本发明涉及一种输油管道在线取样方法，属于质量的检测和管道取样系统技术领域。
背景技术：
对于输油管道在线取样技术，以往工艺方法只是手动人工取样或在输油主管道上引出旁路，并在旁路上设置取样泵和取样设备，再将旁路引回注入主管道的方式。
此种取样方法的缺点为：1、未设置混合装置，无法保证管道内液体充分混合，取得样品可能不具代表性。2、未设置取样控制系统，无法实现对取样系统设备状态、电源情况、取样回路流速、取样频率的监控。3、未对取样回路进行流量测量，对取样回路中液流是否正常无法判断。4、由于管道介质清洁度不高，里面含有的杂质经常堵塞取样泵，造成取样泵的故障损坏、这样就无法实现在线取样连续进行。5、泵出口管线容易产生回流。6、未设置手动取样装置，系统故障无法取样。7、未设置备用回路，系统产生故障影响正常输油。8、未设置取样容器保护设施，容易产生样品溢出危险事故。9、未设置清洗接口，不利于系统维护，容易污染样品。10、未设置温度、压力检测仪表，缺少对回路工艺参数的监测。11、未实现流量控制，无法实现取样回路流量跟随主管道流量变化。12、未实现取样率及样品数量与主管道内流量成比例。
技术实现要素：
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种使输油管道在线取样操作更趋于标准化、便捷化、科学化、自动化，提高在线取样系统的取样代表性、准确性、连续性、可靠性和安全性，方便运行维护、监控管理、安装运输的输油管道在线取样方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种输油管道在线取样方法，包括以下步骤：
1)在主管道上设置有一段旁路，所述旁路的入口端接取样探头，所述取样探头接入主管道，液体经由取样探头进入旁路；
2)进入旁路的液体通过压力表进行压力检测；
3)压力检测后的液体通过过滤器进行过滤及排污；
4)过滤器两端并联有压差开关，并进行压差检测；
5)过滤器后接有取样泵，液体经取样泵加压；
6)取样泵出口设有压力表，再次进行压力检测；
7)取样泵出口接取样回路和喷射回路，喷射回路出口端经喷嘴将液体喷入主管道内，进入取样回路的液体继续进行下列流程；
8)排污；
9)在线密度检测；
10)排气；
11)取样品，并将样品留存；
12)取样品后剩余的液体依次经压力检测、温度检测、流量检测后最后汇入主管道；
其中，步骤4)中的压差检测、步骤5)中的取样泵加压、步骤9)中的在线密度检测、步骤11)中的样品留存相关控制、步骤12)中的压力检测、温度检测、流量检测各自将信号送至控制器，所述控制器接收上级控制系统的信号。
进一步的，旁路进口处设有手动取样阀，当旁路故障无法自动取样时，在步骤1)后进行手动取样。
进一步的，旁路进口处和取样回路出口处均设有清洗阀，两处清洗阀配合使用定期清洗旁路和取样回路。
进一步的，步骤5)中液体经取样泵加压通过并联冗余设置的两个取样泵实现。
进一步的，步骤8)中排污通过设置在取样回路入口的排污阀门实现，同时所述排污阀门设置在取样回路的最低点。
进一步的，步骤10)中的排气通过设置取样回路最高点的放空阀门实现，且通过手动控制。
进一步的，步骤11)为：通过冗余设置的两个取样控制阀接受控制器的信号开、关动作，每动作一次取出固定量的样品，其频率随主管道的流量变化而变化，主管道流量信号来自上级主控制系统；取样控制阀并联后接分液三通阀，分液三通阀接收控制器的命令将样品分入两个样品接收罐中，两个样品接收罐均安置在称重仪上，称重仪将信号上传控制器，根据样品接收罐的重量来判断样品取得的数量是否正确和样品接收罐的液位，据此控制分液三通阀的流向，通过以上过程完成取样品，并将样品留存。
进一步的，所述分液三通阀前设有安全泄放阀，当样品接收罐超压时，安全泄放阀打开。
进一步的，所述取样探头伸入主管道中心至主管道中心下部0.1D的位置，其中，D为主管道的直径。
进一步的，所述喷嘴31为中空直管，所述喷嘴31的底部封闭且与主管道底部结合，所述中空直管的外壁均匀设有若干个喷空。
本发明的有益效果为：
