УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ ТРУБОПРОВОДА МЕТОДОМ СТРЕСС-ТЕСТА

Полезная модель относится к испытательной технике, в частности к испытаниям на прочность участков трубопроводов, и может быть использована при испытаниях новых трубопроводов и реабилитации действующих.
Процесс сооружения новых и реабилитация старых трубопроводов включает в себя обязательные предпусковые испытания, так как заводские испытания отдельных труб не могут выявить все дефекты, которые проявляются во время эксплуатации и могут привести к разрушению трубопровода. Таким образом, в результате испытаний трубопровода выявляются не только технологические заводские дефекты, но и дефекты, возникающие в процессе транспортировки и складирования труб, производства сварочно-монтажных и изоляционно-укладочных работ.
Известно устройство для испытаний трубопровода [1], выбранное в качестве прототипа, имеющее испытываемый трубопровод, перекачивающую установку со всасывающим, нагнетательным трубопроводами и расходомером, содержащее датчики давлений в конце и начале испытываемого трубопровода, объема нагнетаемой среды, давлений всасывания и нагнетания, частоты вращения вала привода перекачивающей установки, температур стенки трубопровода и грунта на глубине его укладки, регистратор времени, связанные с преобразователями, подсоединенными к логическим устройствам, выполненным в виде генератора тактовых импульсов и аналого-цифрового преобразователя, соединенных с вычислительным блоком, выход которого подключен к блоку управления процессом испытаний трубопровода.
Недостаток указанного устройства заключается в том, что устройство не связано с исполнительными механизмами и не обеспечивает управление работой перекачивающей установки в зависимости от изменения испытательного давления среды из источника в объеме контролируемого участка трубопровода с точностью и допусками, удовлетворяющими требованиям стресс-теста, что не исключает риск разрыва трубопровода при его испытании под давлением, соответствующим напряжениям, превышающим предел текучести материала труб.
Технический результат заключается в повышении точности, увеличении надежности испытаний, исключая риск превышения предельного давления и разрыва газопровода при его испытании.
Для достижения данного технического результата предложено устройство, подключенное к испытываемому трубопроводу, перекачивающей установке со всасывающим, нагнетательным трубопроводами и расходомером, содержащее датчики давлений в конце и начале испытываемого трубопровода, объема нагнетаемой среды, давлений всасывания и нагнетания, частоты вращения вала привода перекачивающей установки, температур стенки трубопровода и грунта на глубине его укладки, регистратор времени, связанные с преобразователями, соединенными с логическими устройствами, выхода которых подключены к генератору тактовых импульсов, связанному с аналого-цифровым преобразователем, соединенным с вычислительным блоком, выход которого подключен к блоку управления процессом испытаний трубопровода, согласно полезной модели устройство дополнительно содержит имитатор нагрузки трубопровода, блок контроля параметров испытаний, вход которого соединен с вычислительным блоком, а выход подключен к блоку формирования расчетного графика стресс-теста, а также блок формирования управляющих команд, выход которого связан с входом блока управления процессом испытаний трубопровода.
Имитатор нагрузки трубопровода выполнен в виде генератора электрических импульсов в диапазонах частот и периодов, пропорциональных расходу среды и давлениям в начале и конце трубопровода, вход имитатора подключен к сети постоянного тока, а выход связан с входом преобразователей сигналов от датчиков давлений, расхода среды, регистратора времени.
Блок управления процессом испытаний трубопровода имеет два входа, один из которых связан с входом узла управления крана-регулятора, подключенного на выходах к крану-регулятору и узлу управления перекачивающей установки, а другой вход соединен с входом узла управления перекачивающей установки, выхода которого подключены к входу блока формирования расчетного графика стресс-теста и перекачивающей установке.
Сущность полезной модели поясняется фиг.1, на которой изображена функциональная схема устройства для испытаний трубопровода методом стресс-теста, где 1 - перекачивающая установка; 2 - датчик давления в начале трубопровода; 3 - датчик давления в конце трубопровода; 4 - датчик объема нагнетаемой среды; 5 - регистратор времени; 6 - имитатор нагрузки трубопровода; 7 - преобразователи; 8 - логическое устройство; 9 - испытываемый трубопровод; 10 - датчик давления всасывания перекачивающей установки; 11 - датчик давления нагнетания перекачивающей установки; 12 - датчик частоты вращения вала привода перекачивающей установки; 13 - датчик температуры стенки трубопровода; 14 - датчик температуры грунта на глубине укладки трубопровода; 15 - генератор тактовых импульсов; 16 - аналого-цифровой преобразователь; 17 - вычислительный блок; 18 - блок контроля параметров испытаний; 19 - блок формирования расчетного графика стресс-теста; 20 - блок формирования управляющих команд; 21 - узел управления крана-регулятора; 22 - узел управления перекачивающей установки; 23 - расходомер; 24 - источник воды; 25 - всасывающий трубопровод; 26 - нагнетательный трубопровод; 27 - преобразователи; 28 - логическое устройство; 29 - всасывающий насос; 30 - кран-регулятор; 31 - блок управления процессом испытаний трубопровода; 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52 - каналы передачи информации.
