所述噴嘴31的底部封閉且與主管道底部結合，所述中空直管的外壁均勻設有若干個噴空。
本發明的有益效果為：
採用本發明所述在線取樣方法可實現輸油管道在線取樣連續進行，具有取樣代表性、數量準確性、運行穩定性、操作便捷性、利於日後的維護和檢修等多方面優點，實現取樣系統獨立控制的同時也可接受上級系統遠程檢測及控制。使管道建設和運行管理更趨於標準化、模塊化、高效化、人性化、簡捷化。
對於輸油管道採用本發明所述在線取樣方法後可以實現運行可靠、安裝方便、實時連續、樣品數量準確、迴路流量控制精確，最終達到取得樣品具有代表性、取樣過程自動化、系統控制精準化的要求，保證了取樣系統的連續、穩定、自動、按比例取得有代表性的樣品。本發明所述在線取樣方法包括動態混合過程，利用泵出口裝入主管道中的噴嘴噴射作用混合主管道中的流體，確保主管道內液流在任何流速下均可混合均勻，使得進入取樣迴路中的液流充分代表主管道內液體的性質，避免取樣僅代表局部特徵不具備代表性。該方法設有控制系統可以實現對取樣迴路內設備(泵、取樣控制閥、分液三通閥)及運行參數(壓力、溫度、流量、取樣量、密度、樣品接收罐的液位等)的實時監控；並可隨時接受上級主控制系統的指令；根據主管道內的流速提高或降低取樣頻率；保證取樣系統平穩、安全、受控運行。該裝置取樣迴路設有流量計，實時檢測迴路中液體的流速，以迴路中液體的流速為被控參數，通過取樣控制系統控制變頻泵的轉速來實現取樣迴路內流速實時跟蹤主管道內液體流速。該方法中設有冗餘的取樣泵、樣品接收罐、取樣控制閥、過濾器，保證系統的連續可用。該方法中在與主管道連接處設置手動取樣閥以確保即使系統不能工作，也可進行人工取樣操作。
該裝置按橇裝露天設計(控制器安裝在遠離現場的非防爆區)，其防護等級為IP65，防爆等級EXdIIBT4，完全滿足露天環境及現場防爆要求；樣品處理及輸送的取樣泵採用變頻離心泵，實現對旁路和取樣迴路的流速及壓力的控制，使其滿足標準的要求；在裝置的入口處取樣泵前設置了冗餘過濾器，確保了取樣泵的連續運行的穩定性和可靠性；在取樣泵出口設置單向閥防止旁路管道中液位出現回流；在裝置的進出口分別設置了清洗口，清洗採用外接介質清洗方式，結構布置便於處理和清洗，可實現不關斷主管道情況下維護；在取樣迴路內配有相關的放空、排汙管線和閥門，可對裝置內的管道和設備進行排汙、關斷及排放處理，便於日常的維護和檢修；取樣迴路中設有溫度變送器、壓力變送器、流量計，實時監測取樣迴路的溫度、壓力、流量，確保取樣在合理的條件下進行；在樣品接收罐設置了稱重設備，用於當裝置內的液位超高報警，同時監測罐內樣品數量取得是否準確；設有安全洩放閥，當超壓達到安全閥的洩放值時，安全閥動作，對樣品接收回路和接樣品接收罐實施安全保護；裝置內的管道及設備設置了恆溫電拌熱及保溫措施，確保在線取樣裝置內的流體不受環境的影響，使該裝置能在室外穩定運行。在過濾器前後設置差壓開關用於取樣系統檢測過濾器的運行狀態，判斷過濾器是否堵塞。
本發明適用於輸油管道在線取樣。本自動取樣方法首次用於國內工程，主要技術指標超過國內最好水平，達到了國際同期先進水平。從本質上提高了輸送介質樣品取得的代表性，減少貿易糾紛；不受油品生產工藝和輸油工況變化影響；不受人為因素影響；降低操作人員的勞動強度。採用的工藝、設備、材料和結構技術先進，設計文件組成內容和深度符合要求。具有技術含量高、工藝性能先進，工藝流程合理，不產生壓力損失、適用不同管徑及任何的流量範圍。在線取樣方法自使用後產生了良好的環境效益、經濟效益和社會效益，很好的滿足建設、生產和使用的要求，綜合經濟效益比已建成的同類型項目有明顯提高，且運行可靠、穩定，高效、安全。