采用本发明所述在线取样方法可实现输油管道在线取样连续进行，具有取样代表性、数量准确性、运行稳定性、操作便捷性、利于日后的维护和检修等多方面优点，实现取样系统独立控制的同时也可接受上级系统远程检测及控制。使管道建设和运行管理更趋于标准化、模块化、高效化、人性化、简捷化。
对于输油管道采用本发明所述在线取样方法后可以实现运行可靠、安装方便、实时连续、样品数量准确、回路流量控制精确，最终达到取得样品具有代表性、取样过程自动化、系统控制精准化的要求，保证了取样系统的连续、稳定、自动、按比例取得有代表性的样品。本发明所述在线取样方法包括动态混合过程，利用泵出口装入主管道中的喷嘴喷射作用混合主管道中的流体，确保主管道内液流在任何流速下均可混合均匀，使得进入取样回路中的液流充分代表主管道内液体的性质，避免取样仅代表局部特征不具备代表性。该方法设有控制系统可以实现对取样回路内设备(泵、取样控制阀、分液三通阀)及运行参数(压力、温度、流量、取样量、密度、样品接收罐的液位等)的实时监控；并可随时接受上级主控制系统的指令；根据主管道内的流速提高或降低取样频率；保证取样系统平稳、安全、受控运行。该装置取样回路设有流量计，实时检测回路中液体的流速，以回路中液体的流速为被控参数，通过取样控制系统控制变频泵的转速来实现取样回路内流速实时跟踪主管道内液体流速。该方法中设有冗余的取样泵、样品接收罐、取样控制阀、过滤器，保证系统的连续可用。该方法中在与主管道连接处设置手动取样阀以确保即使系统不能工作，也可进行人工取样操作。
该装置按橇装露天设计(控制器安装在远离现场的非防爆区)，其防护等级为IP65，防爆等级EXdIIBT4，完全满足露天环境及现场防爆要求；样品处理及输送的取样泵采用变频离心泵，实现对旁路和取样回路的流速及压力的控制，使其满足标准的要求；在装置的入口处取样泵前设置了冗余过滤器，确保了取样泵的连续运行的稳定性和可靠性；在取样泵出口设置单向阀防止旁路管道中液位出现回流；在装置的进出口分别设置了清洗口，清洗采用外接介质清洗方式，结构布置便于处理和清洗，可实现不关断主管道情况下维护；在取样回路内配有相关的放空、排污管线和阀门，可对装置内的管道和设备进行排污、关断及排放处理，便于日常的维护和检修；取样回路中设有温度变送器、压力变送器、流量计，实时监测取样回路的温度、压力、流量，确保取样在合理的条件下进行；在样品接收罐设置了称重设备，用于当装置内的液位超高报警，同时监测罐内样品数量取得是否准确；设有安全泄放阀，当超压达到安全阀的泄放值时，安全阀动作，对样品接收回路和接样品接收罐实施安全保护；装置内的管道及设备设置了恒温电拌热及保温措施，确保在线取样装置内的流体不受环境的影响，使该装置能在室外稳定运行。在过滤器前后设置差压开关用于取样系统检测过滤器的运行状态，判断过滤器是否堵塞。
本发明适用于输油管道在线取样。本自动取样方法首次用于国内工程，主要技术指标超过国内最好水平，达到了国际同期先进水平。从本质上提高了输送介质样品取得的代表性，减少贸易纠纷；不受油品生产工艺和输油工况变化影响；不受人为因素影响；降低操作人员的劳动强度。采用的工艺、设备、材料和结构技术先进，设计文件组成内容和深度符合要求。具有技术含量高、工艺性能先进，工艺流程合理，不产生压力损失、适用不同管径及任何的流量范围。在线取样方法自使用后产生了良好的环境效益、经济效益和社会效益，很好的满足建设、生产和使用的要求，综合经济效益比已建成的同类型项目有明显提高，且运行可靠、稳定，高效、安全。
附图说明
图1为本发明所述输油管道在线取样方法所使用的在线取样装置的结构示意图；
