RU2444721C1 - Method of determining number of ferromagnetic particles in liquid or gas stream - Google Patents

Abstract

FIELD: physics. ^ SUBSTANCE: method of determining number of ferromagnetic particles in a liquid or air stream, involving installation of a detachable element with a magnetic system perpendicular to a pipe, through which passes a portion of the stream moving through the pipe, characterised by that the liquid or gas passes through the detachable element, the liquid undergoes controlled collection with ferromagnetic particles for subsequent weighing, wherein the detachable element consists of a cylindrical housing with flanges for inlet and outlet of liquid or gas, and the inlet flange is hermetically connected to the collection pipe lying inside the pipe and moving in its cross-section from the horizontal axis to the inner surface and for synchronous joint movement with a permanent magnet which is joined through a telescopic rod. The magnetic system also consists of a permanent magnet which moves vertically on the outer surface of the cylindrical housing of the detachable element and ferromagnetic liquid which forms a film upon contact with the permanent magnet, which, in form of a piston, divides the cylindrical housing into a lower chamber for collection and a top chamber for subsequent weighing of the liquid or glass with ferromagnetic particles. ^ EFFECT: low power consumption and high accuracy of determining the number of ferromagnetic particles in a liquid or gas stream moving in a pipe. ^ 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к производству фильтров для улавливания твердых частиц с содержанием ферромагнитных примесей и может быть использовано для количественной оценки в закрытых трубопроводах ферромагнитных частиц в жидкости и газе.The invention relates to the production of filters for trapping solid particles containing ferromagnetic impurities and can be used for quantification in closed pipelines of ferromagnetic particles in liquid and gas.

Известен кольматажер (см. Шайдаков В.В., Малахов А.И., Емельянов А.В., Лаптев А.Б., Чернова К.В. Механические примеси в добываемой и транспортируемой продукции нефтяных и газовых месторождений // IV Конгресс нефтегазопромышленников России. Секция Н. «Наука и образование в нефтегазовом комплексе»: Сб. науч. ст. - Уфа: Изд-во УГНТУ, 2003 - с.12-132), состоящий из установленного параллельно трубопроводу цилиндрического корпуса, внутри которого помещен фильтрующий элемент, представляющий собой набивку из кварцевого песка, ограниченную по краям сетками и опорными перфорированными шайбами. На торцевых поверхностях цилиндрического корпуса посредством резьбового соединения установлены крышки, к которым крепятся подводящая и отводящая трубки.Known colmater (see Shaydakov V.V., Malakhov A.I., Emelyanov A.V., Laptev A.B., Chernova K.V. Mechanical impurities in the extracted and transported products of oil and gas fields // IV Congress of Oil and Gas Industrialists Section N. “Science and education in the oil and gas complex”: Sat scientific article - Ufa: Publishing House UGNTU, 2003 - pp. 12-132), consisting of a cylindrical housing installed parallel to the pipeline, inside which a filter element is placed , which is a packing of quartz sand, bounded at the edges by nets and op polar perforated washers. On the end surfaces of the cylindrical body by means of a threaded connection, covers are installed to which the supply and discharge tubes are attached.

Недостатками являются отсутствие возможности количественно оценить ферромагнитные частицы механических примесей определенного размера; отсутствие возможности корректно определить долю примесей в жидкости из-за уменьшения скорости потока, проходящего через кольматажер в результате увеличения гидравлического сопротивления в процессе забивания фильтрующего элемента механическими примесями; непродолжительная экспозиция кольматажера в потоке жидкости, связанная с быстрым уменьшением проницаемости фильтрующего элемента, вызванным его забиванием.The disadvantages are the inability to quantify ferromagnetic particles of mechanical impurities of a certain size; the inability to correctly determine the proportion of impurities in the liquid due to a decrease in the flow rate passing through the collimator as a result of an increase in hydraulic resistance in the process of clogging the filter element with mechanical impurities; a short exposure of the colmater in the fluid flow associated with a rapid decrease in the permeability of the filter element caused by clogging.

