СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА ГАЗА ЧЕРЕЗ НЕГЕРМЕТИЧНЫЙ ЗАТВОР ЗАКРЫТОГО ШАРОВОГО КРАНА ЗАПОРНО-РЕГУЛИРУЮЩЕЙ АРМАТУРЫ МАГИСТРАЛЬНОГО ТРУБОПРОВОДА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ
METHOD FOR MEASUREMENT OF GAS FLOW THROUGH UNTIGHT GATE OF CLOSED BALL VALVE OF STOP AND CONTROL VALVES OF MANIFOLD PIPELINE AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Группа изобретений относится к способам и средствам транспортировки газов и жидкостей и может быть использована для испытаний запорно-регулирующей арматуры (ЗРА) магистрального трубопровода (МТ).
Известен способ того же назначения, заключающийся в импульсной инжекции в поток транспортируемого газа у входа в ЗРА порции индикаторного газа, образующей метку, и регистрации с помощью датчиков концентрации времени запаздывания метки при прохождении ей ЗРА, кроме того, определяют также величину пространственного уширения метки после прохождения ЗРА.
По времени запаздывания и величине уширения метки судят об объемном расходе транспортируемого газа через ЗРА /патент РФ №2317482, кл. F17D 5/02, 2007/.
Известна система аналогичного назначения, содержащая инжектор индикаторного газа и датчики концентрации индикаторного газа, расположенные по разные стороны ЗРА на известном расстоянии от инжектора /патент РФ №2309323, кл. F17D 5/02, 2007/.
В аналоге измеряют время прохождения индикаторным газом (меткой) известного расстояния и концентрацию индикаторного газа в метке, по которым судят о расходе транспортируемого газа через негерметичный затвор закрытого шарового крана ЗРА.
Недостатком аналогов способа и устройства является низкая точность определения расхода газа через ЗРА, связанная с размытостью метки и невозможностью определения расхода газа отдельно через каждое уплотнение ЗРА.
Известен способ того же назначения, заключающийся в подсоединении к полости крана ЗРА дренажной трубки и измерении статических давлений в трубопроводах высокого и низкого давлений, а также в полости шарового крана /Калужских А.Н. «Шаровые краны: контроль герметичности в условиях действующей компрессорной станции магистрального газопровода». Обзор.информ. Сер. Транспорт и подземное хранение газа. - М.: ООО «ИРЦ Газпром», 2002, стр.20, 21/.
Данный способ принят за прототип.
В прототипе статическое давление в дренажной трубке измеряют при открытом и закрытом дренажном вентиле. Это позволяет составить систему уравнений, решая которую можно определить расход газа через поврежденные уплотнения шарового крана.
Известно устройство того же назначения, принятое за прототип, содержащее дренажную трубку с запорным вентилем, подсоединенную к полости крана, и три манометра, подключенные к трубопроводам высокого и низкого давлений и полости шарового крана МТ, и дополнительный запорный вентиль /Калужских А.Н. «Шаровые краны: контроль герметичности в условиях действующей компрессорной станции магистрального газопровода». Обзор.информ. Сер. Транспорт и подземное хранение газа. - М.: ООО «ИРЦ Газпром», 2002, стр.22-25, рис.8/.
В прототипе к дренажной трубке подсоединяется камера, в крышке которой выполнено калиброванное отверстие, и измеряется скорость истечения газа из этого калиброванного отверстия, выраженная через параметры газа.
Затем по математическому соотношению определяют расход газа через негерметичный затвор ЗРА.
Недостатком прототипов способа и устройства является невысокая точность измерений расхода газа, связанная с большим количеством допущений при составлении уравнений, из которых определяют расход газа, и невозможность прямых измерений расходов (утечек) газа через каждое уплотнение крана ЗРА в отдельности.
Техническим результатом, получаемым от внедрения способа и устройства, является повышение точности измерений за счет применения прямого метода измерения расхода (утечек), а также получение возможности измерения расходов газа отдельно через каждое уплотнение неисправного крана ЗРА.
Данный технический результат в части способа достигают за счет того, что в известном способе, заключающемся в подсоединении к полости крана дренажной трубки и измерении статических давлений в трубопроводах высокого и низкого давлений, а также в полости шарового крана, с дренажной трубкой дополнительно соединяют трубопровод высокого давления и в установившемся режиме измеряют в ней расход газа через уплотнение между полостью крана и трубопроводом низкого давления, а затем соединяют трубопровод низкого давления с последующим измерением в дренажной трубке расхода газа через уплотнение между трубопроводом высокого давления и полостью шарового крана.
Время установившегося режима при измерении расходов газа через уплотнения шарового крана определяют, соответственно, по равенству статических давлений в полости крана и трубопроводе низкого давления, и в полости крана и трубопроводе высокого давления.