其中，1-取样探头，2-手动取样阀，3-工艺阀门A，4、7、17、26、29、34、40、53、58、60-电伴热保温部件，5-工艺阀门B，6-清洗阀A，8-旁路，9-工艺阀门C，10-压力表A，11-过滤器A，12-差压开关A，13-取样泵A，14-压力表B，15-工艺阀门D，16-单向阀A，18-工艺阀门E，19-压力表C20-过滤器B，21-差压开关B，22-取样泵B，23-压力表D，24-工艺阀门F25-单向阀B，27-清洗阀B，28-工艺阀门G，30-工艺阀门H，31-喷嘴32-取样回路，33-排污阀门，35-工艺阀门I，36-在线密度计，37-工艺阀门J，38-工艺阀门K，39-放空阀门，41-工艺阀门L，42-取样控制阀A，43-工艺阀门M，44-工艺阀门N，45-取样控制阀B，46-工艺阀门O，47-分液三通阀，48-安全泄放阀，49-样品接收罐A，50-样品接收罐B，51-称重仪A，52-称重仪B，54-工艺阀门P，55-压力变送器，56-温度变送器，57-流量计，59-工艺阀门Q，61-工艺阀门R，62、63、64、65、66、67、68、69、70、71、72、73、76-仪表电缆，74-控制器，75-主控制系统，77-喷射回路。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明所述输油管道在线取样方法所使用的在线取样装置，如图1所示，在主管道上设置有一段旁路8，所述旁路8的入口端接取样探头1，所述旁路8上设有取样泵，所述取样泵出口接取样回路32和喷射回路77，所述喷射回路8的出口端接喷嘴31，所述取样探头1和喷嘴31均接入主管道。
其中，取样探头1依次串接工艺阀门A3和工艺阀门B5，取样探头1与工艺阀门A3之间旁接手动取样阀2，所述工艺阀门B5连接支路A和支路B的入口，所述支路A与支路B设置相同，互为冗余，其中支路A自入口依次串接工艺阀门C9、压力表A10、过滤器A11、取样泵A13、压力表B14、工艺阀门D15和单向阀A16，支路B自入口依次串接工艺阀门E18、压力表C19、过滤器B20、取样泵B22、压力表D23、工艺阀门F24和单向阀B25，过滤器A11两旁并联差压开关A12，过滤器B20两旁并联差压开关B21，所述差压开关A12、差压开关B21均经仪表电缆接入控制器74。工艺阀门B5与支路A、支路B入口连接处之间旁接清洗阀A6。支路A和支路B的出口汇合成一条管路，并在交汇点后依次串接工艺阀门G28和工艺阀门H30，最后经所述喷嘴31接入主管道。
所述支路A、支路B的交汇点和工艺阀门G28之间旁接取样回路32，其中，所述取样回路32自入口依次串接工艺阀门I35、在线密度计36和工艺阀门K38，所述工艺阀门K38连接支路C和支路D的入口。其中，取样回路32的入口与工艺阀门I35之间旁接排污阀门33。工艺阀门I35、在线密度计36和工艺阀门K38形成的管线F并联工艺阀门J37，所述工艺阀门J37与管线F出口的连接处旁接放空阀门39。所述支路C与支路D的设置相同，互为冗余，其中支路C自入口依次串接工艺阀门L41、取样控制阀A42和工艺阀门M43，支路D自入口依次串接工艺阀门N44、取样控制阀B45和工艺阀门O46；所述支路C与支路D的出口汇合成一条管路，并在交汇点后依次串接压力变送器55、温度变送器56、流量计57、清洗阀B27、工艺阀门Q59和工艺阀门R61，最后汇入主管道。支路C和支路D的两旁并联有一段旁通管线，所述旁通管线上设有工艺阀门P16。
支路C和支路D分别经取样控制阀A42和取样控制阀B45后接在一起为管线E，所述管线E的入口连接分液三通阀47，经所述分液三通阀47后分别连接样品接收罐A49和样品接收罐B50，所述样品接收罐A49和样品接收罐B50分别放置于称重仪A51和称重仪B52上。取样控制阀A42和取样控制阀B45把介质提取出并置换到样品接收器中的设备，全通径设计、全截面截取、可变频率控制、高频率动作(30次/min)，确保满足频率与流量成比例、单位样品数量取得精确。样品接收罐A49和样品接收罐B50采用全封闭结构，带有快速连接接头、安全泄放阀、材质为不锈钢的压力容器。所述管线E的入口与分液三通阀47之间旁接安全泄放阀48。
取样泵A13、在线密度计36、称重仪A51、称重仪B52、取样控制阀A42、取样控制阀B45、分液三通阀47、压力变送器55、温度变送器56、流量计57均由仪表电缆接入控制器74，所述控制器74经仪表电缆接入主控制系统。流量计57选择质量流量计，准确度高，内部无可动部件减少维护工作量，寿命长，且可通过取样回路中的压力变送器55实现实时动态压力补偿。控制器74是在线取样装置的“大脑”，具有多项功能：密码保护；监视取样回路温度、压力、流量、样品接收罐液位等参数；控制取样频率，确保与主管道流量成比例；控制变频离心泵转速，达到控制取样回路内流量、压力的目的；控制分液阀的流向；设备及电源状态监视、故障报警；与上级主控制系统通信，接受上级主控制系统命令启、停取样装置，接收和监视主管道的流量状态；并将取样装置参数上传上级主控制系统。