附圖說明
圖1為本發明所述輸油管道在線取樣方法所使用的在線取樣裝置的結構示意圖；
其中，1-取樣探頭，2-手動取樣閥，3-工藝閥門A，4、7、17、26、29、34、40、53、58、60-電伴熱保溫部件，5-工藝閥門B，6-清洗閥A，8-旁路，9-工藝閥門C，10-壓力表A，11-過濾器A，12-差壓開關A，13-取樣泵A，14-壓力表B，15-工藝閥門D，16-單向閥A，18-工藝閥門E，19-壓力表C20-過濾器B，21-差壓開關B，22-取樣泵B，23-壓力表D，24-工藝閥門F25-單向閥B，27-清洗閥B，28-工藝閥門G，30-工藝閥門H，31-噴嘴32-取樣迴路，33-排汙閥門，35-工藝閥門I，36-在線密度計，37-工藝閥門J，38-工藝閥門K，39-放空閥門，41-工藝閥門L，42-取樣控制閥A，43-工藝閥門M，44-工藝閥門N，45-取樣控制閥B，46-工藝閥門O，47-分液三通閥，48-安全洩放閥，49-樣品接收罐A，50-樣品接收罐B，51-稱重儀A，52-稱重儀B，54-工藝閥門P，55-壓力變送器，56-溫度變送器，57-流量計，59-工藝閥門Q，61-工藝閥門R，62、63、64、65、66、67、68、69、70、71、72、73、76-儀表電纜，74-控制器，75-主控制系統，77-噴射迴路。
具體實施方式
為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
本發明所述輸油管道在線取樣方法所使用的在線取樣裝置，如圖1所示，在主管道上設置有一段旁路8，所述旁路8的入口端接取樣探頭1，所述旁路8上設有取樣泵，所述取樣泵出口接取樣迴路32和噴射迴路77，所述噴射迴路8的出口端接噴嘴31，所述取樣探頭1和噴嘴31均接入主管道。
其中，取樣探頭1依次串接工藝閥門A3和工藝閥門B5，取樣探頭1與工藝閥門A3之間旁接手動取樣閥2，所述工藝閥門B5連接支路A和支路B的入口，所述支路A與支路B設置相同，互為冗餘，其中支路A自入口依次串接工藝閥門C9、壓力表A10、過濾器A11、取樣泵A13、壓力表B14、工藝閥門D15和單向閥A16，支路B自入口依次串接工藝閥門E18、壓力表C19、過濾器B20、取樣泵B22、壓力表D23、工藝閥門F24和單向閥B25，過濾器A11兩旁並聯差壓開關A12，過濾器B20兩旁並聯差壓開關B21，所述差壓開關A12、差壓開關B21均經儀表電纜接入控制器74。工藝閥門B5與支路A、支路B入口連接處之間旁接清洗閥A6。支路A和支路B的出口匯合成一條管路，並在交匯點後依次串接工藝閥門G28和工藝閥門H30，最後經所述噴嘴31接入主管道。