Известен способ определения количества ферромагнитных частиц в потоке жидкости или газа (см. патент РФ №2349900, МПК G01N 15/06. Опубл. 20.03.2009 г. Бюл. №8), включающий установку параллельно трубопроводу съемных элементов с магнитной системой, через которые проходит часть потока, транспортируемого по трубопроводу, взвешивание их до и после прохождения потока жидкости или газа, при этом устанавливаются один или несколько съемных элементов с магнитной системой, позволяющих пропускать жидкость или газ на разных уровнях трубопровода.A known method for determining the number of ferromagnetic particles in a fluid or gas stream (see RF patent No. 2349900, IPC G01N 15/06. Publ. March 20, 2009 Bull. No. 8), comprising installing parallel to the pipeline of removable elements with a magnetic system through which part of the flow is transported through the pipeline, weighing them before and after the passage of the fluid or gas flow, while one or more removable elements with a magnetic system are installed, allowing fluid or gas to pass at different levels of the pipeline.

Недостатком является энергоемкость процесса определения количества ферромагнитных частиц на различных уровнях трубопровода из-за необходимости установки нескольких съемных элементов, а также невысокая точность измерений при взвешивании, вследствие отсутствия регламентирования отбора ферромагнитных частиц. Так как конечное взвешивание осуществляется после освобождения съемного элемента от оставшейся жидкости или газа, в которой также может находиться некоторое количество неучтенных ферромагнитных частиц.The disadvantage is the energy intensity of the process of determining the number of ferromagnetic particles at different levels of the pipeline due to the need to install several removable elements, as well as the low accuracy of measurements during weighing, due to the lack of regulation of the selection of ferromagnetic particles. Since the final weighing is carried out after releasing the removable element from the remaining liquid or gas, which may also contain a certain number of unaccounted ferromagnetic particles.

Технической задачей предлагаемого изобретения является снижение энергоемкости и повышение точности определения количества ферромагнитных частиц в потоке жидкости или газа, транспортируемых в трубопроводе.The technical task of the invention is to reduce energy intensity and improve the accuracy of determining the number of ferromagnetic particles in a liquid or gas stream transported in the pipeline.

Технический результат достигается тем, что способ определения количества ферромагнитных частиц в потоке жидкости или газа, включающий установку перпендикулярно трубопроводу съемного элемента с магнитной системой, через которую проходит часть потока, транспортируемого по трубопроводу, пропускание жидкости или газа через съемный элемент, регулируемый отбор ее с ферромагнитными частицами для последующего их взвешивания, при этом съемный элемент состоит из цилиндрического корпуса с фланцами ввода и вывода жидкости или газа, а фланец ввода герметично соединен с трубкой отбора, расположенной внутри трубопровода и перемещающейся в поперечном сечении ее от горизонтальной оси до внутренней поверхности, и для синхронного совместного перемещения соединенной посредством телескопической тяги с постоянным магнитом, кроме того, магнитная система состоит из постоянного магнита, вертикально перемещающегося по наружной поверхности цилиндрического корпуса съемного элемента, и ферромагнитной жидкости, образующей при контакте с постоянным магнитом пленку, которая в виде поршня разделяет цилиндрический корпус на нижнюю камеру для отбора и верхнюю камеру для последующего взвешивания жидкости или газа с ферромагнитными частицами.The technical result is achieved in that a method for determining the number of ferromagnetic particles in a liquid or gas stream, including installing a removable element with a magnetic system perpendicular to the pipe, through which part of the stream transported through the pipe passes, passing liquid or gas through a removable element, controlled by ferromagnetic selection particles for their subsequent weighing, while the removable element consists of a cylindrical body with flanges for the input and output of liquid or gas, and the flange yes it is tightly connected to a sampling tube located inside the pipeline and moving in its cross section from the horizontal axis to the inner surface, and for simultaneous joint movement connected by a telescopic rod with a permanent magnet, in addition, the magnetic system consists of a permanent magnet moving vertically along the outer the surface of the cylindrical body of the removable element, and a ferromagnetic fluid forming a film in the form of a piston upon contact with a permanent magnet Split panes cylindrical body to the lower chamber and the upper chamber of selection for subsequent weighing of liquid or gas with ferromagnetic particles.

