Стенд для испытаний сепарационного оборудования

Стенд для испытаний сепарационного оборудования предназначен для испытания газовых сепараторов, и может использоваться для испытаний газовых сепараторов, предназначенных для газовой, нефтяной, химической и других отраслей промышленности. Стенд для испытаний сепарационного оборудования содержит сепаратор, связанный сливным патрубком с накопительной емкостью, линию нагнетания газа в испытуемый сепаратор с запорной арматурой, сбросную линию из испытуемого сепаратора с запорной арматурой. К линии нагнетания газа через ресивер и блок подготовки воздуха подключен компрессор с фиксированными значениями давления и производительности, на линию нагнетания последовательно установлены входной манометр, дозатор механических примесей, дозатор жидкости, на сбросную линию - выходной манометр и выходной фильтр. Конструкция стенда обеспечивает высокую достоверность испытаний.

Полезная модель относится к устройствам для испытаний сепарационного оборудования, в частности к стендам для испытания газовых сепараторов, и может использоваться для испытаний газовых сепараторов, предназначенных для газовой, нефтяной, химической и других отраслей промышленности.

Из уровня техники известны стенды для испытаний газосепараторов, например, по патенту на изобретение SU 1521918 (опубл. 15.11.89 г.), по патенту на изобретение RU 2331861 (опубл. 20.08.2008 г), по патенту на изобретение RU 2425254 (опубл. 27.07.2011 г), по патенту на изобретение 2075654 (опубл. 20.03.1997), содержащие накопительную емкость с подключенным к ней газожидкостным сепаратором, насос для подачи жидкости, систему подготовки газожидкостной смеси, измерительную аппаратуру. Общий недостаток таких стендов - их применение ограничено испытаниями газожидкостных сепараторов для погружных электронасосных агрегатов для добычи нефти из скважин, они не рассчитаны для испытаний газовых сепараторов, предназначенных, например для сепарации природного газа, кроме того они не моделируют условия загрязнения сепарируемой среды твердыми частицами, к примеру, песком.

Известен стенд для испытания компрессоров с жидкостным поршнем по патенту на полезную модель RU 71708 (опубл. 20.03.2008) оснащенный системой испытания сепарационных устройств на выходе из компрессора с жидкостным поршнем, содержащей быстроразъемные соединения для подключения испытываемого сепаратора к нагнетательной линии компрессора и расходомер для контроля отделяемой сепаратором жидкости. Недостатками такого стенда являются: громоздкость, возможность контроля только количества отделяемой сепаратором жидкости, он не моделирует условия загрязнения сепарируемой среды твердыми частицами, к примеру, песком, большая стоимость из-за входящего в состав стенда расходомера.

Известен стенд для испытаний центробежных сепараторов топлива и масла по ГОСТ 17601-90, включающий испытуемый сепаратор, подключенный к баку для неочищенного продукта, устройство для ввода деэмульгатора, насос циркуляционный, устройство для ввода загрязнителя, к примеру, графит и сурик железный, устройство для ввода воды, устройства для отбора проб до и после сепаратора, устройство для регулирования производительности, бак для буферной воды, подогреватель, манометры, расходомер, бак для очищенного продукта, бак для отсепарированной воды и шлама, насос и т.д. Недостатками устройства является: громоздкость; качество сепарации среды оценивается анализом и сравнением проб среды, отобранных до и после сепарации, при этом пробы берутся дважды с интервалом не менее 1 мин, такой метод оценки не учитывает эффективность работы сепаратора в течение длительного времени, а также возможность неравномерного поступления загрязнений в сепарируемую среду; устройство не предназначено для испытания газовых сепараторов; недостаток также большая стоимость из-за входящего в состав стенда расходомера.

