Способ контроля влажности на трубопроводе с теплоизоляционным слоем и устройство для его осуществления
METHOD FOR CONTROLLING HUMIDITY ON A PIPELINE WITH A THERMAL INSULATION LAYER AND A DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к области трубопроводов с теплоизоляционным слоем и может быть использовано для оперативного контроля состояния влажности теплоизоляционного слоя и обнаружения участков с повышенной влажностью изоляции, вызванной либо проникновением влаги через внешнюю оболочку трубопровода, либо за счет утечки транспортируемого продукта из стального трубопровода вследствие коррозии или дефектов сварных соединений.
При применении теплоизолированных труб на месторождениях сверхвязкой нефти регламентированы работы контроля состояния влажности теплоизоляционного слоя из пенополиуретана и обнаружения с помощью стационарных или переносных детекторов участков с повышенной влажностью, вызванной либо проникновением влаги через внешнюю оболочку трубопровода, либо за счет утечки транспортируемого продукта из стального трубопровода вследствие коррозии или дефектов сварных соединений, влажности изоляции.  Для периодического обследования состояния тепловой изоляции на теплоизолированных трубопроводах должны быть установлены – устройства оперативного контроля теплоизоляционного слоя, предварительно изолированных трубопроводов, и обнаружения участков с повышенной влажностью изоляции.
Эксплуатируемые трубопроводы должны подвергаться периодическому обследованию состояния тепловой изоляции и наружной поверхности стальных труб. Первое обследование должно быть проведено не позднее одного года после пуска трубопровода в эксплуатацию. Последующие обследования должны проводиться через один год при обнаружении влаги в теплоизоляции при предыдущем обследовании или через четыре года при отсутствии влаги в теплоизоляции при предыдущем обследовании.
На практике для контроля состояния влажности теплоизоляционного слоя из пенополиуретана и обнаружения участков с повышенной влажностью изоляции применяют устройство контроля влажности и состояния теплоизоляции, содержащее сухую бумажную салфетку для визуального контроля. Проводят шурфовку трубопровода, удаляют участок тепловой изоляции длиной 300 мм, осматривают наружную оболочку и изоляцию, определяют влажность тепловой изоляции промоканием поверхности сухой бумажной салфеткой.
Недостатками известного устройства являются сложность применения на значительном расстоянии трубопровода, под воздействием внешних факторов при необходимости выполнения шурфовки трубопровода, с привлечением специализированной техники и бригады специалистов удаление участка тепловой изоляции с последующим её восстановлением и производством земляных работ (засыпка шурфа, рекультивация и планировка территории) после проведения контрольных работ, что неминуемо подразумевает дополнительные трудо- и материальные затраты.
Известно устройство контроля состояния изоляции трубопровода с теплоизоляцией из пенополиуретана, содержащее сигнальные проводники, находящиеся в теплоизоляционном слое трубопровода, соединенные на концевых элементах в единую петлю, измерительный прибор и терминал (https://www.vadiscentr.ru/instrukcii_po_montazhu/sistema_operativnogo_distancionnogo_kontrolya_sodk/). В пористом теплоизоляционном слое трубы параллельно оси трубопровода прокладывают коаксиально сигнальные медные проводники, которые соединяют между собой на участках сварки труб в плети. При контроле состояния влажности применяют принцип измерения электрической проводимости теплоизоляционного слоя. С увеличением влажности увеличивается электропроводимость теплоизоляции и уменьшается сопротивления изоляции. Поиск мест повреждений осуществляют на принципе отражения импульсов (метод импульсной рефлектометрии). Увлажнение изоляционного слоя или обрыв провода приводят к изменению волновых характеристик датчика увлажнения изоляции в конкретных локальных участках. Сущность метода отраженного импульса заключается в зондировании линии сигнальных проводников высокочастотными импульсами. Определение величины задержки между временем отправки зондирующих импульсов и временем получения импульсов, отраженных от неоднородностей волновых сопротивлений (намокание изоляции или повреждений сигнальных проводников) позволяет вычислить расстояния до этих неоднородностей.
Для оперативной работы предусмотрен вывод сигнальных проводников и «массы» тела стальной трубы из теплоизоляционного слоя. Данные выводы организуют с помощью специальных элементов трубопровода, в которых вывод сигнальных проводников осуществляется кабелем, проходящим через внешнюю изоляцию с помощью герметизирующего устройства. Эти кабели, выведенные в технологические помещения, наземные или настенные ковера, вместе с подключёнными к ним терминалами образуют на трассе точки контроля и коммутации - технологические измерительные пункты.