На фиг.1 приведена схема установки съемного элемента с магнитной системой для осуществления способа определения количества ферромагнитных частиц в потоке жидкости или газа: а) отбор жидкости или газа, движущегося по трубопроводу из потока в верхнем положении у внутренней поверхности, б) то же самое по центру трубопровода.Figure 1 shows the installation diagram of a removable element with a magnetic system for implementing the method for determining the number of ferromagnetic particles in a liquid or gas stream: a) the selection of a liquid or gas moving through the pipeline from the stream in the upper position near the inner surface, b) the same for the center of the pipeline.

Перпендикулярно горизонтальной оси трубопровода 1 установлен съемный элемент 2, состоящий из цилиндрического корпуса 3 с фланцами ввода 4 и вывода 5 контролируемого потока жидкости или газа, при этом фланец ввода 4 соединен с трубкой отбора 6, обеспечивающий поступление частиц потока с различного уровня: от центра горизонтального трубопровода 1 до его внутренней поверхности. При этом трубка отбора 6 соединена телескопической тягой 7 с постоянным магнитом 8, расположенным на наружной поверхности цилиндрического корпуса 3. Магнитная система представляет собой постоянный магнит 8 и пленку 9 из ферромагнитной жидкости, расположенной внутри цилиндрического корпуса 3, которая в виде поршня разделяет внутреннюю емкость цилиндрического корпуса 3 на нижнюю камеру 10 для перемещения через фланец ввода 4 и вывода 5 исследуемого потока жидкости или газа и верхнюю камеру 11 для сбора и последующего определения, например, взвешиванием количества ферромагнитных частиц, отобранных из нижней камеры 10.Perpendicular to the horizontal axis of the pipeline 1, a removable element 2 is installed, consisting of a cylindrical body 3 with input 4 flanges and output 5 of a controlled liquid or gas flow, while the input flange 4 is connected to a sampling tube 6, providing flow particles from different levels: from the center of the horizontal pipeline 1 to its inner surface. In this case, the selection tube 6 is connected by a telescopic rod 7 with a permanent magnet 8 located on the outer surface of the cylindrical body 3. The magnetic system is a permanent magnet 8 and a film 9 of ferromagnetic fluid located inside the cylindrical body 3, which in the form of a piston separates the inner capacity of the cylindrical body 3 to the lower chamber 10 for moving through the input 4 flange and output 5 of the investigated flow of liquid or gas and the upper chamber 11 for collection and subsequent determination, for example, stitching the number of ferromagnetic particles selected from the lower chamber 10.

На фланцах ввода 4 и вывода 5 установлены вентили 12 и 13 для перекрытия потока жидкости или газа.On the flanges of input 4 and output 5, valves 12 and 13 are installed to shut off the flow of liquid or gas.

Заявляемый способ действует следующим образом.The inventive method operates as follows.

Сначала съемный элемент 2 взвешивают с магнитной системой, а затем с помощью фланцев 4 и 5 устанавливают его перпендикулярно горизонтальной оси трубопровода 1. При этом фланец 4 дополнительно соединяют с трубкой отбора 6, которая установлена таким образом, что отбор жидкости или газа осуществляется с центральной горизонтальной оси трубопровода 1, и открывают вентили, сначала 12, потом 13 на фланцах 4 и 5. В результате воздействия скоростного напора (динамического давления) жидкости или газа телескопическая тяга 7 перемещает по вертикали постоянный магнит 8 и соответственно пленку 9, увеличивая объем нижней камеры 10 до размеров, обеспечивающих беспрепятственное пропускание жидкости с максимальным расходом (что соответствует максимальному скоростному напору потока в зоне расположения трубки отбора 6), ее через фланцы ввода 4 и вывода 5 при открытых вентилях 12 и 13, т.е. без возрастания гидравлического сопротивления съемного элемента 2, что определяется экспериментально в зависимости от вязкости исследуемого потока (см., например, Чугуев P.P. Гидравлика энергии. 1975, - 600 с., ил.).First, the removable element 2 is weighed with a magnetic system, and then with the help of flanges 4 and 5 it is installed perpendicular to the horizontal axis of the pipeline 1. In this case, the flange 4 is additionally connected to a sampling tube 6, which is installed so that the selection of liquid or gas is carried out with a central horizontal the axis of the pipeline 1, and the valves open, first 12, then 13 on the flanges 4 and 5. As a result of the influence of the high-speed pressure (dynamic pressure) of the liquid or gas, the telescopic rod 7 moves vertically constant the fifth magnet 8 and, accordingly, the film 9, increasing the volume of the lower chamber 10 to sizes that allow unhindered transmission of liquid with a maximum flow rate (which corresponds to the maximum high-speed flow head in the area of the selection tube 6), it through the inlet 4 and outlet 5 flanges with open valves 12 and 13, i.e. without increasing the hydraulic resistance of the removable element 2, which is determined experimentally depending on the viscosity of the studied flow (see, for example, Chuguev P.P. Hydraulics of energy. 1975, - 600 s., ill.).

