Определение места уменьшения проходного сечения участка трубопроводной системы методом определения объема негерметичных емкостей
При разработке метода определения места образования закупорки трубопровода будем исходить из более неопределенного случая, когда сечение трубопровода перекрыто не полностью.
Задача определения места сужения на участке трубопроводной системы была сведена к решению задачи определения объема негерметичных емкостей. В общем случае под негерметичностью понимается закупорка неполного сечения исследуемого трубопровода асфальтосмолистыми, парафиновыми и гидратными отложениями, предметами, оставленными в трубопроводе при строительстве и ремонте, сконденсировавшейся влагой.
Негерметичная емкость в нашем случае ограничена стенками трубопровода, закрытой задвижкой с одной стороны и серединой протяженности пробки при ее равномерном распределении в зоне трубы - с другой стороны, в противном случае - самой узкой частью между стенкой трубопровода и пробкой.
Сущность предлагаемого метода заключается в следующем. В контролируемую полость трубопровода, ограниченную закрытой задвижкой, стенками трубопровода и закупоркой, в течение определенного промежутка времени вводят фиксированное количество рабочего агента. Вследствие негерметичности емкости с течением времени будет происходить выравнивание давлений внутри емкости с давлением за сужением из-за утечки газа из нее. Замеряя начальные, промежуточные и конечные параметры газа (давление р и температуру Т), можно определить искомый объем емкости (рисунок ниже).
Технологическая схема метода определения места образования закупорки на участке трубопроводной системы
При условиях р0, Т0 внутрь исследуемой емкости объемом V0 начинают равномерно закачивать рабочий агент объемом Vр.а, одновременно начиная измерение времени t1, в течение которого параметры газа внутри емкости станут равными р1, Т1. Затем закачку рабочего агента прекращают и начинают отсчет времени t2 изменения давления и температуры до значений р0, Т2 (рисунок ниже).
Вследствие негерметичности емкости масса газа, находящегося в полости, будет изменяться в процессе закачки. Если в начальный момент времени масса газа была равной m0, то в конце процесса закачки на момент времени t1 станет m1 = m0 =g1t1, а на момент времени t2 - m2 = m1 = g2t2. Здесь g1 и g2 - средние массовые (среднеинтегральные) расходы утечек газа между стенкой трубопровода и закупоркой, соответственно, в процессе закачки и после ее прекращения, как показано на рисунке ниже.
Изменение давления и температуры в полости трубопровода при закачке рабочего агента (t1) и выпуске газа из полости (t2)
С учетом вышесказанного, уравнения состояния для газа в емкости запишутся следующим образом:
в начальный момент времени
p0V0 = m0/M RT0
при закачке рабочего агента (на момент времени t1):
при окончании измерений (на момент времени t1 + t2):
Здесь M - молярная масса газа, R - универсальная газовая постоянная.
Решая совместно уравнения выше, можно получить, например, уравнение для определения объема негерметичной емкости:
To есть, измеряя массовые расходы газа, объем закачиваемого рабочего агента, давление, температуру внутри емкости, можно определить искомый объем емкости.
Недостатком формулы выше является то, что неизвестны массовые расходы газа g1 и g2. Причем эти расходы утечек газа при его истечении из емкости зависят как от перепада давлений между полостью емкости и пространством за пробкой, так и от разности температур. Однако, если при равномерной закачке рабочего агента, когда Vp.a:t = const, время закачивания рабочего агента и время, в течение которого произойдет выравнивание давлений, примерно равны между собой (t1 ≈ t2), также при условии, что конечная температура Т2 станет равной первоначальной температуре T0, то можно считать, что среднеинтегральные значения расходов g1 и g2 примерно равны между собой. Это утверждение справедливо при исследовании объемов больших емкостей, а также при незначительной разнице между р0 и p1 и при незначительных скоростях закачки Vp.a/t. Ещё более точным это утверждение будет при надкритическом режиме утечек из емкости.
Тогда с учетом вышесказанного уравнение выше можно переписать в виде:
Таким образом, зная объем закачиваемого рабочего агента, температуру и давление газа в моменты начала и окончания закачки, а также время закачки и выравнивания давлений, можно определить объем исследуемой негерметичной емкости.
Если в качестве емкости понимается трубопровод сечением Sтр, содержащий внутри своей полости какую-нибудь пробку, завал строительного мусора, воду и др., то можно определить, на каком расстоянии L от закрытой задвижки эта пробка располагается:
L = V0 / Sтр
Предлагаемый способ реализован при помощи следующего устройства (см. рисунок выше): при закрытой задвижке 3 и начальных условиях в трубе 1 - р0Т0 блоком управления и измерений как при закачке, так и при ее прекращении 4 подается команда на устройство подачи 5 рабочего агента Vp.а, который через кран 8 с обратным клапаном осуществляет подачу рабочего агента в трубопровод 1. При достижении в трубопроводе 1 через измеряемый промежуток времени t1 какого-то заданного давления р1 при какой-то температуре Т1, блок управления подает команду на отключение устройства подачи рабочего агента 5. Из-за утечки g между поверхностью закупорки и стенкой трубопровода давление и температура в трубопроводе станут соответственно р0 и Т2 через какое-то измеряемое время t2.
Описанную процедуру повторяют, добиваясь t1 ≈ t2.