Способ мониторинга давления и влагосодержания в полости трубопровода, выведенного из эксплуатации, и устройство для его осуществления (варианты)
METHOD FOR MONITORING PRESSURE AND MOISTURE CONTENT IN CAVITY OF DECOMMISSIONED PIPELINE AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION (OPTIONS)

Группа изобретений относится к области трубопроводного транспорта и может быть использована при консервации трубопроводов или другого технологического оборудования замкнутого объема.
Консервация трубопроводов необходима при переносе ввода в эксплуатацию отремонтированного или вновь построенного трубопровода на более поздний срок либо перед ликвидацией трубопровода. В течение всего срока консервации необходимо проводить периодический мониторинг с целью подтверждения герметичности трубопровода и первоначального влагосодержания в его полости.
Для консервации трубопроводы заполняют осушенным инертным газом до избыточного давления. Основным параметром, контролируемым при мониторинге законсервированного трубопровода, является значение давления в полости трубопровода.
Еще одним контролируемым параметром является влагосодержание в полости трубопровода. Инертный газ, используемый для консервации, должен быть осушен до нормированного значения влагосодержания, повышение которого, выявленное в ходе мониторинга, свидетельствует либо о том, что в трубопровод попала вода вследствие нарушения его герметичности, либо о некачественно выполненной осушке полости трубопровода перед его консервацией.
Известен способ определения содержания водяных паров и точки росы влаги (ГОСТ 20060-83 «Газы горючие природные. Методы определения содержания водяных паров и точки росы влаги», с. 2-4), заключающийся в измерении температуры равновесия между образованием и испарением росы на поверхности металлического зеркала, контактирующей с анализируемым газом. Прибором, с помощью которого реализуют этот способ, является гигрометр конденсационный. Пробы отбирают, присоединяя прибор к источнику анализируемого газа.
3
Недостатком указанного способа является необходимость при проведении измерения направить поток испытуемого газа с расходом 1-3 дм/мин в измерительную камеру прибора и поддерживать указанный расход в течение не менее 15 минут. Отбор газа с указанными параметрами из полости законсервированного трубопровода возможно осуществить путем открытия запорной арматуры, например, на манометрическом штуцере, стояке отбора газа или на продувочной свече, что, однако, приводит к потерям газа, используемого для консервации и, соответственно, снижению давления в законсервированном трубопроводе. Кроме того, реализация известного способа обеспечивает возможность определения значения только одного параметра в процессе мониторинга (влагосодержания).
Известен способ определения содержания водяных паров и точки росы влаги (ГОСТ 20060-83 «Газы горючие природные. Методы определения содержания водяных паров и точки росы влаги» с. 7-12), который заключается в поглощении водяных паров безводным диэтиленгликолем и последующем определении связанной диэтиленгликолем воды титрованием раствора Карла Фишера или методом газовой хроматографии. Недостатком известного способа является трудоемкая технология замеров, труднореализуемая при потоковом мониторинге на трассе магистрального трубопровода, в частности, из-за значительных временных затрат.
Наиболее близким к предлагаемому способу (прототипом) является способ поддержания влажностного режима во внутренней полости транспортируемого изделия (патент РФ №2629743, B65D 88/38, опубл. 31.08.2017) в котором поддержание влажностного режима обеспечивают путем поглощения влаги из воздуха силикагелем, находящимся в блоке осушки, связанном воздуховодом с полостью транспортируемого изделия. Предварительно в полости транспортируемого изделия размещают трансформируемую камеру с избыточным давлением. Недостатком известного способа является то, что он может быть использован для контроля и поддержания необходимого влагосодержания в полости изделия, объем которой составляет несколько десятков кубических метров, и не может быть реализован на магистральных трубопроводах (диаметром до 1420 мм) большой протяженности, в связи с ограниченной влагоемкостью имеющегося запаса силикагеля и его неспособностью осушить отдаленные участки трубопровода. По этим же причинам известный способ не может быть реализован при мониторинге законсервированного трубопровода в течение длительного времени (до трех лет). Кроме того, невозможно применение трансформируемой надувной камеры в полости магистрального трубопровода, обладающего большими линейными размерами.
Известно устройство для реализации способа контроля герметичности парогенераторов судовой ядерной энергетической установки с водным теплоносителем под давлением (патент №2352005, G21C 17/022, опубл. 10.04.2009), в котором отбор проб влаги воздуха из трубной системы парогенератора проводится путем пропускания воздуха через влагопоглотитель. Для определения содержания трития в воздухе трубных систем парогенератора используют адсорбционный метод отбора проб влаги воздуха. В качестве адсорбента влаги используют индикаторный силикагель, помещенный в прозрачную колонку из оргстекла. Влагу из силикагеля после отбора пробы выделяют термовакуумной десорбцией. В полученной влаге измеряют активность трития на радиометре. При увеличении содержания трития в воздухе, превышающего погрешность методики измерения, делают заключение о негерметичности.