В случае наличия ферромагнитных частиц любых размеров, а следовательно, и увеличения массы исследуемого потока, который при наличии ферромагнитных частиц переходит в состояние двухкомпонентного потока с возрастанием давления, представляющим собой суммарный динамический напор: собственно динамический напор жидкости или газа и дополнительно - движущиеся ферромагнитные частицы (см., например, Седов Л.И. Механика сплошных сред. М.: Недра, 1970, - 469 с., ил.).In the case of the presence of ferromagnetic particles of any size and, consequently, an increase in the mass of the studied flow, which in the presence of ferromagnetic particles becomes a two-component flow with increasing pressure, which is the total dynamic pressure: the dynamic pressure of the liquid or gas itself and, in addition, moving ferromagnetic particles ( see, for example, Sedov L.I. Continuum Mechanics.M .: Nedra, 1970, 469 pp., ill.).

В результате в нижней камере 10 повышается давление, и пленка 9 разрывается, сбрасывая ферромагнитные частицы с жидкостью или газом в верхнюю камеру 11. Здесь ферромагнитные частицы или накапливаются до определенного количества, а потом взвешиваются, или же непрерывно взвешиваются, что осуществляется известными способами контроля, и в предлагаемой заявке не рассматриваются.As a result, the pressure increases in the lower chamber 10, and the film 9 breaks, dropping the ferromagnetic particles with liquid or gas into the upper chamber 11. Here, the ferromagnetic particles are either accumulated to a certain amount and then weighed or continuously weighed, which is carried out by known control methods, and the proposed application is not considered.

По мере необходимости определяется концентрация ферромагнитных частиц: на различных уровнях по сечению трубопровода 1 трубка отбора 6 перемещается перпендикулярно потоку движущейся жидкости или газа, что позволяет осуществить отбор на различных уровнях. В связи с тем, что скорость динамического напора от центра трубопровода 1 к внутренней его поверхности уменьшается, следовательно, и уменьшается воздействие на телескопическую тягу 7, тогда и высота подъема постоянного магнита 8 снижается. В этом случае объем нижней камеры 10 также уменьшается и пропорционально уменьшается величина части потока жидкости или газа, проходящего через фланцы 4 и 5 с вентилями 11 и 12.As necessary, the concentration of ferromagnetic particles is determined: at different levels along the cross-section of the pipeline 1, the sampling tube 6 moves perpendicular to the flow of a moving liquid or gas, which allows sampling at different levels. Due to the fact that the speed of the dynamic pressure from the center of the pipeline 1 to its inner surface decreases, therefore, the effect on the telescopic rod 7 decreases, then the elevation height of the permanent magnet 8 decreases. In this case, the volume of the lower chamber 10 also decreases and the proportion of the portion of the liquid or gas flow passing through the flanges 4 and 5 with valves 11 and 12 is proportionally reduced.

Наличие ферромагнитных частиц в исследуемой жидкости или газе приводит к возрастанию давления в нижней камере 10, а так как ее объем уменьшается, то и разрыв пленки 9 осуществляется при меньшем возрастании давления с последующим отбором в верхнюю камеру 11 ферромагнитных частиц для последующего взвешивания.The presence of ferromagnetic particles in the liquid or gas under study leads to an increase in pressure in the lower chamber 10, and since its volume decreases, the film 9 ruptures with a smaller increase in pressure, followed by selection of ferromagnetic particles into the upper chamber 11 for subsequent weighing.