Различаются концевые и промежуточные измерительные технологические пункты. В концевых измерительных пунктах применяются концевые элементы трубопровода с кабельными выводами. Кабели от подающей и обратной трубы подключаются к концевому терминалу, установленному в технологических помещениях или сооружениях, наземных или настенных коверах. В промежуточных пунктах обычно применяют элементы трубопровода с промежуточным кабельным выводом. Кабели от обоих трубопроводов выводятся в наземный ковер или технологические сооружения и подключаются к промежуточному или двойному концевому терминалу. Но в местах разрыва тепловой изоляции (в тепловой камере и т.п.) организация промежуточного измерительного пункта осуществляется с помощью концевых элементов с кабельными выводами. Кабели от всех элементов трубопроводов выводятся в наземный ковер или технологическое сооружение и подключаются к соответствующему терминалу. Технологические измерительные пункты, установленные через определённые расстояния, позволяют оперативно производить поисковые измерения.
Недостатками известного устройства являются сложность установки и демонтажа, изготовления и применения, связанные со сложной конструкцией и длительного получения результата измерения на конкретном участке трубопровода, наличие большого числа измерительной техники, что в полевых условиях снижает оперативное получение информации, а также высокие материальные затраты.
Наиболее близким техническим решением является устройство контроля состояния изоляции на трубопроводе с теплоизоляционным слоем из пенополиуретана, содержащее сигнальные проводники, находящиеся в теплоизоляционном слое трубопровода, соединенные на концевых элементах с контрольным прибором (http://www.mosflowline.ru/files/Catalog.pdf).
Наиболее близким техническим решением является способ контроля влажности трубопровода с теплоизоляционным слоем, включающий размещение в теплоизоляционном слое сигнальных проводников, определение влажности (http://www.mosflowline.ru/files/Catalog.pdf).
2
В пористом теплоизоляционном слое трубы параллельно оси трубопровода прокладывают коаксиально сигнальные медные провода сечением 1,5 мм. Для трубопровода более 500 мм прокладывают по три провода. При выполнении работ по изоляции стыков труб перед сваркой стыков необходимо, чтобы концы труб были ориентированы таким образом, чтобы выводы проводов одной трубы располагались напротив выводов другой трубы, а после сварки соединить выступающие концы проводников пятижильным гибким кабелем. Периодически определяют электропроводность между неизолированным медным проводником и металлической трубой. Изменение активного сопротивления проводников фиксирует изменение проводимости теплоизоляционного слоя при изменении его влажности. Одновременно осуществляют непрерывный контроль целостности проводников. Контроль электрической проводимости теплоизоляционного слоя и целостности проводников осуществляют детектором. При попадании воды в теплоизоляционный слой его проводимость увеличивается. Один детектор позволяет одновременно контролировать две трубы длиной до 4-х километров каждая (две линии проводников по 8 км). Детекторы питаются от сети напряжением 220 вольт, либо от автономного источника питания 9 вольт. При попадании воды в теплоизоляционный слой детектор выдает сигнал об изменении влажности или целостности, однако точное местоположение поврежденного участка определяют с помощью переносного прибора – локатора. Подключение детектора и локатора к проводникам устройства контроля осуществляют с помощью специальных измерительных пунктов – терминалов. Применяются промежуточные и концевые терминалы – на концах трассы. Терминалы полностью герметичны и не требуют дополнительного электропитания. Для подключения проводников к детектору и локатору применяют штекерные разъемы. Терминалы присоединяют к проводникам с помощью 3-жильных гибких кабелей с металлической заглушкой изоляции с герметизатором. Два провода на одном конце трубы замыкают.
Недостатками известного способа и устройства являются сложность в изготовлении, и применении способа и устройства, связанные со сложной конструкцией, сложностью монтажа и демонтажа, и длительностью получения результата измерения на конкретном участке трубопровода, наличие большого числа измерительной техники, что в полевых условиях снижает оперативное получение информации, ограниченность применения только на новых трубопроводах, а также высокие материальные затраты.
Техническими задачами группы изобретений являются упрощение процесса оперативного контроля влажности на трубопроводе с теплоизоляционным слоем за счет упрощения конструкции устройства, расширения технологических возможностей использования устройства за счет упрощения установки и демонтажа устройства, изготовления и применения, сокращения длительности получения результата измерения на конкретном участке трубопровода, повышение качества работы в полевых условиях, а также снижение материальных затрат.
