Определение места негерметичности участка трубопровода при испытаниях

Как известно, все инженерные сети должны подвергаться первичным и периодическим испытаниям (СНиП 3.05.04-85 «Испытание трубопроводов и сооружений», СНиП 2.05.06-85* «Магистральные трубопроводы», СНиП 42-01-2002 «Газорас­пределительные системы», СНиП 3.05.03-85 «Тепловые сети»). Данные методы определения мест негерметичности относятся, как было указано выше, к статическим.

Согласно требованиям, предъявляемым к данным коммуни­кациям при испытаниях, они должны быть отключены, осво­бождены от перекачиваемого продукта, продуты и заглушены (нефтепроводы, газопроводы). Испытания в указанных случаях проводят водой или воздухом. Испытания признаются успеш­ными, если снижение давления не превысило допустимое за определенное время. В случае невыполнения данного условия, производят поиск места повреждения по трассе трубопровода. Но так как места выхода воды или воздуха невозможно опреде­лить сколь-нибудь приемлемыми приборными методами, то про­цесс определения мест негерметичности трубопровода затягива­ется на неопределенное время, что приводит к экономическим потерям и увеличению сроков строительства и ремонта трубо­проводов. На практике при опрессовке воздухом в данном слу­чае применяют индикаторное вещество (метилэтилмеркаптан), которое закачивают в трубопровод. Применение расчетных ме­тодов определения мест негерметичности дает недостаточную достоверность результатов из-за: несовершенства существующих методик; применения в расчетах значений, зачастую неприменя- емых в практической текущей деятельности, неизвестных и из­меняющихся (таких, как удельное гидравлическое сопротивле­ние на единицу длины трубопровода) в процессе эксплуатации; человеческого фактора. В процессе эксплуатации трубопровода на его стенках откладываются продукты коррозии, происходит прилипание вязкого продукта к стенкам (гидраты в газопрово­дах, парафин и тяжелые нефтепродукты в нефтепроводах, со­путствующие продукты транспортировки в водоотводящих, теп­ловых сетях), то есть происходит локальное изменение гидрав­лического диаметра трубопровода, что невозможно учесть ни моделированием, ни расчетами без дополнительных тщательных и объемных обследованиях внутренней поверхности трубопрово­да по всей его протяженности.

В промысловых нефтепроводах, кроме того, из-за уменьше­ния давления в процессе движения среды, происходит разгазирование жидкости, в результате чего меняется по длине удель­ный вес и вязкость перекачиваемой среды, что также не подда­ется моделированию и расчету с высокой точностью, особенно если учесть, что трубопровод повторяет сложный и зачастую трудно учитываемый рельеф местности.

Предлагается способ определения места сквозного поврежде­ния трубопровода, в котором с целью определения реальных характеристик участка трубопроводной системы и режима тече­ния в нем производят определение отсутствия закупорки в кон­тролируемом участке путем установления отсутствия равенства давлений на концах трубопровода и наличия расхода в нем че­рез некоторое заданное время tk,а также измерение расхода и давления при подаче жидкости только с одной стороны контро­лируемого участка.

Для дальнейшего уточнения реальных характеристик можно замерить расход и давление при подаче жидкости или газа толь­ко с противоположного конца участка.

В предлагаемом способе необходимо найти точку С, в кото­рой происходит утечка на участке трубопровода АВ, описывае­мом некоторой пространственной кривой, заданной в виде функции длины дуги, отсчитываемой от точки А:

1 - 0087

Формула выше основана на соотношении

р1 - Δp1 = р2 - Δр2,

при выполнении которого потоки жидкости с концов А и В тру­бопровода потекут навстречу друг другу. При этом Δp1 и Δр2 представляют собой суммарные потери давления на трение и преодоление гидростатического давления при движении среды с концов А и В соответственно.

Рассмотрим соотношение выше, записанное в искомой точ­ке С:

Ра- ΔРас = Рв- ΔPвс

В определенный момент времени измеряем давление Р(1)а и Р(1)в при одностороннем течении АВ жидкости с известной тем­пературой Та и Тв и расходом G0. Таким образом, нам стано­вятся известными величины:

Р(1)в- Р(1)а = ΔРас + ΔPвс

При помощи регулирующих устройств настраиваем давление таким образом, чтобы выполнялось условие встречного течения потоков.

При этом возможна совместная настройка в точках А и В, а также настройка в одной точке при заданных параметрах в дру­гой, но при условии, что расходы рабочего агента были равны друг другу как при одностороннем, так и при двустороннем движениях.

Измеряя давление в точках А и В как в первом, так и во вто­ром случаях, определяется место негерметичности.

Закачивается рабочий агент вначале в точке В, замеряется давление рв1. В неизвестной точке С происходит утечка, а так как движения жидкости на участке Л С не происходит, то давле­ния в точках С и А будут равны ра1.