Следовательно, использование телескопической тяги 7, соединяющей трубку отбора 6 с постоянным магнитом 8 для синхронного перемещения ферромагнитной пленки 9 и, соответственно, изменения объема нижней камеры 10 в зависимости от уровня проводимого отбора жидкости или газа с ферромагнитными частицами из трубопровода 1, позволяет более точно оценивать количественные показатели по наличию загрязнений в движущемся потоке.Therefore, the use of a telescopic rod 7 connecting the sampling tube 6 with a permanent magnet 8 for synchronous movement of the ferromagnetic film 9 and, accordingly, changing the volume of the lower chamber 10 depending on the level of the conducted selection of liquid or gas with ferromagnetic particles from the pipeline 1, allows you to more accurately evaluate quantitative indicators of the presence of pollution in a moving stream.

Для отключения от процесса измерения количества ферромагнитных частиц съемный элемент 2 перекрывает вначале вентиль 4, потом вентиль 5.To disconnect from the process of measuring the number of ferromagnetic particles, the removable element 2 first closes the valve 4, then the valve 5.

Оригинальность предлагаемого технического решения по повышению качественной оценки определения количества ферромагнитных частиц и снижения энергоемкости отбора части потока жидкости или газа с разных уровней трубопровода обеспечивается тем, что улавливание частиц любого размера, а следовательно, и массы достигается путем разрыва ферромагнитной пленки, входящей в магнитную систему, в процессе пропускания части движущегося потока жидкости или газа и последующего накопления для измерения, например, взвешиванием. При этом отбор части потока жидкости или газа осуществляется с использованием одного съемного элемента, обеспечивающего качественную оценку количественного наличия ферромагнитных частиц на любом уровне трубопровода.The originality of the proposed technical solution to improve the quality assessment of determining the number of ferromagnetic particles and reduce the energy intensity of taking part of a liquid or gas stream from different levels of the pipeline is ensured by the capture of particles of any size, and therefore mass, by breaking a ferromagnetic film included in the magnetic system, in the process of passing part of a moving stream of liquid or gas and subsequent accumulation for measurement, for example, by weighing. At the same time, part of the fluid or gas flow is selected using one removable element, which provides a qualitative assessment of the quantitative presence of ferromagnetic particles at any level of the pipeline.

Claims (1)

Способ определения количества ферромагнитных частиц в потоке жидкости или газа, включающий установку перпендикулярно трубопроводу съемного элемента с магнитной системой, через которую проходит часть потока, транспортируемого по трубопроводу, отличающийся тем, что осуществляется пропускание жидкости или газа через съемный элемент, регулируемый отбор ее с ферромагнитными частицами для последующего их взвешивания, при этом съемный элемент состоит из цилиндрического корпуса с фланцами ввода и вывода жидкости или газа, а фланец ввода герметично соединен с трубкой отбора, расположенной внутри трубопровода и перемещающейся в поперечном сечении ее от горизонтальной оси до внутренней поверхности, и для синхронного совместного перемещения соединенной посредством телескопической тяги с постоянным магнитом, кроме того, магнитная система состоит из постоянного магнита, вертикально перемещающегося по наружной поверхности цилиндрического корпуса съемного элемента, и ферромагнитной жидкости, образующей при контакте с постоянным магнитом пленку, которая в виде поршня разделяет цилиндрический корпус на нижнюю камеру для отбора и на верхнюю камеру для последующего взвешивания жидкости или газа с ферромагнитными частицами. A method for determining the number of ferromagnetic particles in a liquid or gas stream, including installing a removable element with a magnetic system perpendicular to the pipe, through which a part of the stream transported through the pipe passes, characterized in that the liquid or gas is passed through the removable element, and its selection with ferromagnetic particles is controlled for subsequent weighing, while the removable element consists of a cylindrical body with flanges for the input and output of liquid or gas, and the input flange it is metically connected to a sampling tube located inside the pipeline and moving in its cross section from the horizontal axis to the inner surface, and for simultaneous joint movement of the permanent magnet connected via telescopic traction, in addition, the magnetic system consists of a permanent magnet moving vertically along the outer surface a cylindrical housing of a removable element, and a ferromagnetic fluid forming a film upon contact with a permanent magnet, which in the form of a piston It has a cylindrical body on the lower chamber for sampling and on the upper chamber for subsequent weighing of a liquid or gas with ferromagnetic particles.