Известно устройство для испытаний сепарационного оборудования по патенту на полезную модель RU 146825 (опубл. 20.10.2014), включающее сепарационный блок, связанный сливным патрубком с накопительной емкостью, блок нагнетания газа, теплообменный аппарат, блок управления, предназначенный по принятому от датчика температуры показанию, установленного на линии нагнетания газа, формировать управляющие воздействия для теплообменного аппарата, подключенного к расходомеру, предназначенному для контроля расхода газа, поступающего в сепарационный блок по линии нагнетания газа, на которой установлены дозатор жидкости, дозатор механических примесей, а также входной манометр с трубопроводом подачи давления и трубопроводом сброса давления, снабженным запорной арматурой, выход сепарационного блока подключен к блоку нагнетания газа, оборудованному байпасной линией, через фильтр, образуя при этом линию всасывания, на которой установлен выходной манометр, при этом входной манометр установлен после дозаторов, а дозатор механических примесей после дозатора воды. Недостатками такого стенда являются: расположение входного манометра после дозаторов может привести к его загрязнению, при этом его показания становятся недостоверными, расположение дозатора механических примесей перед сепарационным блоком также может привести к недостоверным результатам испытаний. При таком расположении дозаторов при исследовании режима работы сепарационного оборудования с одновременным загрязнением сепарируемой среды и жидкостью и механическими примесями, в начале эксперимента в сепарационный блок могут попасть сухие механические примеси, что нарушает условия испытываемого режима и влияет на достоверность результатов. Недостатком является также то, что, при использовании в качестве газа воздуха, в стенде не предусмотрена его подготовка, неподготовленный воздух, тем более забираемый в условиях испытательной станции промышленного предприятия, содержит загрязнители и влагу, применение неочищенного воздуха нарушает достоверность результатов испытаний. Недостатком также является недостаточная безопасность стенда - в таком стенде при аварийной ситуации, например, при превышении давления в сепарационном блоке выше допустимого, невозможно сбросить давление, подаваемое по трубопроводу подачи давления, полностью минуя стенд, часть давления по перемычке неизбежно пойдет на стенд. Кроме того такой стенд имеет большую стоимость из-за входящего в состав стенда расходомера, стоимость которого составляет от 30 до 300 тыс. руб. Это техническое решение выбрано за ближайший аналог заявляемой полезной модели.

Перед авторами стояла задача создания конструкции стенда для испытаний сепарационного оборудования лишенных указанных недостатков, а именно удешевление и упрощение конструкции за счет исключения применения расходомера, повышение достоверности результатов испытаний, повышение безопасности стенда.

Для достижения указанного технического результата стенд для испытаний сепарационного оборудования содержит испытуемый сепаратор, связанный сливным патрубком с накопительной емкостью, линию нагнетания газа в испытуемый сепаратор, на которой установлены входной манометр, дозатор жидкости, дозатор механических примесей и которая снабжена запорной арматурой, сбросную линию из испытуемого сепаратора, на которой установлены выходной манометр, выходной фильтр и которая снабжена запорной арматурой, стенд содержит также байпасную линию между линией нагнетания газа и сбросной линией, снабженную запорной арматурой, к линии нагнетания газа через ресивер и блок подготовки воздуха, содержащий влагомаслоотделитель и, по меньшей мере, один, предпочтительно два, воздушных фильтра, подключен компрессор с фиксированными значениями давления и производительности. Причем входной манометр расположен до дозаторов, дозатор жидкости расположен после дозатора механических примесей по ходу газа. Предпочтительно применение компрессора с автоматическим управлением, со ступенчатой регулировкой давления и производительности.

Выполнение стенда без расходомера и сопутствующего ему дополнительного оборудования, позволило упростить его конструкцию и удешевить стоимость стенда. Это также позволило удешевить эксплуатацию стенда, так как, например, требуется дополнительное обучение и аттестация работников для работы с расходомером. При этом расход газа определяется расчетом известными методами, к примеру, «Методом расчета потребления сжатого воздуха через опорожнение ресивера» (http://www.megapascal.ru/info/raschet_rashoda_szhatogo_vozduha/) по формуле:

, где:

L_B - искомое потребление сжатого воздуха, м³/мин;

V_R - объем ресивера, м³;

p_max - давление на время начала измерений, бар;

p_min - давление на время окончания измерений, бар;

t - продолжительность измерений, мин.