Недостатком известного устройства является высокая трудоемкость и длительность процесса определения влагосодержания, поскольку герметичность системы определяют по величине содержания трития. Кроме того, указанное устройство не позволяет контролировать давление в полости объекта одновременно с влагосодержанием.
Наиболее близкой к предлагаемому устройству (прототипом) является установка для контроля герметичности и осушки прибора с регулятором давления и блоком подготовки газа (патент РФ №113357, G01M 3/02, опубл. 10.02.2012), содержащая последовательно соединенные источник сжатого газа, трубопровод, регулятор давления газа наддува и сигнализатор давления газа. На выходе источника сжатого газа установлен упомянутый блок подготовки газа в виде съемной обоймы с полостью, входным и выходным отверстиями, и установленных в обойме с зазором фильтрующих и осушающих элементов и центрального стакана с полостью - коллектором, входными отверстиями на образующей поверхности и выходным отверстием на торце.
Недостатком известной установки является ее непригодность для мониторинга законсервированного трубопровода в течение длительного времени (до трех лет), поскольку указанная установка предназначена для контроля герметичности и обеспечения заданного уровня влажности в полости прибора в течение короткого времени его испытаний на герметичность, равного 30-50 минутам, что не позволяет отслеживать изменение влагосодержания среды в полости законсервированного трубопровода во времени. Кроме того, установка непригодна для мониторинга параметров в полости протяженных объектов, в частности магистральных трубопроводов, на которых необходимо контролировать герметичность и влагосодержание в различных точках по длине, удаленных друг относительно друга на десятки километров.
Задачей, на решение которой направлена предлагаемая группа изобретений, является разработка простого и эффективного способа и устройства для мониторинга давления и влагосодержания в полости протяженных объектов в течение длительного времени.
Техническим результатом, на достижение которого направлена группа изобретений, является простота реализации и повышение эффективности мониторинга за счет получения более достоверных данных о давлении и влагосодержании в полости трубопровода, а также за счет уменьшения потерь газа и давления при выполнении мониторинга герметичности трубопровода, выведенного из эксплуатации.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в способе мониторинга давления и влагосодержания в полости трубопровода, выведенного из эксплуатации, включающем установку индикаторного патрона, заполненного силикагелем, с возможностью визуального контроля его индикации, индикаторный патрон устанавливают на заполненный газом трубопровод, выведенный из эксплуатации, с обеспечением циркуляции газа между полостью трубопровода и полостью индикаторного патрона. Подключают к индикаторному патрону манометр, осуществляют продувку индикаторного патрона газом из полости трубопровода. Через установленные интервалы времени определяют и фиксируют значение установившегося в трубопроводе давления и при отклонении полученных результатов от нормированного значения делают вывод о нарушении герметичности трубопровода. После чего определяют изменение влагосодержания газа в трубопроводе по изменению цвета индикаторного патрона в соответствии с нормированной цветовой шкалой и при изменении цвета индикаторного патрона на цвет, выходящий за установленный предел по цветовой шкале, делают вывод о повышении влагосодержания в полости трубопровода.
Устройство для реализации способа мониторинга давления и влагосодержания в полости трубопровода, выведенного из эксплуатации, по первому варианту включает индикаторный патрон, заполненный силикагелем, манометр, соединительную и запорную арматуру и два соединительных трубопровода, один из которых соединяет индикаторный патрон и манометр, а другой предназначен для подключения индикаторного патрона к трубопроводу, выведенному из эксплуатации. Индикаторный патрон выполнен из прозрачного материала и снабжен защитным кожухом, а на входе и выходе индикаторного патрона установлены сетчатые элементы.
Устройство для реализации способа мониторинга давления и влажности в полости трубопровода, выведенного из эксплуатации, по второму варианту включает индикаторный патрон, заполненный силикагелем, манометр, соединительную и запорную арматуру и два соединительных трубопровода, один из которых соединяет индикаторный патрон и манометр, а другой предназначен для подключения индикаторного патрона к трубопроводу, выведенному из эксплуатации. Устройство дополнительно содержит трубопровод, параллельно подключенный к соединительным трубопроводам. Индикаторный патрон выполнен из прозрачного материала и снабжен защитным кожухом, а на входе и выходе индикаторного патрона установлены сетчатые элементы.