所述支路A、支路B的交匯點和工藝閥門G28之間旁接取樣迴路32，其中，所述取樣迴路32自入口依次串接工藝閥門I35、在線密度計36和工藝閥門K38，所述工藝閥門K38連接支路C和支路D的入口。其中，取樣迴路32的入口與工藝閥門I35之間旁接排汙閥門33。工藝閥門I35、在線密度計36和工藝閥門K38形成的管線F並聯工藝閥門J37，所述工藝閥門J37與管線F出口的連接處旁接放空閥門39。所述支路C與支路D的設置相同，互為冗餘，其中支路C自入口依次串接工藝閥門L41、取樣控制閥A42和工藝閥門M43，支路D自入口依次串接工藝閥門N44、取樣控制閥B45和工藝閥門O46；所述支路C與支路D的出口匯合成一條管路，並在交匯點後依次串接壓力變送器55、溫度變送器56、流量計57、清洗閥B27、工藝閥門Q59和工藝閥門R61，最後匯入主管道。支路C和支路D的兩旁並聯有一段旁通管線，所述旁通管線上設有工藝閥門P16。
支路C和支路D分別經取樣控制閥A42和取樣控制閥B45後接在一起為管線E，所述管線E的入口連接分液三通閥47，經所述分液三通閥47後分別連接樣品接收罐A49和樣品接收罐B50，所述樣品接收罐A49和樣品接收罐B50分別放置於稱重儀A51和稱重儀B52上。取樣控制閥A42和取樣控制閥B45把介質提取出並置換到樣品接收器中的設備，全通徑設計、全截面截取、可變頻率控制、高頻率動作(30次/min)，確保滿足頻率與流量成比例、單位樣品數量取得精確。樣品接收罐A49和樣品接收罐B50採用全封閉結構，帶有快速連接接頭、安全洩放閥、材質為不鏽鋼的壓力容器。所述管線E的入口與分液三通閥47之間旁接安全洩放閥48。
取樣泵A13、在線密度計36、稱重儀A51、稱重儀B52、取樣控制閥A42、取樣控制閥B45、分液三通閥47、壓力變送器55、溫度變送器56、流量計57均由儀表電纜接入控制器74，所述控制器74經儀表電纜接入主控制系統。流量計57選擇質量流量計，準確度高，內部無可動部件減少維護工作量，壽命長，且可通過取樣迴路中的壓力變送器55實現實時動態壓力補償。控制器74是在線取樣裝置的「大腦」，具有多項功能：密碼保護；監視取樣迴路溫度、壓力、流量、樣品接收罐液位等參數；控制取樣頻率，確保與主管道流量成比例；控制變頻離心泵轉速，達到控制取樣迴路內流量、壓力的目的；控制分液閥的流向；設備及電源狀態監視、故障報警；與上級主控制系統通信，接受上級主控制系統命令啟、停取樣裝置，接收和監視主管道的流量狀態；並將取樣裝置參數上傳上級主控制系統。
所述取樣探頭1伸入主管道中心至主管道中心下部0.1D的區間位置，其中，D為主管道的直徑，這樣可避免管壁對流速和含水率的影響，抽取的樣品最具代表性。
所述噴嘴31為底部封閉的中空高強度直管，沿所述中空直管的外壁均勻設有若干個噴空，所述直管直插主管道底部，利於將底部沉積水等通過泵出液體的作用使整個管道截面均達到充分混合，確保在任何不利的流速、粘度、密度下不受影響；所述噴嘴31的底部與主管道底部緊密結合，以抵抗主管道內因最大流速而引起的彎矩，並承受因渦流而引發的震動。
工藝閥門A3和工藝閥門B5，工藝閥門B5與支路A、支路B入口連接處之間，單向閥A16與支路A、支路B的出口交匯點之間，支路A、支路B的出口交匯點與工藝閥門G28之間，工藝閥門G28和工藝閥門H30之間，取樣迴路32的入口與工藝閥門I35之間，工藝閥門K38與支路C、支路D的入口連接處之間，支路C、支路D出口交匯點與壓力變送器55之間，清洗閥B27與工藝閥門Q59之間，工藝閥門Q59和工藝閥門R61之間均設有電伴熱保溫部件。
所述取樣泵A13和支路B上的取樣泵B22採用變頻離心泵，通過控制器控制變頻離心泵的轉速，達到控制取樣迴路流速和噴射強弱的目的。
