научная статья по теме СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОТОЧНЫХ ВИБРАЦИОННЫХ ВИСКОЗИМЕТРОВ НЕФТИ Метрология

Текст научной статьи на тему «СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОТОЧНЫХ ВИБРАЦИОННЫХ ВИСКОЗИМЕТРОВ НЕФТИ»

531.758+528.563

Сравнительные исследования поточных вибрационных вискозиметров нефти

А. В. ДОМОСТРОЕВ*, А. А. ДЕМЬЯНОВ*, О. В. КЛИМ**, Д. А. ЮДЧЕНКО**

* Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии им. Д. И. Менделеева,

С.-Петербург, Россия, e-mail: a.v.domostroev@vniim.ru ** Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных

технологий, механики и оптики, С.-Петербург, Россия

Рассмотрены проблемы метрологического обеспечения рабочих преобразователей вязкости нефти на месте их эксплуатации. Предложен метод поверки с применением мобильной эталонной установки. На основе сравнительных экспериментальных данных рассмотрена альтернатива для эталонного преобразователя вязкости.

Ключевые слова: вязкость нефти, мобильная поверочная установка, вибрационный преобразователь вязкости.

The problems of metrological assurance of working oil viscosity converters on site of operation are considered. The verification method with use of mobile reference installation is suggested. On the base of comparative experimental data the alternative for the reference converter of viscosity is considered.

Key words: oil viscosity, mobile calibration installation, vibration converter of viscosity.

В настоящее время одной из первоочередных задач метрологического обеспечения нефтяной промышленности является разработка методов поверки и калибровки поточных преобразователей количества и качества нефти на месте их эксплуатации. Методы поверки и калибровки, предусматривающие демонтаж преобразователей из трубопровода и доставку в испытательные лаборатории к специализированным стендам, в подавляющем большинстве значительно дороже по причине дополнительных затрат на вывоз и обратную доставку, а также необходимости иметь резервный преобразователь для обеспечения измерений во время демонтажа основного. Кроме этого, данные методы имеют существенные недостатки, связанные с тем, что поверка и калибровка на испытательных стендах часто проводится с применением жидкостей-иммитаторов, а не реальной рабочей среды; в некоторых случаях это может приводить к возникновению неучтенной систематической погрешности показаний. Для поточных преобразователей расхода данная проблема решается еще на стадии проектирования комплектованием систем измерений количества и качества нефти стационарным эталонным оборудованием в виде тру-бопоршневых установок или компакт-пруверов, позволяющих проводить поверку и калибровку непосредственно в рабочей среде без демонтажа преобразователей и остановки процесса. Для метрологического обеспечения поточных плотномеров нефти применяются переносные пикнометричес-кие установки — рабочие эталоны 1-го разряда, также позволяющие проводить поверку и калибровку (в одной точке измерений) без демонтажа плотномера из линии и остановки процесса измерений. В настоящее время поточные вискозиметры нефти менее всего обеспечены достоверными методами поверки и калибровки. В первую очередь, это связано с существенным недостатком всех известных методик передачи единицы вязкости от государственного первичного эталона вязкости (ГПЭ) ГЭТ17 по поверочной схеме рабочим поточным вискозиметрам нефти: воспроизведение, хранение единицы вязкости на ГПЭ и ее передача происходят с применением ньютоновских жидкостей. В

дальнейшем рабочие вискозиметры используют для измерений вязкости нефти, которая по своим свойствам отличается от ньютоновской жидкости.

В абсолютном большинстве в качестве поточных вискозиметров нефти служат вибрационные вискозиметры камертонного типа, измеряющие динамическую вязкость. В 1990-х годах была попытка применять вискозиметры с падающим шариком производства Японии. Они измеряют кинематическую вязкость, менее надежны в эксплуатации из-за наличия движущихся частей в конструкции и, как следствие, подвержены механическому износу, чувствительны к вибрациям и требуют строгого соблюдения угла наклона измерительной трубки относительно вертикали.

Первой попыткой метрологически обеспечить поточные вискозиметры нефти стала поставка в СССР лабораторных эталонных установок для поверки и калибровки поточных вискозиметров с падающим шариком производства фирмы JWS, Япония. Метод поверки (калибровки) заключался в перекачке жидкости-компаратора через поверяемый (калибруемый) и эталонный вискозиметры при одинаковых значениях давления и температуры. В качестве эталонного средства измерений (СИ) применялся подобный вискозиметр с падающим шариком, но имеющий не один, а два детектора положения шарика (верхний и нижний), чем обеспечивалась меньшая погрешность результатов измерений. При калибровке рабочего вискозиметра использовались три жидкости-компаратора с номинальными значениями вязкости из нижней трети, середины и верхней трети диапазона измерений рабочего вискозиметра.