Замеряется расход в точке В и давления в точках А и В (ра1, рв1). Затем производится закачка рабочего агента в точки А и В одновременно, но так, чтобы суммарные расходы в точ­ках А и В были равны расходу в точке В в первом случае (при одностороннем движении). Замеряются давления ра2 и рв2 (рисунок ниже).

В результате получаем соотношение для определения места утечки:

1 - 0088

Подставляя найденное значение длины дуги АС в уравнение кривой, находим координаты искомой точки утечки С.

Определение места негерметичности статическим методом

1 - 0088

Аналогичным образом можно найти Lвс и соответствую­щие координаты точки С1. В общем случае С1 может оказать­ся не равным С. Для минимизации допущенных погрешностей возможно проведение дополнительных исследований на участке СС1, или, например, принять как истинную среднюю точку.

Трубопровод, как правило, стыкуется из различных труб, что приводит к различию в структуре внутренней поверхности и соответствующего коэффициента гидравлического трения. При движении газированной жидкости объем свободного нерастворенного газа напрямую зависит от давления, поэтому в раз­личных случаях прямого и встречного течения мы будем иметь дело с различными параметрами газожидкостных сред, что так­же ведет к изменению удельной потери давления на трение. В реальной практике трубопровод имеет изгибы, переходы, повороты, меняет свой угол относительно идеальной горизон­тальной плоскости в соответствии с рельефом окружающей местности. Все указанные факторы, приводящие к довольно- таки существенным различиям в прямом и обратном режимах течения, будем условно классифицировать как асимметрию тру­бопровода, подразумевая под симметричным трубопроводом тот идеализированный случай, в котором данные факторы отсут­ствуют.

Идея преодоления асимметрии заключается во введении по­правочного слагаемого в уравнения балансов давления. Предпо­ложим, что до момента появления утечки известны Р(1)а и Р(1)в при одностороннем течении АВ жидкости с температурой Та, Тв и расходом G0. Данное предположение оправдано, посколь­ку, как правило, при эксплуатации трубопроводов проводится мониторинг показателей течения в соответствующих точках. Затем рассматриваемый участок АВ изолируется при помощи запорных устройств. В процессе изменения давления в точке В будем проводить измерения в противоположной точке А. Зная исходное значение Р(1)в и компенсируя изменения состава среды и систематическую погрешность путем рассмотрения измерен­ных параметров и соответствующих промежутков времени, мо­жем найти потерю давления в точке утечки С при заданном режиме течения. Затем указанную процедуру с теми же пара­метрами повторяем в точке А и наблюдаем соответствующий «отклик» в точке В. Исходный режим течения в направлении В А нам неизвестен, поэтому будем сопоставлять полученные ре­зультаты с результатами компенсационного режима в направле­нии АВ. Усредненная разница значений в соответствующих точ­ках и дает искомую аддитивную поправку в точке В на асиммет­ричность.

Таким образом, внедрив в уравнение баланса давления поправку в точке В, мы как бы устраняем асимметричность ре­ального трубопровода, что повышает точность метода.

Устройство (рисунок ниже) работает следующим образом. При движении транспортируемой среды клапаны 1 и 12 открыты, а устройство управления и обработки информации 6 осуществляет мониторинг параметров перекачки. При появлении разбаланса расходов, выявляемого датчиками расхода 4 и 9, величина кото­рого больше величины погрешностей этих датчиков на заданную величину, определяемую устройством 6, устройство 6 подает команду на закрытие клапанов 1 и 12.

Устройство для автоматического определения места негерметичности участка трубопровода

1 - 0090

С целью исключения ложного определения возможности образования закупорки в трубопроводе (гидратных пробок, ча­стичного перекрытия проходного сечения в наиболее низких ме­стах влагой, перемещаемой потоком газа), устройство 6 произ­водит выдержку заданного количества времени tk для вырав­нивания давлений, измеренных датчиками 5 и 8. Если, после истечения этого времени tk, величины давления не изменяются и равны друг другу при отсутствии расхода в контролируемом участке трубопровода, то судят о наличии закупорки в трубо­проводе, в противном случае - о наличии негерметичности участка трубопроводной системы.

Тогда для определения гидравлических характеристик кон­тролируемого участка трубопровода устройство управления 6 подает команду на открытие задвижки 10, прокачку среды с устройства 11 и измерение величин давления и расхода. Далее устройство управления 6 подает сигнал на открытие задвижек 3 и 10 так, чтобы суммарные расходы с устройств подачи 2 и 11 были равны расходу с устройства 11 в предыдущем случае, и производят измерение величин давлений и расходов датчиками 5, 8 и 4, 9, соответственно.

Данный метод был испытан на действующем распределитель­ном тупиковом газопроводе и показал возможность его промыш­ленного использования с приемлемой точностью.

Рейтинг@Mail.ru