Технический результат в части устройства достигают за счет того, что в известном устройстве, содержащем дренажную трубку с запорным вентилем, подсоединенную к полости крана, и три манометра, подключенные к трубопроводам высокого и низкого давлений, а также к полости шарового крана магистрального трубопровода, дополнительно имеются импульсные трубки высокого и низкого давлений, первый и второй расходомеры и третий запорный вентиль, при этом импульсная трубка высокого давления установлена между трубопроводом высокого давления и дренажной трубкой, а импульсная трубка низкого давления - между дренажной трубкой и трубопроводом низкого давления, причем первый расходомер с соответствующим запорным вентилем последовательно установлены в первой импульсной трубке, а второй расходомер с соответствующим запорным вентилем последовательно установлены во второй импульсной трубке.
Первая и вторая импульсные трубки могут быть соединены с дренажной трубкой в одной точке, при этом устройство может дополнительно содержать крестовину и четвертый запорный вентиль, причем крестовина пневматически соединена с выходом запорного вентиля дренажной трубки, с выходом первого расходомера, с входом второго расходомера и с входом четвертого дренажного вентиля, сообщающегося выходом с атмосферой.
В качестве расходомеров применяются проточные расходомеры.
В качестве проточных расходомеров могут применяться вихревые расходомеры.
Изобретение поясняется чертежом, на котором представлена схема устройства для реализации способа измерения расхода газа через негерметичный затвор закрытого шарового крана ЗРА МТ.
На чертеже под позицией 1 представлен шаровой кран ЗРА с негерметичным закрытым затвором, имеющий уплотнения 2 и 3. Слева и справа от крана 1 соответственно под позициями 4 и 5 изображены трубопроводы высокого и низкого давлений МТ 6.
Имеется три манометра 7, 8 и 9 (измерители статических давлений газа), подсоединенные соответственно к трубопроводу 4 высокого давления, внутрикрановой полости шарового крана 1 и к трубопроводу 5 низкого давления.
К этим же элементам подсоединены также соответственно импульсная трубка 10 высокого давления, дренажная трубка 11 и импульсная трубка 12 низкого давления. Каждая из перечисленных трубок содержит запорные вентили 13, 14 и 15.
Импульсные трубки 10 и 12 высокого и низкого давлений, кроме того, содержат проточные расходомеры 16 и 17 (например, вихревые).
Выход проточного расходомера 16, дренажная трубка 11 (после запорного вентиля 14) и вход проточного расходомера 17 пневматически соединены крестовиной 18 друг с другом. При этом к четвертому выходу крестовины 18 подсоединен запорный вентиль 19, сообщающийся с атмосферой.
Способ измерения расхода газа через негерметичный затвор закрытого шарового крана ЗРА МТ 6 реализуется в устройстве того же назначения следующим образом.
В рабочем состоянии ЗРА все запорные вентили 13, 14, 15 и 19 находятся в закрытом положении.
При испытании уплотнения 2, расположенного между трубопроводом 4 высокого давления и внутрикрановой полостью шарового крана 1, открывают запорные вентили 14 и 15. Газ из области высокого давления устремляется в область низкого давления в полость крана через испытуемое уплотнение 2, проходя при этом крестовину 18 и проточный расходомер 17 (путь газа показан штриховой стрелкой).
В установившемся режиме истечения газа, когда давления в трубопроводе 4 высокого давления и внутрикрановой полости крана 1, измеряемые манометрами 7 и 8, выравниваются, снимаются показания расходомера 17, предварительно отградуированного в единицах расхода газа. Затем все запорные вентили переводят в закрытое состояние.
Измеренный расходомером 17 расход газа принимается за величину утечки уплотнения 2 ЗРА.
При испытании уплотнения 3, расположенного между внутрикрановой полостью крана 1 и трубопроводом 5 низкого давлении, открывают запорные вентили 13 и 14. Газ (по направлению сплошной стрелки) устремляется из области высокого давления в полости крана в область низкого давления через расходомер 16, крестовину 18 и негерметичное уплотнение 3.
В установившемся режиме истечения газа, когда давление во внутрикрановой полости крана 1 и трубопроводе 5 низкого давления, измеренные манометрами 8 и 9, выравниваются, снимаются показания расходомера 16, также отградуированного в единицах расхода газа.
Полученные значения расхода принимают за величину утечки уплотнения 3 ЗРА.
Последовательность испытаний герметичности уплотнений ЗРА (какое из уплотнений испытываем первым, а какое вторым) не имеет значения при реализации способа.
Перед каждым измерением расходов газа через уплотнения 2, 3 ЗРА можно путем открытия запорных вентилей 14, 19 очистить внутрикрановую полость от транспортируемого газа путем его выпуска в атмосферу. Затем запорные вентили 14, 19 закрывают.
Таким образом, практическая реализация способа и устройства позволяет раздельно измерить утечки газа через каждое уплотнение крана. Причем измерения проводятся прямым способом при использовании отградуированных расходомеров, что повышает точность и достоверность проводимых испытаний ЗРА по сравнению с известными способом и устройством.