Силикагель (силикагель-индикатор), находящийся в индикаторном патроне, применяется для контроля относительной влажности среды в замкнутом объеме по изменению его окраски при производстве, хранении и транспортировании материалов и механизмов (ГОСТ 8984-75 Силикагель-индикатор. Технические условия (с Изменениями №1, 2, 3); http://air-part.ru/product/silikagel-orange-chameleon-2050).
Силикагель-индикатор, представляет собой силикагель, обработанный специальным веществом (солями кобальта или др.), которое обеспечивает изменение цвета в зависимости от влагонасыщения силикагеля, которое в свою очередь зависит от относительной влажности окружающей среды.
На фиг. 1 представлена конструкция устройства по первому варианту.
На фиг. 2 изображен разрез индикаторного патрона, отражающий частный случай конструкции упомянутого патрона.
На фиг. 3 изображен конструкция устройства по второму варианту.
Устройство для реализации способа мониторинга давления и влажности в полости трубопровода, выведенного из эксплуатации, по первому варианту содержит трубопровод 1, соединяющий индикаторный патрон 2, выполненный из прозрачного материала, например, из оргстекла или поликарбоната, заполненный силикагелем 3, с трубопроводом 4, находящимся в стадии консервации. Соединительный трубопровод 1 снабжен шаровым краном 5, обеспечивающим возможность подключения и отключения устройства без нарушения герметичности законсервированного трубопровода 4, и соединительным разъемным элементом 6, например, накидной гайкой с внутренней резьбой. Индикаторный патрон 2 снабжен защитным кожухом 7 (на фиг. 1 не показан), предназначенным для защиты от ультрафиолетового излучения и механических повреждений, и оснащен сетчатыми элементами 8, установленными на входе и выходе индикаторного патрона 2, исключающими возможность попадания частиц селикагеля 3 в трубопроводы. К индикаторному патрону 2 посредством соединительного трубопровода 9 последовательно подключен манометр 10. Соединительный трубопровод 9 снабжен соединительными разъемными элементами 11, 12 и шаровым краном 13, оснащенным заглушкой 14. Соединительные элементы 6 и 11 обеспечивают возможность замены силикагеля 3, а соединительный элемент 12 предназначен для подключения манометра 10.
Устройство для реализации способа мониторинга давления и влажности в полости трубопровода, выведенного из эксплуатации, по второму варианту содержит трубопровод 1, соединяющий индикаторный патрон 2, выполненный из прозрачного материала, например, из оргстекла или поликарбоната, заполненный силикагелем 3, с трубопроводом 4, находящимся в стадии консервации. Соединительный трубопровод 1 снабжен шаровым краном 5, обеспечивающим возможность подключения и отключения устройства без нарушения герметичности законсервированного трубопровода 4, и соединительным разъемным элементом 6. Индикаторный патрон 2 снабжен защитным кожухом 7, предназначенным для защиты от ультрафиолетового излучения и механических повреждений, и оснащен сетчатыми элементами 8, установленными на входе и выходе индикаторного патрона 2, исключающими возможность попадания частиц селикагеля 3 в трубопроводы. К индикаторному патрону 2 посредством соединительного трубопровода 9 последовательно подключен манометр 10. Соединительный трубопровод 9 снабжен соединительными разъемными элементами 11, 12 и шаровым краном 13, оснащенным заглушкой 14. Соединительные элементы 5 и 11 обеспечивают возможность замены силикагеля 3, а соединительный элемент 12 предназначен для подключения манометра 10. Устройство содержит дополнительный трубопровод 15, подключенный к трубопроводам 1 и 9 с образованием замкнутого контура циркуляции газа между полостью трубопровода 4, выведенного из эксплуатации, и полостью индикаторного патрона 2. Трубопровод 1 снабжен дополнительно шаровым краном 16, а трубопровод 9 - шаровым краном 17 и шаровым краном 18, оснащенным заглушкой 19.
Для трубопровода 4, выведенного из эксплуатации, устанавливают предельно допустимые значения определяемых параметров: минимально допустимое давление в полости законсервированного трубопровода 4 и предельный допустимый цвет силикагеля 3 по цветовой шкале.
При транспортировке и хранении силикагеля 3 исключают взаимодействие с влажными газами для предотвращения изменения его окраски.
Предлагаемый способ реализуют посредством предложенного по первому варианту устройства на трубопроводах сложной пространственной конфигурации или большой протяженности, включающих тупиковые зоны, в которых возможно скопление влаги и возникает необходимость перемещения газа из указанных зон к точке измерения его влагосодержания, следующим образом.
