МИНИСТЕРСТВО ПРОМЫШЛЕННОСТИ
И ТОРГОВЛИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО
ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УНИТАРНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ

ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ
РАСХОДОМЕТРИЯ (ФГУП ВНИИР)

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАУЧНЫЙ МЕТРОЛОГИЧЕСКИЙ ЦЕНТР

РЕКОМЕНДАЦИЯ

Государственная система обеспечения единства измерений

СОДЕРЖАНИЕ КАПЕЛЬНОЙ ЖИДКОСТИ
В ПОТОКЕ ПРИРОДНОГО И ПОПУТНОГО ГАЗА

Методика выполнения измерений

МИ 3270-2010

Казань 2010

ПРЕДИСЛОВИЕ

СОДЕРЖАНИЕ

 

1 Вводная часть

Настоящая рекомендация устанавливает методику выполнения измерений (далее - МВИ) содержания капельной жидкости в потоке природного и попутного газа (далее - газ).

МВИ предназначена для измерений массы капельной жидкости, содержащейся в единице объема газа, приведенного к температуре 20 °С и давлению 0,101325 МПа (далее - стандартные условия).

Диапазон измерений по данной методике от 2 до 5000 мг/м³.

МВИ применяют для оценки качества газа в процессе подготовки и сепарации, и определении потерь нефти при ее добыче из-за уноса газом.

2 Требования к погрешности измерений

Границы допускаемой относительной погрешности измерений по данной методике ± 10 % при доверительной вероятности 0,95.

3 Средства измерений и вспомогательное оборудование

3.1 При выполнении измерений применяют следующие средства измерений и другие технические средства:

3.1.1 Счетчик газа NPM - G4 по ТУ 4213-004-45737844-01 с пределами допускаемой относительной погрешности ± 3 %;

3.1.2 Манометр МПЗ-Уф, с верхним пределом измерений 0,6 кгс/см², кл. т. 1,5 по ТУ 421200-389-0411113635-04;

3.1.3 Термометр ТЛ-2К № 1 по ТУ 25-2022.0006-90, с диапазоном измерения от минус 30 до плюс 70 °С и ценой деления 1,0 °С;

3.1.4 Весы лабораторные микрокомпьютерные с диапазоном измерения 20 ... 200 г, и пределами допускаемой абсолютной погрешности ± 5 мг;

3.1.5 Пробозаборник ИКЖ-3 по ТУ 39-1034-85 (Приложение А);

3.1.6 Индикатор расхода (ротаметр ЭМИС-МЕТА 210 по ТУ 4213-028-14145564-2009);

3.1.7 Барометр-анероид контрольный М-67 по ТУ 2504-1797-75;

3.1.8 Шкаф сушильный с верхним пределом регулирования температуры 150 °С по ТУ 64-1-1411-76;

3.1.9 Гексан ч.д.а. по ТУ 2631-003-05807999-98;

3.1.10 Кальций хлористый безводный по ТУ 6-09-4711-81;

3.1.11 Стакан В-1-250 ТХС ГОСТ 25336;

3.1.12 Вставка для эксикатора 1-230 ГОСТ 9147;

3.1.13 Эксикатор 2-250 ГОСТ 25336-82;

3.1.14 Фильтровальный патрон с площадью фильтрации не менее 50 см² (10 слоев ткани фильтровальной из стекловолокна ТСФ (7-А)-7с(90)) по ГОСТ 10146;

3.1.15 Пакеты полиэтиленовые с замком zip-lock и размером 12´17 см.

3.2 Допускается применение других средств измерений, метрологические характеристики которых не уступают указанным в п. 3.1.

3.3 Все применяемые средства измерений должны быть внесены в Государственный реестр средств измерений и иметь действующие свидетельства (клейма) о поверке, а вспомогательное оборудование проверено на работоспособность.

4 Метод измерения

Измерение содержания капельной жидкости в потоке газа выполняют методом фильтрации.

Суть метода заключается в измерении массы жидкости, уловленной фильтрующим элементом пробозаборника ИКЖ-3, при истечении через него фиксированного количества газа.

5 Требования безопасности, охраны окружающей среды

5.1 При выполнении измерений соблюдают требования в области охраны труда и промышленной безопасности:

- ПБ 08-624-2003 «Правила безопасности в нефтяной и газовой промышленности»;

- ФЗ «Об основах охраны труда в Российской Федерации» № 181-РФ от 17.07.1999 г.