所述過濾器A11和過濾器B20冗餘設置在取樣泵前，過濾器內的金屬濾網上設置了磁性吸附器，能很好的吸附所輸送介質中的金屬殘渣和顆粒，保證了過濾器和取樣泵的穩定運行並延長了其使用壽命。
本發明所述輸油管道在線取樣裝置的所有管線及安裝的所有設備均集成在橇裝上，壓力等級滿足設計壓力的要求。
工藝閥門I35、工藝閥門J37、工藝閥門K38、工藝閥門L41、工藝閥門M43、工藝閥門N44、工藝閥門O46、工藝閥門P54選用1"300#ANSI RF球閥；
工藝閥門D15和工藝閥門F24選用3"300#ANSI RF球閥；
工藝閥門C9、工藝閥門E18、工藝閥門G28和工藝閥門H30選用4"300#ANSI RF球閥；
工藝閥門A3和工藝閥門B5選用6"300#ANSI RF球閥；
單向閥A16和單向閥B25選用3"300#ANSI RF旋啟式單向閥；
工藝閥門R61選用1"300#ANSI RF截止閥；
取樣泵A13和取樣泵B22選用變頻離心泵，入口為4"300#ANSI RF，出口為3"300#ANSI RF，最大流量400GPM，380/3/60HZ；
過濾器A11和過濾器B20選用4"×8"×4"300#ANSI RF籃式過濾器，旋啟式螺栓快速開啟閉合；
流量計57選用Rosement 1"300#ANSI RF質量流量計；
取樣控制閥A42和取樣控制閥A45選用1"300#ANSI RF 210電液旁路取樣控制閥；
安全洩放閥48選用SS-4R3A型1/4"管連接角型洩放閥；
樣品接收罐A49和樣品接收罐A50選用可攜式樣品接收罐，容量上限：5GAL；
分液三通閥47由以下幾部分構成：轉向型閥門卡套接頭SS-43-GXF4-51-SR，三通球閥，彈簧復位執行機構以及轉向型電磁閥；
在線密度計36選用的是Solartron 7845型1"300#ANSI RF液體密度計；
壓力表A9、壓力表B15、壓力表C18、壓力表D24選用量程為0-50Bar，1/2"內螺紋連接的壓力顯示器；
差壓開關A12和差壓開關B21選用具有顯示功能的差壓開關；
壓力變送器55和溫度變送器56均選用Rosement的產品；
控制器74選用OMNI 6000型號的控制計算機。整個取樣裝置橇裝生產加工完畢後須要作相關的防腐、防鏽處理，所有的工藝管線及設備做電伴熱及保溫處理。
利用上述所述在線取樣裝置進行輸油管道在線取樣方法，包括以下步驟：
1)在主管道上設置有一段旁路，所述旁路的入口端接取樣探頭，所述取樣探頭接入主管道，液體經由取樣探頭進入旁路；
2)進入旁路的液體通過壓力表進行壓力檢測；
3)壓力檢測後的液體通過過濾器進行過濾及排汙；
4)過濾器兩端並聯有壓差開關，並進行壓差檢測；
5)過濾器後接有取樣泵，液體經取樣泵加壓；
6)取樣泵出口設有壓力表，再次進行壓力檢測；
7)取樣泵出口接取樣迴路和噴射迴路，噴射迴路出口端經噴嘴將液體噴入主管道內，進入取樣迴路的液體繼續進行下列流程：
8)排汙；
9)在線密度檢測；
10)排氣；
11)取樣品，並將樣品留存；
12)取樣品後剩餘的液體依次經壓力檢測、溫度檢測、流量檢測後最後匯入主管道；
其中，步驟4)中的壓差檢測、步驟5)中的取樣泵加壓、步驟9)中的在線密度檢測、步驟11)中的樣品留存相關控制、步驟12)中的壓力檢測、溫度檢測、流量檢測各自將信號送至控制器，所述控制器接收上級控制系統的信號。