Устройство монтируют на манометрическом штуцере законсервированного трубопровода 4 либо на ввариваемом патрубке. Открывают шаровой кран 5 и при закрытом шаровом кране 13 газ из законсервированного трубопровода 4 перемещают в полость индикаторного патрона 2 и в полость соединительного трубопровода 9. С помощью манометра 10 измеряют значение давления, установившегося в полости трубопровода 4. В процессе мониторинга с заданной периодичностью измеряют и фиксируют величину давления в полости трубопровода 4. При отклонении полученных результатов от нормированных значений делают вывод о возможном нарушении герметичности законсервированного трубопровода 4. Далее определяют влагосодержание в полости законсервированного трубопровода 4 путем визуального контроля цветового оттенка силикагеля 3, для чего снимают защитный кожух 7 индикаторного патрона 2, фиксируют цвет силикагеля 3 и определяют, соответствует ли цвет установленному предельно допустимому цвету по цветовой шкале. При изменении цвета силикагеля 3 на цвет, выходящий за установленный предел по цветовой шкале, делают вывод о неудовлетворительном влагосодержании в полости законсервированного трубопровода 4. При нахождении цвета силикагеля 3 в допустимом интервале по нормированной цветовой шкале делают вывод об удовлетворительном влагосодержании в полости законсервированного трубопровода 4. Для повышения точности мониторинга после каждого определения влагосодержания осуществляют перемещение газа из полости законсервированного трубопровода 4 в полость индикаторного патрона 2, для чего снимают заглушку 14 и открывают шаровой кран 13. При этом происходит выпуск газа из устройства в окружающую среду, в результате чего газ из полости трубопровода 4 перемещается в полость индикаторного патрона 2. Поскольку силикагель 3 обладает накопительными свойствами и адсорбирует влагу, суммарно содержащуюся в проходящем через него газе, шаровой кран 13 открывают на короткий промежуток времени, достаточный для замены газа в полости устройства, что исключает возможность снижения давления в полости трубопровода 4. После определения влагосодержания устанавливают заглушку 14 и закрывают защитным кожухом 7 индикаторный патрон 2. Устройство оставляют в таком состоянии до следующего, осуществляемого по установленному графику, мониторинга давления и влагосодержания в полости трубопровода 4, выведенного из эксплуатации.
Предлагаемый способ реализуют посредством предложенного по второму варианту устройства на трубопроводах небольшой протяженности или сосудов малого объема, в которых предполагается одинаковое влагосодержание газа во всех точках полости трубопровода и отсутствует необходимость перемещения газа из периферийных участков к точке измерения, следующим образом.
Устройство монтируют на манометрическом штуцере законсервированного трубопровода 4 либо на ввариваемом патрубке. Открывают шаровые краны 5, 16 и при закрытых шаровых кранах 13, 17, 18 газ из законсервированного трубопровода 4 перемещают в полость индикаторного патрона 2 и в полость дополнительного трубопровода 15. Для обеспечения замены газа в индикаторном патроне 2 на газ из полости трубопровода 4 создают циркуляцию с помощью поршневого компрессора (на фиг. 3 не показан), подключаемого к шаровым кранам 13 (всасывание) и 18 (нагнетание), для чего при открытых кранах 5, 13, 18 и закрытых кранах 16,17 осуществляют откачку газа из индикаторного патрона 2 путем создания разрежения в нем и нагнетания газа через дополнительный трубопровод 15 в трубопровод 4. После достижения минимально возможного давления в индикаторном патроне 2 закрывают кран 13 и открывают кран 16 для направления в индикаторный патрон 2 новой порции газа из трубопровода 4. Затем закрывают кран 16, открывают кран 13 и вновь повторяют откачку газа из индикаторного патрона 2 до полной замены всего объема газа, находящегося в индикаторном патроне 2 (определяют, исходя из рабочего объема цилиндра поршневого компрессора).
Затем с помощью манометра 10 измеряют значение давления, установившегося в полости трубопровода 4. В процессе мониторинга с заданной периодичностью измеряют величину давления в полости трубопровода 4. При отклонении значения давления от нормированных значений делают вывод о возможном нарушении герметичности законсервированного трубопровода 4. Далее определяют влагосодержание в полости законсервированного трубопровода 4 путем визуального контроля цветового оттенка силикагеля 3, для чего снимают защитный кожух 7 индикаторного патрона 2, фиксируют цвет силикагеля 3 и определяют, соответствует ли цвет установленному предельно допустимому цвету по цветовой шкале. При изменении цвета силикагеля 3 на цвет, выходящий за установленный предел по цветовой шкале, делают вывод о неудовлетворительном влагосодержании в полости законсервированного трубопровода 4. При нахождении цвета силикагеля 3 в допустимом интервале по нормированной цветовой шкале делают вывод об удовлетворительном влагосодержании в полости законсервированного трубопровода 4. После проведенного мониторинга закрывают шаровые краны 13, 18, отсоединяют компрессор и устанавливают заглушки 14, 19. Закрывают защитным кожухом 7 индикаторный патрон 2. Устройство оставляют в таком состоянии до следующего, осуществляемого по установленному графику, мониторинга давления и влагосодержания в полости трубопровода 4, выведенного из эксплуатации.