- приведенные в паспортах на средства измерений и вспомогательное оборудование в области пожарной безопасности:

- «Правила пожарной безопасности в Российской Федерации», 1994 г.

в области охраны окружающей среды:

- ФЗ от 10.01.2002 г. № 7-ФЗ «Об охране окружающей среды» и других законодательных актов по охране окружающей среды, действующих на территории РФ.

5.2 Участок газопровода с измерительным сечением должен быть оборудован рабочей площадкой и лестницей к ней. Площадка и лестница должны быть защищены заградительными устройствами и освещены. На площадке необходимо предусмотреть место для хранения и размещения измерительной аппаратуры; размер площадки должен обеспечивать возможность удобной и безопасной работы обслуживающего персонала численностью не менее двух человек.

6 Требования к квалификации операторов

К выполнению измерений допускают лиц, изучивших настоящую рекомендацию, инструкции по эксплуатации средств измерений и вспомогательного оборудования и прошедшие инструктаж по технике безопасности.

7 Условия измерений

При выполнении измерений соблюдают следующие условия:

- температура окружающей среды, °С	от минус 30 до плюс 35;
- температура исследуемого газа, °С	от минус 30 до плюс 70;
- диаметр газопровода, мм	от 65 до 700;
- давление в газопроводе, МПа	от 0,105 до 4,0;
- скорость газа в трубопроводе, м/с	от 1 до 30;

- отбор пробы в пробоотборник ИКЖ-3 производят при установившемся технологическом режиме (по расходу, температуре и давлению газа в газопроводе).

8 Подготовка к выполнению измерений

8.1 Подготовка пробоотборной точки

8.1.1 Место для монтажа пробозаборника ИКЖ-3 рекомендуется выбирать на вертикальном участке газопровода.

8.1.2 Пробоотборную точку следует располагать на прямом участке газопровода, на расстоянии от изгибов и местных сопротивлений не менее 5 - 6 диаметров трубопровода.

8.1.3 В соответствии с инструкцией по эксплуатации пробозаборника ИКЖ-3, в выбранной пробоотборной точке газопровода врезают клиновую задвижку, необходимую для подключения пробозаборника и выполнения измерений (Рис. А.2).

8.1.4 Для измерения температуры газа в точке отбора пробы в газопровод, на расстоянии не более 5 диаметров газопровода от пробоотборной точки, на глубину 0,3 ¸ 0,7 от его диаметра под углом 25 ¸ 40° к горизонту, врезают карман под термометр с внутренним диаметром гильзы от 13 до 15 мм.

8.1.5 Для измерения давления газа в точке отбора пробы, на расстоянии от 1 до 3 диаметров газопровода от измерительного сечения, в газопровод врезают закладную под манометр.

8.1.6 Допускается применение штатных средств измерений температуры и давления газа, если они установлены в соответствии требованиями п.п. 8.1.4, 8.1.5.

8.2 Выбор съемного наконечника

8.2.1 Сечение съемного наконечника пробозаборника рассчитывают исходя из требования равенства скоростей основного и отбираемого в ИКЖ-3 потоков газа (условие изокинетичности).

8.2.2 Определяют максимальную (S_Hmax, м²) и минимальную (S_Hmin, м) площадь внутреннего сечения съемного наконечника пробозаборника

                                                (1)

                                                (2)

где: Q_T - расход газа в газопроводе при стандартных условиях, м³/ч;

S_T - площадь внутреннего сечения газопровода, м²;

Q_{СЧ max}, Q_{СЧ min} - диапазон измерений (соответствующий максимальному и минимальному расходу газа через пробозаборник), Q_{СЧ max} = 6,0 м³/ч; Q_{СЧ min} = 0,04 м³/ч;

t₁ - температура газа в точке отбора пробы, °С.

8.2.3 Из трех наконечников выбирают наиболее близкий по площади сечения к расчетному S_{H min} £ S_H £ S_{H max}, и рассчитывают расход газа через пробозаборник, обеспечивающий условие изокинетичности при выполнении измерений (Q_СЧ, м³/ч)

                                               (3)

если расход измеряется в л/мин

                                       (4)

где: t₂ - температура газа, проходящего через счетчик.