Технические задачи решаются способом контроля влажности на трубопроводе с теплоизоляционным слоем, включающим размещение в теплоизоляционном слое сигнальных проводников, определение влажности.
2
Новым является то, что сигнальные проводники выполняют в виде двух стержней из нержавеющей стали диаметром 4-6 мм, размещают стержни в теплоизоляционном слое по обе стороны трубопровода параллельно друг другу на расстоянии от наружной поверхности трубопровода не более 1/2 толщины теплоизоляционного слоя, при этом верхние концы стержней оставляют выступать над наружной поверхностью теплоизоляционного слоя на 10-20 мм, а нижние концы стержней размещают ниже горизонтальной оси трубопровода, верхние концы стержней соединяют болтовым соединением с кабелем сечением 1*4 мм, длиной, обеспечивающей соединение с клеммами измерительного прибора, дополнительно место соединения стержней с кабелем и выступающие части стержней размещают в герметичных защитных кожухах, выполненных из отрезков полиэтиленовой трубы внутренним диаметром 20 мм и высотой 50  мм, и заполняют пластифицированной битумной мастикой.
Технические задачи решаются устройством контроля влажности на трубопроводе с теплоизоляцией, содержащим сигнальные проводники, находящиеся в теплоизоляционном слое трубопровода, соединительные кабели, соединяющие сигнальные проводники с измерительным прибором.
2
Новым является то, что сигнальные проводники выполнены в виде двух стержней из нержавеющей стали диаметром 4-6 мм и размещены в теплоизоляционном слое по обе стороны трубопровода параллельно друг другу, при этом верхние концы стержней выступают над наружной поверхностью теплоизоляционного слоя, а нижние концы стержней размещены ниже горизонтальной оси трубопровода, верхние концы стержней соединены болтовыми соединениями с кабелями сечением 1*4 мм, длиной, обеспечивающей соединение с измерительным прибором, выступающие части стержней вместе с местом соединения стержня с кабелем размещены в герметичных защитных кожухах, причем защитные кожухи выполнены из отрезков  полиэтиленовой трубы внутренним диаметром 20 мм, высотой 50 мм, заполненной пластифицированной битумной мастикой.
На фигуре изображен общий вид устройства контроля влажности на трубопроводе с теплоизоляционным слоем.
2
Устройство контроля влажности на трубопроводе 1 с теплоизоляционным слоем 2, содержащим сигнальные проводники, находящиеся в теплоизоляционном слое трубопровода, выполненные в виде двух стержней 3 из нержавеющей стали диаметром 4-6 мм. Стержни размещены в теплоизоляционном слое 2 по обе стороны трубопровода 1 параллельно друг другу. Верхние концы стержней 3 выступают над наружной поверхностью теплоизоляционного слоя на 10-20 мм, обеспечивающих выполнение соединения верхнего конца стержня с кабелем при помощи болта. На верхних концах стержней выполнены наружные резьбы. Нижние концы стержней размещены ниже нижней образующей трубопровода, но не выходят за пределы теплоизоляционного слоя. Верхние концы стержней соединены болтовыми соединениями с кабелями 4 сечением 1*4 мм, длиной, обеспечивающей соединение с клеммами измерительного переносного прибора или на панели стационарного контрольно-измерительного пункта (на фигуре не показан). Выступающие части стержней вместе с местом соединения стержня с кабелем размещены в герметичных защитных кожухах, причем защитные кожухи выполнены из отрезков  полиэтиленовой трубы внутренним диаметром 20 мм, высотой 50 мм, заполненной пластифицированной битумной мастикой 5.