В случае если полученные в процессе мониторинга значения давления и влагосодержания не превышают предельно допустимые нормированные значения, то проводят повторный мониторинг давления и влагосодержания через заданный период времени.
Если по результатам мониторинга фиксируют понижение давления при постоянном влагосодержании, то выполняют поиск утечек газа из трубопровода органолептическим способом (при помощи обмыливания, с применением акустических течеискателей и другими доступными способами).
После обнаружения и устранения утечек газа давление в трубопроводе повышают до исходного значения путем подкачки осушенного газа и продолжают мониторинг давления и влагосодержания газа в полости трубопровода через заданный период времени.
В случае если в процессе мониторинга устанавливают повышение влагосодержания газа в полости трубопровода при неизменном давлении, то заменяют силикагель в индикаторной трубке на осушенный (или регенерированный) и проводят повторное наблюдение через заданный период времени. Если вновь наблюдается повышение влагосодержания, проводят повторную осушку полости трубопровода и заполняют его осушенным газом до избыточного давления, затем продолжают мониторинг давления и влагосодержания. Если повторного повышения влагосодержания не наблюдается, продолжают мониторинг давления и влагосодержания без проведения осушки.
В случае если за предельно допустимые нормированные значения выходят значения и давления, и влагосодержания, осуществляют поиск утечек и проверку на герметичность трубопровода, осушку полости трубопровода и его заполнение осушенным газом до избыточного давления и продолжают мониторинг давления и влагосодержания в соответствии с алгоритмом, приведенным на фиг. 4.
Пример осуществления способа.
Участок вновь построенного магистрального трубопровода DN 1400 протяженностью 120 км законсервировали в связи с отложенным вводом в эксплуатацию. Полость трубопровода заполнили азотом с объемной концентрацией 98%, осушенным до температуры точки росы по воде минус 20°С, до манометрического давления 0,02 МПа. При этом на всех линейных крановых узлах закрыли основные и байпасные краны с целью изоляции друг относительно друга участков магистрального трубопровода между крановыми узлами. На манометрических штуцерах по обе стороны от каждого линейного кранового узла установили устройства для мониторинга давления и влагосодержания в полости трубопровода. В ходе проводившегося мониторинга параметров в полости законсервированного газопровода осуществляли периодический контроль давления и влагосодержания. Первые десять дней после начала мониторинга контроль осуществляли ежедневно, затем - раз в 15 дней. По прошествии двух месяцев при очередном контроле параметров обнаружили падение давления до атмосферного на двух манометрах, установленных по обоим концам участка газопровода длиной 27 км, ограниченного крановыми узлами, а также изменение цвета индикаторного патрона с синего на розовый на одном конце участка. В результате падения давления до атмосферного сделали вывод о потере герметичности на участке трубопровода, а по изменению цвета индикаторного патрона - о повышении влагосодержания в полости трубопровода вблизи кранового узла. В качестве корректирующего мероприятия осуществили подкачку азота в участок трубопровода, в котором упало давление. Затем провели поиск утечек на крановом узле, где обнаружили повышение влагосодержания, с применением акустических течеискателей и обмыливания. Утечку, обнаруженную у шпинделя линейного крана DN 1400, ликвидировали, после чего участок трубопровода продули осушенным азотом до достижения на выходе нормированного влагосодержания и заполнили азотом до манометрического давления 0,02 МПа. Произвели замену силикагеля в индикаторном патроне и продолжили мониторинг параметров в полости законсервированного газопровода с периодичностью 30 дней.
Предлагаемая группа изобретений позволяет получать в процессе мониторинга трубопровода, выведенного из эксплуатации, более достоверные данные о техническом состоянии трубопровода за счет сопоставления полученных результатов по двум показателям (давление и влажность) одновременно, что обеспечивает повышение эффективности мониторинга. Кроме того, реализация предлагаемой группы изобретений позволяет уменьшить потери газа и, соответственно, исключить снижение давления в процессе контроля герметичности трубопровода, что также обусловливает повышение эффективности мониторинга.