8.2.4 Выбранный наконечник вворачивают в фильтровальный узел.

8.3 Укомплектовывают пробозаборник тремя фильтрующими патронами.

9 Выполнение измерений

9.1 Взвесить фильтрующий патрон с упаковкой (, мг), извлечь из упаковки, вставить его в пробозаборник и, в соответствии с руководством по эксплуатации, подсоединить последний к задвижке (Рис. А.2).

9.2 Открыть задвижку и установить с помощью регулятора по ротаметру расход газа через счетчик равным расчетному (, л/мин).

9.3 Опустить фильтровальный узел на такую глубину, чтобы центр наконечника располагался примерно по оси трубопровода и был направлен против потока газа.

9.4 Зафиксировать начальное показание счетчика (V_СЧ1, м³). Время отбора газа через пробозаборник устанавливают исходя из ожидаемой концентрации капельной жидкости. Масса жидкости, уловленной фильтром, должна быть не менее 100 мг и не более 4 г.

9.5 В зависимости от продолжительности отбора пробы газа, через каждые 5 - 30 минут фиксировать значение расхода газа в газопроводе и, в случае необходимости, ориентируясь на показания ротаметра (7), регулятором (8) корректировать расход газа через счетчик, обеспечивая соблюдение условия изокинетичности основного и отбираемого потоков газа. Соответствующий расход газа через счетчик рассчитывают по формуле (4).

9.6 Закрыть регулятор расхода, поднять патрубок с фильтровальным узлом и закрыть задвижку. Снять показание счетчика (), открыть регулятор расхода, отсоединить верхнюю часть пробозаборника, извлечь фильтрующий элемент, положить его в герметичную упаковку и взвесить ().

9.7 Использованный фильтрующий патрон извлечь из упаковки, полностью погрузить в стакан с гексаном на 20 минут. Поместить патрон в другой стакан и дать стечь гексану, затем промыть патрон тремя порциями свежего гексана по 250 мл, наливая гексан внутрь патрона. Промыть внешнюю поверхность патрона 250 мл гексана.

Сушить патрон на воздухе в течение 30 минут, затем в сушильном шкафу в течение трех часов при температуре 80 °С, охладить до комнатной температуры в эксикаторе с хлористым кальцием, герметично упаковать в полиэтиленовый пакет с замком zip-lock и провести контрольное взвешивание. Изменение массы патрона относительно первоначального значения  не должно превышать 5 мг.

9.8 Операции по п.п. 9.1 ... 9.7 повторить не менее трех раз, используя для каждого испытания новый фильтрующий патрон.

10 Обработка результатов измерения

10.1 Содержание капельной жидкости в потоке газа (q, мг/м³) рассчитывают по формуле

                                  (6)

где:

t_СЧ - температура газа, проходящего через счетчик, °С;

Р_СЧ - давление газа, проходящего через счетчик, МПа;

  - начальная и конечная масса фильтрующего элемента с упаковкой соответственно (до и после пропускания через него газа), мг;

i - номер испытания;

j - номер фильтровального патрона;

V_СЧi, V¢_СЧi - начальные и конечные показания счетчика (до и после пропускания через него газа), м³.

10.2 Если масса фильтрующего патрона после промывки и сушки (п. 9.7) изменится более, чем на 5 мг, то при повторном использовании этого патрона в расчетной формуле (6) должна использоваться новая его исходная масса .

10.3 За результат измерений содержания капельной жидкости принимают среднее арифметическое значение результатов трех испытаний, рассчитанных по формуле (5), при условии, что разность между наибольшим и наименьшим результатами испытаний не превышает 10 % от среднего арифметического.

11 Контроль точности результатов измерений

Контроль точности результатов измерений обеспечивают установлением допускаемого расхождения между результатами трех последовательных испытаний, проведенных на объекте со стабильным технологическим режимом. Разность между наибольшим и наименьшим значениями не должна превышать 10 % от среднего арифметического значения результата.

12 Оформление результатов

12.1 Результат измерений по данной МВИ записывают в следующем виде:

(q ± 0,1q) мг/м³

12.2 Результаты измерений оформляют записью в журнал по форме, приведенной в таблице 11.1.

