СПОСОБ ПРОВЕРКИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ ТЕЧИ ТРУБОПРОВОДА
METHOD OF CHECKING PIPELINE LEAK CONTROL SYSTEM

Изобретение относится к диагностике технического состояния сложных систем контроля технологических процессов и может быть использовано для проверки работоспособности системы контроля течи трубопровода, в частности трубопроводов ядерных энергетических установок с водяным теплоносителем.
Известно техническое решение, рассмотренное в патенте РФ на изобретение №2184369 «Устройство для измерения влажности воздуха», из описания которого известен способ проверки его работоспособности. Сущность способа заключается в дистанционном отключении чувствительных к измеряемым физическим величинам элементов первичных преобразователей от входов пространственно удаленных усилителей-преобразователей, подключении к ним эталонных имитаторов измеряемых физических величин и сравнении показаний измерительных каналов с подключенными эталонными имитаторами с параметрами самих эталонных имитаторов.
Недостаток способа заключается в том, что он не контролирует технического состояния чувствительных элементов первичного преобразователя, который эксплуатируется в условиях воздействия деструктивных факторов.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является способ, раскрытый в препринте Морозов С.А., Ковтун С.Н., Дврников П.А. и др. Система влажностного контроля течи (СКТВ) водяного теплоносителя. Препринт ФЭИ-3080. Обнинск, 2006, 20 с.
Сущность способа заключается в периодическом дистанционном отключении от входов усилителей-преобразователей каналов измерения относительной влажности и температуры воздуха, чувствительных к измеряемым физическим величинам элементов, емкостного сенсора относительной влажности воздуха и резистивного сенсора температуры воздуха, и дистанционном подключении вместо них эталонных имитаторов измеряемых физических величин, эталонного конденсатора и эталонного резистора, регистрации показаний измерительных каналов с подключенными эталонными имитаторами и сравнении воспроизведенных параметров эталонных имитаторов с параметрами самих эталонных имитаторов. Описанный способ позволяет контролировать линии связи между первичными преобразователями и пространственно удаленными усилителями-преобразователями измерительных каналов и сохранность характеристик усилителей-преобразователей в точке контроля, заданной параметрами имитаторов физических величин.
Недостатком известного технического решения является отсутствие комплексного контроля со стороны системы за работоспособностью чувствительных элементов первичных преобразователей и электрическими характеристиками измерительных каналов, а также отсутствие комплексной проверки алгоритма определения местоположения и массового расхода течи по показаниям задействованных на контролируемом участке трубопровода первичных преобразователей.
Задачей изобретения является устранение указанных недостатков, а именно обеспечение комплексного контроля со стороны системы за работоспособностью чувствительных элементов первичных преобразователей и электрическими характеристиками измерительных каналов, а также обеспечение комплексной проверки алгоритма определения местоположения и массового расхода течи.
Технический результат - расширение функциональных возможностей способа проверки работоспособности системы контроля течи трубопровода.
Для исключения указанных недостатков в способе проверки работоспособности системы контроля течи трубопровода, включающем воспроизведение системой параметров эталонного имитатора измеряемых системой физических величин, сравнение воспроизведенных параметров с заданными параметрами эталонного имитатора и выработку заключения о работоспособности системы, предлагается:
- перед каждой проверкой работоспособности системы задавать параметры эталонного имитатора течи в виде величин массового расхода и местоположения течи;
- рассчитывать временной и температурный режимы теплового воздействия на каждый первичный преобразователь температуры системы при течи с заданными эталонным имитатором массового расхода и местоположения течи;
- проводить тепловое воздействие на каждый первичный преобразователь температуры с соблюдением рассчитанных временного и температурного режимов и зарегистрировать воспроизведенные системой параметры эталонного имитатора;
- сравнить указанные параметры имитатора;
- признать работоспособность системы при условии совпадения воспроизведенных системой параметров эталонного имитатора течи в пределах допустимых нормированных погрешностей.
Сущность способа состоит в следующем.
Способ проверки работоспособности системы контроля течи трубопровода включает воспроизведение системой параметров эталонного имитатора измеряемых системой физических величин, сравнение воспроизведенных параметров с заданными параметрами эталонного имитатора и выработку заключения о работоспособности системы.
Параметры эталонного имитатора течи задают перед каждой проверкой работоспособности системы в виде величин массового расхода и местоположения течи.
Рассчитывают временной и температурный режимы теплового воздействия на каждый первичный преобразователь температуры системы при течи с заданными эталонным имитатором параметрами.
Проводят тепловое воздействие на каждый первичный преобразователь температуры с соблюдением рассчитанных временного и температурного режимов.
Регистрируют воспроизведенные системой параметры эталонного имитатора, сравнивают их с заданными параметрами эталонного имитатора течи и признают систему работоспособной при условии совпадения указанных параметров в пределах допустимых нормированных погрешностей.
1
2
3
T
Способ предназначен для проверки системы контроля течи трубопровода, в которой в качестве физического признака течи используется эффект повышения температуры, регистрируемый тремя термоэлектрическими преобразователями (ТЭП), установленными на известных расстояниях (X, Х и Х) вдоль длины контролируемого участка трубопровода. ТЭП установлены в патрубках, нижние концы которых сочленены с пространством трубопровода, образованного зазором между внешним диаметром трубопровода и внутренним диаметром теплоизоляции. Система постоянно измеряет температуру воздуха в местах установки ТЭП. При наличии течи трубопровода образовавшийся пар в силу избыточного давления распространяется равномерно от места течи (X) в обе стороны по подизоляционному пространству трубопровода, при этом некоторая часть пара через патрубки выходит в окружающую среду, что приводит к повышению температуры воздуха в патрубках, которая регистрируется ТЭП. Поскольку ТЭП находятся на различных расстояниях от места течи, то моменты времени увеличения показаний соответствующих измерительных каналов будут различными и зависимыми от величины (расхода) течи. Моменты времени достижения измерительными каналами уставок по температуре фиксируются и используются в качестве входных данных в алгоритме вычисления параметров течи - расход и координаты места течи.