所述取样探头1伸入主管道中心至主管道中心下部0.1D的区间位置，其中，D为主管道的直径，这样可避免管壁对流速和含水率的影响，抽取的样品最具代表性。
所述喷嘴31为底部封闭的中空高强度直管，沿所述中空直管的外壁均匀设有若干个喷空，所述直管直插主管道底部，利于将底部沉积水等通过泵出液体的作用使整个管道截面均达到充分混合，确保在任何不利的流速、粘度、密度下不受影响；所述喷嘴31的底部与主管道底部紧密结合，以抵抗主管道内因最大流速而引起的弯矩，并承受因涡流而引发的震动。
工艺阀门A3和工艺阀门B5，工艺阀门B5与支路A、支路B入口连接处之间，单向阀A16与支路A、支路B的出口交汇点之间，支路A、支路B的出口交汇点与工艺阀门G28之间，工艺阀门G28和工艺阀门H30之间，取样回路32的入口与工艺阀门I35之间，工艺阀门K38与支路C、支路D的入口连接处之间，支路C、支路D出口交汇点与压力变送器55之间，清洗阀B27与工艺阀门Q59之间，工艺阀门Q59和工艺阀门R61之间均设有电伴热保温部件。
所述取样泵A13和支路B上的取样泵B22采用变频离心泵，通过控制器控制变频离心泵的转速，达到控制取样回路流速和喷射强弱的目的。
所述过滤器A11和过滤器B20冗余设置在取样泵前，过滤器内的金属滤网上设置了磁性吸附器，能很好的吸附所输送介质中的金属残渣和颗粒，保证了过滤器和取样泵的稳定运行并延长了其使用寿命。
本发明所述输油管道在线取样装置的所有管线及安装的所有设备均集成在橇装上，压力等级满足设计压力的要求。
工艺阀门I35、工艺阀门J37、工艺阀门K38、工艺阀门L41、工艺阀门M43、工艺阀门N44、工艺阀门O46、工艺阀门P54选用1"300#ANSI RF球阀；
工艺阀门D15和工艺阀门F24选用3"300#ANSI RF球阀；
工艺阀门C9、工艺阀门E18、工艺阀门G28和工艺阀门H30选用4"300#ANSI RF球阀；
工艺阀门A3和工艺阀门B5选用6"300#ANSI RF球阀；
单向阀A16和单向阀B25选用3"300#ANSI RF旋启式单向阀；
工艺阀门R61选用1"300#ANSI RF截止阀；
取样泵A13和取样泵B22选用变频离心泵，入口为4"300#ANSI RF，出口为3"300#ANSI RF，最大流量400GPM，380/3/60HZ；
过滤器A11和过滤器B20选用4"×8"×4"300#ANSI RF篮式过滤器，旋启式螺栓快速开启闭合；
流量计57选用Rosement 1"300#ANSI RF质量流量计；
取样控制阀A42和取样控制阀A45选用1"300#ANSI RF 210电液旁路取样控制阀；
安全泄放阀48选用SS-4R3A型1/4"管连接角型泄放阀；
样品接收罐A49和样品接收罐A50选用便携式样品接收罐，容量上限：5GAL；
分液三通阀47由以下几部分构成：转向型阀门卡套接头SS-43-GXF4-51-SR，三通球阀，弹簧复位执行机构以及转向型电磁阀；
在线密度计36选用的是Solartron 7845型1"300#ANSI RF液体密度计；
压力表A9、压力表B15、压力表C18、压力表D24选用量程为0-50Bar，1/2"内螺纹连接的压力显示器；
差压开关A12和差压开关B21选用具有显示功能的差压开关；
压力变送器55和温度变送器56均选用Rosement的产品；
控制器74选用OMNI 6000型号的控制计算机。整个取样装置橇装生产加工完毕后须要作相关的防腐、防锈处理，所有的工艺管线及设备做电伴热及保温处理。
利用上述所述在线取样装置进行输油管道在线取样方法，包括以下步骤：
1)在主管道上设置有一段旁路，所述旁路的入口端接取样探头，所述取样探头接入主管道，液体经由取样探头进入旁路；