旁路進口處設有手動取樣閥，當旁路故障無法自動取樣時，在步驟1)後進行人工取樣。
旁路進口處和取樣迴路出口處均設有清洗閥，兩處清洗閥配合使用定期清洗旁路和取樣迴路。
步驟5)中液體經取樣泵加壓通過並聯冗餘設置的兩個取樣泵實現。
步驟8)中排汙通過設置在取樣迴路入口的排汙閥門實現，同時所述排汙閥門設置在取樣迴路的最低點。
步驟10)中的排氣通過設置取樣迴路最高點的放空閥門實現，且通過手動控制。
步驟11)為：通過冗餘設置的兩個取樣控制閥接受控制器的信號開、關動作，每動作一次取出固定量的樣品，其頻率隨主管道的流量變化而變化，主管道流量信號來自上級主控制系統；取樣控制閥並聯後接分液三通閥，分液三通閥接收控制器的命令將樣品分入兩個樣品接收罐中，兩個樣品接收罐均安置在稱重儀上，稱重儀將信號上傳控制器，根據樣品接收罐的重量來判斷樣品取得的數量是否正確和樣品接收罐的液位，據此控制分液三通閥的流向，通過以上過程完成取樣品，並將樣品留存。
本實施例中，所述在線取樣方法在注水實驗過程後進行取樣檢定，如下：
注水
A)自動取樣器運行前在取樣裝置的上遊通過連接閥、過濾器、壓力表、管線、泵、流量計等設備，向主管道中注入已知數量的水。
B)水注入點遠離取樣系統上遊的元件，同時需經過取樣系統的混和設備。
C)注水量在規定時間內一般為佔主管道介質流量的1-5％，由於本項目系統在做實驗時輸油量大需要的注入量就大，且注入水後無法分離，在技術可行的前提下經與海關、商檢協商，將注入水量調整為為管輸量的0.6％左右。
D)注水時間不少於1小時，以便採集充足的注水樣品。
E)水從管線底部以一定的速度注入，注入過程中不能對產品產生其它的混和作用。注水的速度方向與主管道中介質的速度和方向是相同的。
F)測量水體積的流量計精度優於±2％。
檢定
取樣檢定是在最差的條件下進行的，分別在測試前、測試中、測試後收集3個樣品。操作取樣器收集注水前1小時的樣品，然後再收集注水過程中1小時的樣品，當所有注水介質通過取樣器後，再操作取樣器接收1小時的樣品，確定在測試前和測試後樣品中的水含量，測試所得的兩個含水量值之間不能超過0.1％。最終通過分析取樣得到的樣品中水含量與注入水含量的一致性來判斷整個取樣系統的性能，這是一個百分比量值，該量值在0.05％之內為國際上公認的準確度的最高級別。本項目的自動取樣系統準確度經注水檢驗達到了這一級別。
本項目設計的自動取樣系統經注水實驗檢定結果如下：原油中含水量經分析0.0504％(取樣分析)，注水一小時注水量百分比為0.6267％(根據流量計計量的水量及輸油量的計算得出)，測試過程中通過取樣分析得水含量為0.6684％，最終取樣分析與實際的注水量的偏差是-0.0087％(0.6684-0.6267-0.0504)，這滿足國際標準最高級別要求。該系統經過8年多的使用，運行穩定，自投入運行以來，每天取樣10L左右，每天操作10000多次，每動作一次取樣1mL。
本例經試用，提高了在線取樣系統的可信性、準確性、重複性、穩定性，利於日後的維護、檢修等多方面優點,並且結構緊湊、安裝簡單、運輸方便，可以實現露天橇裝設置，節省了佔地空間及運行操作間。
以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。