Для проверки работоспособности описанной системы необходимо выполнить следующие действия:
эт
эт
1. Задать параметры эталонной течи: эталонную величину расхода течи G и эталонную координату места течи Х, величины которых находятся внутри диапазонов измерения системой расхода и координаты места течи.
2. По заданным параметрам эталонной течи рассчитать временной и температурный режимы теплового воздействия на все ТЭП, для чего определить:
<mrow><mover accent="true"><mi>W</mi><mo stretchy="true">¯</mo></mover></mrow>
- среднюю скорость
прохождения парогазового фронта (ПГФ) вдоль подизоляционного пространства по формуле
где ν - удельный объем перегретого газа при температуре подизоляционного пространства; S - площадь сечения подизоляционного пространства трубопровода;
1
2
3
эт
1
2
3
- времена t, t, t прохождения ПГФ расстояний от заданного эталонного места течи (Х) до мест установок первичных преобразователей (Х, Х и Х), что равносильно временам от момента начала течи до моментов теплового воздействия на первичные преобразователи, по формулам:
если
или по формулам:
если
и.т.в.
- время искусственного теплового воздействия на термоэлектроды ТЭП (t) по формуле
величину тока нагрева термоэлектродов ТЭП по формуле
где ΔT - величина уставки по температуре, определяется как превышение температуры над фоном; k - коэффициент пропорциональности между скоростью увеличения показаний температуры измерительными каналами и током нагрева термоэлектродов ТЭП.
ф1
ф2
ф3
3. Зафиксировать показания температур Т, Т и Т измерительными каналами при отсутствии течи (фоновые температуры).
1
2
3
4. Одновременно отключить все ТЭП от входов усилителей-преобразователей измерительных каналов и через времена t, t, t подключить к источнику тока (источнику теплового воздействия) соответствующие ТЭП.
и.т.в
5. По истечении времени искусственного теплового воздействия на ТЭП (t) одновременно отключить их от источника тока и подключить ко входам усилителей-преобразователей измерительных каналов, зафиксировать показания температур, величины которых описываются формулами:
где i=1,2,3.
<mrow><msubsup><mi>t</mi><mn>1</mn><mo>'</mo></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>t</mi><mn>2</mn><mo>'</mo></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>t</mi><mn>3</mn><mo>'</mo></msubsup></mrow>
6. Рассчитать моменты времени
,
,
превышения каждым измерительным каналом уставки по температуре ΔT по формуле
<mrow><msubsup><mi>X</mi><mrow><mi>э</mi><mi>т</mi></mrow><mo>'</mo></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>G</mi><mrow><mi>э</mi><mi>т</mi></mrow><mo>'</mo></msubsup></mrow>
7. Определить воспроизводимые системой параметры эталонной течи
и
по соответствующим формулам
при
при
8. Сравнить воспроизведенные параметры течи X' и G' с заданными эталонными параметрами и проверить выполнение условий
где ΔG и ΔХ - пределы допускаемых нормированных абсолютных погрешностей соответственно расхода течи и координаты места течи.
9. Принять, что при выполнении условий (1) система с установленными на контролируемом участке ТЭП работоспособна.
Для проверки системы контроля течи трубопроводов ядерных энергетических установок с водяным теплоносителем в качестве допустимых нормированных погрешностей в выражении (1) использовать рекомендованные нормативными документами пределы определения расхода и координаты места течи, равные соответственно ±50%, ±2 м на длине контролируемого участка трубопровода.
Таким образом, способ проверки работоспособности системы контроля течи трубопровода вовлекает в сферу контроля чувствительные элементы первичных преобразователей и алгоритма работы системы по определению расхода и координаты места течи, а также дает возможность контролировать работоспособность системы во всех диапазонах контролируемых его расходов и координат мест течи путем задания соответствующих параметров эталонной течи при проведении периодических проверок ее работоспособности.
Покажем работоспособность способа на конкретном числовом примере.
В таблице 1 приведены исходные данные, необходимые системе для реализации алгоритма определения расхода и координаты места течи и проведения проверки своей работоспособности.
В таблице 2 приведены промежуточные результаты расчетов для проверки работоспособности предложенного способа.
Анализ полученных результатов расчета поэтапного выполнения способа показывает, что технические возможности системы обеспечивают как временные, так и температурные параметры искусственного теплового воздействия на первичные преобразователи во всем диапазоне измерений, а совпадение заданных параметров эталонной течи с воспроизведенными параметрами демонстрируют работоспособность способа.
Для технической реализации способа необходимо технические средства системы дополнить источником теплового воздействия на ТЭП в виде источника тока с возможностью программного управления величиной тока и программно-управляемым коммутатором, необходимым для дистанционного отключения ТЭП от входов измерительных каналов и подключения их к источнику теплового воздействия в заданном временном режиме.
Промышленная применимость способа обосновывается принципиальной возможностью использования способа в системах контроля течи по температуре, в частности трубопроводов первого контура ядерных энергетических установок с водяным теплоносителем.