Три аналога японской установки в качестве эталонного СИ до сих пор эксплуатируются в лаборатории Омского филиала ОАО «Транссибнефть», а также в Татарстане и Краснодарском крае. На данных установках поверяют (калибруют) уже не шариковые вискозиметры, а вискозиметры вибрационного принципа действия. К сожалению, вискозиметры с падающим шариком фирмы JWS уже длительное время сняты с производства, запасных частей не поставляется, поэтому установки на их основе обречены на вывод из эксплуатации по причине механического износа эталонных СИ.

В 2008 г. была предпринята попытка в составе стенда для поверки (калибровки) вибрационных вискозиметров в качестве эталонного применить вискозиметр аналогичного принципа действия. Для этой цели на фирме-изготовителе, тогда еще называвшейся «Solartron Mobrey Ltd» (Великобритания), из партии преобразователей вязкости модели 7829 были отобраны два преобразователя с наилучшими метрологическими характеристиками. В дальнейшем их исследовали в рамках испытаний с целью утверждения типа в лаборатории госэталонов плотности и вязкости во ВНИИМ. В результате испытаний в лабораторных условиях преобразователи подтвердили заявленную погрешность 0,5 % для диапазона вязкости 10—100 мПа ■ с. Преобразователи были заявлены на испытания как цифровые вискозиметры Solartron 7829 Master — рабочие эталоны 2-го разряда в соответствии с поверочной схемой. На их основе были созданы и сертифицированы две поверочные установки. Однако запас по точности эталонных вискозиметров 7829 Master (0,5 %) по отношению к рабочим преобразователям 7829 (1 %) явно недостаточен. В данный момент одна из установок находится в испытательной лаборатории ОАО «Транснефть» (Ярославль), вторая в испытательной лаборатории ООО «ИМС Индастриз» (Москва). Обе установки имеют стационарное исполнение, реализуют метод перекачки жидкости при одинаковых условиях через поверяемый и эталонный вискозиметры и в качестве жидкостей-иммитаторов применяют ньютоновские жидкости. Ввод в эксплуатацию этих установок хотя и явился безусловным шагом вперед в области метрологического обеспечения поточных преобразователей вязкости, но проблему отсутствия методов поверки (калибровки) на месте эксплуатации он не решил. Рабочие преобразователи вязкости по прежнему необходимо демонтировать и отправлять в лабораторию для проведения поверки.

Для решения этой проблемы во ВНИИМ был разработан эскизный проект мобильной поверочной установки. Она предназначена для подсоединения непосредственно к трубопроводам блока измерения качества (БИК) нефти и к фитингам для подключения пикнометрической установки. Метод поверки, реализуемый на мобильной установке, заключается в перекачивании нефти из БИК через рабочий и эталонный вискозиметры при одинаковых значениях давления и температуры. Основным препятствием для внедрения установки явилось отсутствие поточного вискозиметра, который можно было бы применить в качестве эталонного. Необходимый запас по точности имел только шариковый вискозиметр фирмы JWS с двумя детекторами, но он, как было указано выше, снят с производства. Тогда был выбран преобразователь вязкости модели 7829 Master. В течение 2012 г. во ВНИИМ были исследованы шесть таких преобразователей, но уже производства фирмы «Mobrey Ltd» (Великобритания). Заявленные производителем характеристики (относительная погрешность 0,5 %, приведенная к верхней границе диапазона измерений 100 мПа ■ с), подтвердились только после проведения перекалибровки приборов в лаборатории. Чтобы выяснить, насколько будут стабильны метрологические характеристики этих приборов в условиях их эксплуатации в качестве эталонных вискозиметров, в составе поверочных установок необходимы дополнительные исследования. Какие-либо выводы можно будет сделать через год при поступлении 7829 Master на периодическую поверку.

Осенью 2012 г. во ВНИИМ для исследований была предоставлена новая модификация поточного преобразовате-

ля XL7 фирмы Hydramotion (Великобритания). Производителем была заявлена сходимость результатов измерений вязкости на уровне 0,1 % (для сведения: 0,1 % — погрешность воспроизведения единицы вязкости на ГЭТ17). Преобразователь XL7 был подвергнут испытаниям в лаборатории для определения действительного значения относительной погрешности. Частью программы исследований стали сравнительные испытания преобразователей вязкости XL7 и 7829 в одинаковых лабораторных условиях с жидкостями различной вязкости, изучения реакции преобразователей на наличие свободного газа в измеряемой среде, а также выяснения возможности применения XL7 в качестве эталонного прибора в составе стационарных и мобильных установок для поверки и калибровки рабочих преобразователей вязкости моделей 7827/7829.

Для испытаний преобразователей применяли циркуляционный жидкостный термостат с погрешностью поддержания температуры ± 0,02 °С, ртутные термометры ценой деления 0,01 °С. В ванну циркуляционного термостата помещали прозрачные цилиндры из кварцевого стекла диаметрами 150 и 80 мм с разными жидкостями. В качестве рабочих применяли ньютоновские жидкости (минеральные масла). Исследуемые преобразователи устанавливали на цилиндры с жидкостями и ориентировали по осям последних при помощи переходных центрирующих колец (рис. 1).

Рассмотрим характеристики и принцип дейс

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Метрология»