2
Способ контроля влажности на трубопроводе 1 с теплоизоляционным слоем 2, например из пенополиуретана, включает размещение в теплоизоляционном слое сигнальных проводников и определение влажности. Сигнальные проводники размещают избирательно при углублении профиля трассы трубопровода в потенциально опасных местах нарушения внешнего теплоизоляционного слоя и скопления влаги. Сигнальные проводники выполняют в виде двух стержней 3 из нержавеющей стали диаметром 4-6 мм и размещают в теплоизоляционном слое по обе стороны трубопровода параллельно друг другу на расстоянии от наружной поверхности трубопровода не более 1/2 толщины теплоизоляционного слоя. Для размещения стержней в теплоизоляционном слое электроинструментом сверлят два параллельных канала диаметром 4-6 мм. Верхние концы стержней с наружной резьбой оставляют выступать над наружной поверхностью теплоизоляционного слоя на 10-20 мм, а нижние концы сигнальных проводников размещают ниже нижней образующей трубопровода, но не выходят за пределы теплоизоляционного слоя. Верхние концы стержней соединяют болтовым соединением с кабелем сечением 1*4 мм, длиной, обеспечивающей соединение с клеммами панели стационарного контрольно-измерительного пункта или переносного прибора. Дополнительно место соединения стержней с кабелем и выступающие части стержней размещают в герметичных защитных кожухах, выполненных из отрезков полиэтиленовой трубы с внутренним диаметром 20 мм и высотой 50  мм, и заполняют пластифицированной битумной мастикой, что исключает попадание влаги в теплоизоляционный слой. Стационарный контрольно-измерительный пункт, применяемый при электрохимической защите трубопроводов, устанавливают над осью трубопровода со смещением в перпендикулярном к оси направлении не более 0,5 м от точки подсоединения измерительных кабельных выводов электродов. Замер сопротивления тепловой изоляции (влажности) проводят стандартным Мультиметром (Омметром), используемым при замерах сопротивления материалов. На первом этапе проводят контрольный замер сопротивления теплоизоляционного покрытия, с фиксацией значений, через год проводят повторный замер, факт снижения значений сопротивления теплоизоляции от первоначальных значений по данным показаний Мультиметра, или отсутствие сопротивления изоляции (короткое замыкание) будет означать скопление и/или наличие влажности в теплоизоляции.
Группа изобретений позволяет упростить процесс контроля влажности на трубопроводе с теплоизоляционным слоем за счет упрощения конструкции устройства, расширить технологические возможности использования устройства за счет использования как на вновь строящемся трубопроводе, так и на действующем трубопроводе, упростить установку устройства и ее демонтаж, изготовление и применение, сократить длительность получения результата измерения на конкретном участке трубопровода, повысить качество работы в полевых условиях, а также снизить материальные затраты. Исключаются шурфовка, вскрытие и нарушение целостности наружной оболочки/изоляции трубопровода и последующие восстановительные работы. Внедрение системы стационарного контроля влажности теплоизоляционного слоя позволяет осуществлять мониторинг теплоизоляционного покрытия без вскрытия трубопровода.
Способ контроля влажности на трубопроводе с теплоизоляционным слоем и устройство для его осуществления работают следующим образом.
2
На действующем трубопроводе диаметром 325 мм с теплоизоляционным слоем из пенополиуретана толщиной 150 мм определен участок для оперативного замера влажности в теплоизоляционном слое. Сверлят два параллельных канала диаметром, например 6 мм в теплоизоляционном слое с двух сторон от трубопровода. Размещают в теплоизоляционном слое по обе стороны трубопровода параллельно друг другу и вертикальной оси трубопровода два стержня из нержавеющей стали диаметром 4-6 мм (например, диаметром 6 мм) и на расстоянии от наружной поверхности трубопровода 50 мм. Верхние концы стержней с наружной резьбой оставляют выступать над наружной поверхностью теплоизоляционного слоя на 10-20 мм, а нижние концы сигнальных проводников размещают ниже нижней образующей трубопровода на 20 мм, что не позволяет выходить за пределы теплоизоляционного слоя. Верхние концы стержней соединяют болтовым соединением с кабелем сечением 1*4 мм. Место соединения стержней с кабелем и выступающие части стержней размещают в герметичных защитных кожухах, выполненных из отрезков полиэтиленовой трубы с внутренним диаметром 20 мм и высотой 50  мм, и заполняют пластифицированной битумной мастикой. Соединяют кабели с клеммами Омметра. Осуществляют замер сопротивления. При необходимости обеспечения стационарного контроля данного участка подключают кабели с клеммами панели стационарного контрольно-измерительного пункта.
Предложение обеспечивает оперативный контроль влажности на трубопроводе с теплоизоляционным слоем за счет упрощения конструкции устройства, позволяет использовать как на вновь строящемся трубопроводе, так и на действующем трубопроводе при упрощении конструкции устройства, установки устройства и его демонтаж, изготовлении и применении, сокращение длительности получения результата измерения на конкретном участке трубопровода, повышение качества работы в полевых условиях, а также снижение материальных затрат.