Применение компрессора с фиксированными значениями давления и производительности, с автоматическим управлением, со ступенчатой регулировкой давления и производительности упрощает проведение и контроль испытаний, позволяет проводить испытания на разных режимах по давлению и производительности, увеличивает достоверность результатов испытаний. Фиксированные значения давления и производительности компрессора позволяют заменить замер расхода газа расходомером достоверным расчетом.

Расположение входного манометра до дозаторов жидкости и механических примесей по ходу газа позволило исключит его засорение и тем самым увеличить достоверность результатов испытаний. Использование блока подготовки воздуха, содержащий влагомаслоотделитель и, по меньшей мере, один, предпочтительно два, воздушных фильтра для очистки воздуха, использование ресивера, который сглаживает пульсации давления от работы компрессора и обеспечивает бесперебойную подачу сжатого воздуха, также обеспечивает достоверность испытаний. Расположение дозатора жидкости после дозатора механических примесей исключает проскок сухих механических примесей в начале испытаний в режиме «жидкость + механические примеси» и увеличивает достоверность результатов испытаний на этом режиме.

Байпасная линия между линией нагнетания газа и сбросной линией, оборудованная запорной арматурой, позволяет в случае превышения нормированного давления на испытуемом сепараторе, открытием запорной арматуры на ней и перекрытием запорной арматуры на линии нагнетания газа, сбрасывать давление на стенде, полностью минуя испытуемый сепаратор и другое оборудование стенда, тем самым обеспечивая большую безопасность стенда по сравнению с ближайшим аналогом.

Отличительными признаками предлагаемого устройства от указанного выше известного, наиболее близкого к нему, является то, что стенд содержит байпасную линию между линией нагнетания и сбросной линией, снабженную запорной арматурой, к линии нагнетания газа через ресивер и блок подготовки воздуха, содержащий влагомаслоотделитель и по меньшей мере один, предпочтительно два, воздушных фильтра, подключен компрессор с фиксированными значениями давления и производительности, входной манометр расположен до дозаторов, дозатор жидкости расположен после дозатора механических примесей по ходу газа.

Совокупность всех указанных признаков позволяет создать конструкцию стенда для испытаний сепарационного оборудования, которая обеспечивает упрощение и удешевление конструкции за счет исключения применения дорогостоящего расходомера, повышение достоверности результатов испытаний, повышение безопасности стенда.

На фигуре представлена принципиальная схема стенда, где 1 - испытуемый сепаратор, 2 - сливной патрубок, 3 - накопительная емкость, 4 - линия нагнетания газа, 5 - запорная арматура линии нагнетания газа 4, 6 - входной манометр, 7 - дозатор механических примесей, 8 - дозатор жидкости, 9 - сбросная линия, 10 - запорная арматура сбросной линии 9, 11 - выходной манометр, 12 - выходной фильтр, 13 - байпасная линия, 14 - запорная арматура байпасной линии 13, 15 - ресивер, 16 - блок подготовки воздуха, 17 - компрессор.

Стенд работает следующим образом.

Компрессором 17 воздух подается в блок подготовки воздуха 16, состоящий из последовательно подключенных сепаратора-влагоотделителя и, по крайней мере одного, предпочтительно двух, воздушных фильтров, где воздух очищается от возможных примесей и влаги, которые могут повлиять на достоверность результатов испытаний, затем воздух подается в ресивер 15, который сглаживает пульсации давления от работы компрессора 17, аккумулирует сжатый воздух, обеспечивая бесперебойную подачу сжатого воздуха. После того, как компрессор 17 выйдет на необходимый для испытаний режим по давлению и производительности, сжатый воздух поступает в линию нагнетания газа 4, куда через дозатор механических примесей 7 и дозатор жидкости 8 в зависимости от вида испытаний подаются механические примеси и жидкость, или только механические примеси, или только жидкость. После каждого режима испытаний проводится продувка стенда. В качестве жидкости может применяться вода, в качестве механических примесей может применяться фракционированный песок. Образовавшаяся смесь поступает в испытуемый сепаратор 1, отделившийся в сепараторе 1 воздух поступает в атмосферу по сбросной линии 9, проходя перед этим через выходной фильтр 12 и окончательно очищаясь от загрязнений, а задержанные в сепараторе 1 загрязнения поступают через сливной патрубок 2 сепаратора 1 в накопительную емкость 3. Контроль давления осуществляется входным манометром 6, установленным на линии нагнетания газа 4 до дозаторов загрязнений и выходным манометром 11, установленным после сепаратора 1 до выходного фильтра 12, давление в сепараторе 1 также контролируется манометром (не показан), установленным непосредственно на сепараторе 1. Расход воздуха подаваемого на сепаратор 1 рассчитывается по приведенному выше методу или другими известными способами.