2)进入旁路的液体通过压力表进行压力检测；
3)压力检测后的液体通过过滤器进行过滤及排污；
4)过滤器两端并联有压差开关，并进行压差检测；
5)过滤器后接有取样泵，液体经取样泵加压；
6)取样泵出口设有压力表，再次进行压力检测；
7)取样泵出口接取样回路和喷射回路，喷射回路出口端经喷嘴将液体喷入主管道内，进入取样回路的液体继续进行下列流程：
8)排污；
9)在线密度检测；
10)排气；
11)取样品，并将样品留存；
12)取样品后剩余的液体依次经压力检测、温度检测、流量检测后最后汇入主管道；
其中，步骤4)中的压差检测、步骤5)中的取样泵加压、步骤9)中的在线密度检测、步骤11)中的样品留存相关控制、步骤12)中的压力检测、温度检测、流量检测各自将信号送至控制器，所述控制器接收上级控制系统的信号。
旁路进口处设有手动取样阀，当旁路故障无法自动取样时，在步骤1)后进行人工取样。
旁路进口处和取样回路出口处均设有清洗阀，两处清洗阀配合使用定期清洗旁路和取样回路。
步骤5)中液体经取样泵加压通过并联冗余设置的两个取样泵实现。
步骤8)中排污通过设置在取样回路入口的排污阀门实现，同时所述排污阀门设置在取样回路的最低点。
步骤10)中的排气通过设置取样回路最高点的放空阀门实现，且通过手动控制。
步骤11)为：通过冗余设置的两个取样控制阀接受控制器的信号开、关动作，每动作一次取出固定量的样品，其频率随主管道的流量变化而变化，主管道流量信号来自上级主控制系统；取样控制阀并联后接分液三通阀，分液三通阀接收控制器的命令将样品分入两个样品接收罐中，两个样品接收罐均安置在称重仪上，称重仪将信号上传控制器，根据样品接收罐的重量来判断样品取得的数量是否正确和样品接收罐的液位，据此控制分液三通阀的流向，通过以上过程完成取样品，并将样品留存。
本实施例中，所述在线取样方法在注水实验过程后进行取样检定，如下：
注水
A)自动取样器运行前在取样装置的上游通过连接阀、过滤器、压力表、管线、泵、流量计等设备，向主管道中注入已知数量的水。
B)水注入点远离取样系统上游的元件，同时需经过取样系统的混和设备。
C)注水量在规定时间内一般为占主管道介质流量的1-5％，由于本项目系统在做实验时输油量大需要的注入量就大，且注入水后无法分离，在技术可行的前提下经与海关、商检协商，将注入水量调整为为管输量的0.6％左右。
D)注水时间不少于1小时，以便采集充足的注水样品。
E)水从管线底部以一定的速度注入，注入过程中不能对产品产生其它的混和作用。注水的速度方向与主管道中介质的速度和方向是相同的。
F)测量水体积的流量计精度优于±2％。
检定
取样检定是在最差的条件下进行的，分别在测试前、测试中、测试后收集3个样品。操作取样器收集注水前1小时的样品，然后再收集注水过程中1小时的样品，当所有注水介质通过取样器后，再操作取样器接收1小时的样品，确定在测试前和测试后样品中的水含量，测试所得的两个含水量值之间不能超过0.1％。最终通过分析取样得到的样品中水含量与注入水含量的一致性来判断整个取样系统的性能，这是一个百分比量值，该量值在0.05％之内为国际上公认的准确度的最高级别。本项目的自动取样系统准确度经注水检验达到了这一级别。
本项目设计的自动取样系统经注水实验检定结果如下：原油中含水量经分析0.0504％(取样分析)，注水一小时注水量百分比为0.6267％(根据流量计计量的水量及输油量的计算得出)，测试过程中通过取样分析得水含量为0.6684％，最终取样分析与实际的注水量的偏差是-0.0087％(0.6684-0.6267-0.0504)，这满足国际标准最高级别要求。该系统经过8年多的使用，运行稳定，自投入运行以来，每天取样10L左右，每天操作10000多次，每动作一次取样1mL。
本例经试用，提高了在线取样系统的可信性、准确性、重复性、稳定性，利于日后的维护、检修等多方面优点,并且结构紧凑、安装简单、运输方便，可以实现露天橇装设置，节省了占地空间及运行操作间。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。