Таблица 11.1

Приложение А
(обязательное)

Пробозаборник ИКЖ-3

Пробозаборники типа ИКЖ предназначены для отбора, при давлении и температуре в трубопроводе, определенного количества газа и улавливания находящейся в нем капельной жидкости.

Пробозаборники применяются для оценки качества сепарации газа и потерь нефти при ее добыче и подготовке.

А.1 Техническая характеристика пробозаборника ИКЖ-3

Максимальное давление в газопроводе, МПа	4,0
Температура газа в газопроводе, °С	от минус 30
	до плюс 70
Максимальный ход газоотборного блока, мм	600
Масса, кг, не более	13
Габаритные размеры, мм	1095´330´280
Рабочая среда	природный и попутный газ

А.2 Устройство пробозаборника ИКЖ-3

Пробозаборник состоит из газоотборного блока и лубрикатора (рис. А.1).

Газоотборный блок включает в себя: фильтровальный узел с корпусом (1), фильтрующим патроном (2) и сменным наконечником (3); газоотборный патрубок (4); регулятор расхода (5); направляющую хода (6) с линейной шкалой и привод (7).

Лубрикатор имеет в своем составе уплотнительный сальник (8), корпус (9), накидную гайку (10) и переходник (11).

А.3 Работа пробозаборника

Пробозаборник с помощью фланцевого переходника (1), через закрытую задвижку D_y65 (2) подсоединяется к газопроводу (рис. А.2). К лубрикатору (3) крепится счетчик газа (4) с манометром (5), термометром (6) и ротаметром (7). Вход счетчика соединяется с регулятором расхода (8) шлангом (9), а выход ротаметра шлангом (10) с атмосферой. Затем накидная гайка (11) откручивается, от лубрикатора отсоединяется газоотборный блок, в него вставляются (рис. А.1) взвешенный фильтрующий патрон (2) и наконечник (3).

К лубрикатору с помощью накидной гайки подсоединяется газоотборный блок, открывается задвижка, по ротаметру устанавливается с помощью регулятора необходимый расход газа, фильтровальный узел опускается с помощью привода в газопровод и фиксируется исходное показание счетчика.

После пропускания через фильтрующий патрон определенного количества газа регулятор расхода закрывается, снимается показание счетчика, фильтровальный узел поднимается в крайнее верхнее положение, закрывается задвижка, пробоотборный блок отсоединяется, из него вынимается фильтрующий патрон, он взвешивается, промывается растворителем и высушивается.

В случае низкого давления в трубопроводе (Р < 0,105 МПа), при откачке газа из аппарата компрессором, возможно подключение шланга (10) к газопроводу после секущей задвижки.

Рис. А.1

Рис. А.2

Приложение Б
(справочное)

Расчет погрешности измерения содержание капельной жидкости в потоке природного и попутного газа

1 Формулу (6) представим в следующем виде

                                                             (Б1)

где

v = V¢_CЧi - V_CЧi;

K = ((293,15 + t_сч)×0,101325)/(293,15×(P_бap + P_сч)).

2 Границы относительной погрешности измерения содержания капельной жидкости

                                           (Б2)

где

                                                     (Б3)

Погрешность манометра МПЗ-Уф = ± (0,6×1,5)/100 = ± 0,009 кг/см² = ± 0,0009 МПа;

погрешность барометра М-67 = ± 0,8 мм рт.ст. = ± 0,00011 МПа, что на порядок меньше, поэтому в дальнейших расчетах не учитывалась.

Отсюда

          (Б4)

где

DM = DG = ± 5 мг (погрешность весов);

при минимальной массе жидкости 100 мг (Dт/т)² = (7/100)² = 49Е-04;

DV = 3 % (погрешность счетчика);

(Dv/v)² = (1,4×0,03)² = 17,64E-04;

DT = 2 °C (погрешность термометра);

при минимальной температуре минус 30 °С (DТ/Т)² = (2/243)² = 0,6774Е-04;

DР = 1,5 % от 0,6 кг/см² = 0,009 кг/см² (погрешность манометра);

при минимальном давлении 0,105 МПа (DР/Р)² = (0,0009/0,105)² = 0,73469Е-04.

Приложение В
(справочное)

Перечень нормативных документов, использованных при разработке МВИ