Определение количества уноса жидкости определяется как разность объемов между поступившей в сепаратор 1 через дозатор жидкости 8 жидкости и жидкости, поступившей в накопительную емкость 3. Определение количества уноса механических примесей определяется массой задержанных в выходном фильтре 12 механических примесей.

Запорная арматура 5, 10, 14 на линии нагнетания газа 4, сбросной линии 9 и байпасной линии 13 позволяет регулировать работу стенда при разных режимах. К примеру, перед началом испытаний последовательно открывается запорная арматура 14 на байпасной линии 13, закрываются запорная арматура 5, 10 на линии нагнетания 4 и сбросной линии 9, запускается компрессор 17, устанавливается требуемый режим работы компрессора 17 в соответствии с требуемым режимом испытаний сепаратора 1. Затем открывается запорная арматура 10 на сбросной линии 9, открывается запорная арматура 5 на линии нагнетания газа 4, перекрывается запорная арматура 14 на байпасной линии 13. Весь объем воздуха направляется в сепаратор 1. Кроме того, байпасная линия 13 между линией нагнетания газа 4 и сбросной линией 9, оборудованная запорной арматурой 14, позволяет в случае превышения нормированного давления на испытуемом сепараторе 1, открытием запорной арматуры 14 сбрасывать давление на стенде, при этом закрытием запорной арматуры 5 на линии нагнетания газа 4, прекращается подача давления на стенд, тем самым обеспечивается безопасность испытаний.

Заявляемое техническое решение стенда для испытаний сепарационного оборудования может быть осуществлено в условиях промышленного производства с использованием стандартного оборудования и технологии. При изготовлении стенда используются стандартный металлический прокат и металлические конструкции, стандартная трубопроводная арматура, стандартные средства измерения, имеющееся на рынке компрессорное оборудование.

Авторами разработан стенд, который был успешно реализован на производстве предприятия-разработчика, в стенде использован компрессор ДЭН-55Ш с фиксированными значениями и со ступенчатой регулировкой давления и производительности, с автоматической системой управления, обеспечивающей ввод параметров работы и контроль всех параметров работы установки. Блок подготовки воздуха состоит из последовательно подключенных сепаратора-влагоотделителя типа СЦ 1260Р и двух магистрально-воздушных фильтров серии ФВ, использован также ресивер типа РВ-900-10, выходной фильтр может быть воздушным или/и сепаратором-влагоотделителем. Характеристики компрессора представлены в таблице.

1. Стенд для испытаний сепарационного оборудования содержащий испытуемый сепаратор, связанный сливным патрубком с накопительной емкостью, линию нагнетания газа в испытуемый сепаратор на которой установлены входной манометр, дозатор механических примесей, дозатор жидкости, и снабженную запорной арматурой, сбросную линию из испытуемого сепаратора, на которой установлены выходной манометр и воздушный фильтр, и снабженную запорной арматурой, отличающийся тем, что к линии нагнетания газа через ресивер и блок подготовки воздуха, содержащий влагомаслоотделитель и, по меньшей мере, один воздушный фильтр, подключен компрессор с фиксированными значениями давления и производительности, входной манометр расположен до дозаторов, дозатор жидкости расположен после дозатора механических примесей по ходу газа.

2. Стенд для испытаний сепарационного оборудования по п. 1 отличающийся тем, что компрессор выполнен с автоматическим управлением, со ступенчатой регулировкой давления и производительности.

РИСУНКИ