Устройство работает в следующей последовательности. Первоначально, до момента включения в работу перекачивающей установки 1 моделируют поступление сигналов от датчиков 2, 3, 4, характеризующих параметры процесса испытаний, соответственно давлений в начале и конце трубопровода, объема нагнетаемой среды, а также регистратора времени 5, для чего от имитатора нагрузки трубопровода 6 через преобразователи 7 подают на логическое устройство 8 электрические импульсы с частотой, рассчитанной по заданному алгоритму, пропорциональной скорости подъема давления и расходу среды в испытываемом трубопроводе 9. Причем, при работе устройства в режиме имитации нагрузок, до включения в работу перекачивающей установки, сигналы от датчиков 10, 11, 12, 13, 14 соответственно давления всасывания и нагнетания перекачивающей установки, частоты вращения вала привода перекачивающей установки, температуры стенки трубопровода и температуры грунта на глубине его укладки не имитируются и соответствующие им элементы функциональной схемы устройства отключены.
Логическое устройство 8 по заданной программе направляет через определенные интервалы времени сигналы, поступающие с преобразователей 7 и формируемые генератором тактовых импульсов 15, на вход аналого-цифрового преобразователя 16.
Преобразованные в цифровую форму сигналы поступают на вход вычислительного блока 17, где по заданному алгоритму рассчитываются текущие дифференциальные значения параметров испытан , , , , в зависимости от частоты импульсов, подаваемых имитатором нагрузки трубопровода, где V - объем нагнетаемой среды, P - давление в трубопроводе, T - время испытаний.
Далее сигналы с вычислительного блока 17 поступают на вход блока контроля параметров испытаний 18, содержащего допустимые диапазоны изменений и предельные значения параметров испытаний, рассчитанные по заданным алгоритмам и учитывающие геометрические размеры и профиль прокладки испытываемого трубопровода, показатели прочности труб и сварных соединений, технические характеристики перекачивающей установки, а также класс и погрешность средств измерений, применяемых в процессе испытаний.
В блоке контроля параметров испытаний текущие значения указанных параметров, формируемых вычислительным блоком, сопоставляются с их допустимыми значениями, а соответствующие сигналы направляются на вход блока формирования расчетного графика стресс-теста 19.
В блоке формирования расчетного графика стресс-теста 19 по результатам имитации режимов испытаний определяются длина испытываемого трубопровода, диапазоны регулирования перекачивающей установки, параметры нагружения трубопровода, обеспечивающие плавность подъема испытательного давления в пределах допустимой погрешности средств измерений, задаются предельные параметры для управляющих команд. Затем соответствующие сигналы передаются на вход блока формирования управляющих команд 20, по определенному алгоритму формирующего команды «пуск», «рабочий режим», «регулирование», «останов» перекачивающей установки.
Причем нормируемые параметры в блоке формирования расчетного графика стресс-теста представляются в виде графика зависимости испытательного давления  от объема нагнетаемой среды , рассчитанного по определенной программе с учетом допусков, характеризующих прочность материала труб, и для каждого интервала испытательных давлений, соответствующих напряжениям растяжения 50%…85% и 85%≤100% предела текучести материала труб, задают предельные параметры  и шаг нагружения давлением ΔР.
Формирование управляющих команд в блоке 20 происходит при выполнении следующих условий:
всi
всmin
нгi
imax
- «пуск» - P≥P, P≤P
нгi
imax
- «рабочий режим» - P=P, ;
всi
всi-1
нг
imax
всi-1
нгi
imax
- «регулирование» - , P>P, P>P, дается команда узлу управления крана-регулятора 21 на снижение давления до величины P; , P<P, дается команда узлу управления перекачивающей установки 22 на увеличение частоты вращения вала привода;
всi
всmin
- «останов» - P≤P; , при i=2,
всi
всmin
нгi
imax
где P, P - давление всасывания перекачивающей установки и его минимальное паспортное значение; P - давление нагнетания перекачивающей установки; P - максимальное расчетное испытательное давление; V - объем нагнетаемой среды, фиксируемый расходомером 23; i - номер измерения.
В случае выполнения условий для формирования команд «пуск», «рабочий режим» сигнал через узел управления перекачивающей установки подается на вход блока формирования расчетного графика стресс-теста.
В случае выполнения условий, соответствующих команде «регулирование», сигнал при необходимости снижения давления поступает на узел управления крана-регулятора, а при необходимости увеличения частоты вращения вала привода - на узел управления перекачивающей установки. Причем сигнал с выхода узла управления крана-регулятора также поступает на вход узла управления перекачивающей установки, где фиксируются новые значения давлений всасывания и нагнетания, а с выхода узла управления перекачивающей установки сигнал поступает на вход блока формирования расчетного графика стресс-теста, регистрирующего данные параметры, сопоставляя их с расчетными показателями.
В случае выполнения условий, соответствующих команде «останов», сигнал поступает на узел управления перекачивающей установки.
Все указанные выше сигналы, создаваемые в блоке формирования управляющих команд, через блок управления перекачивающей установки возвращаются в блок формирования расчетного графика стресс-теста, фиксирующий окончание работ в режиме имитации процесса испытаний, характеризующее соответствие расчетных и заданных в процессе имитации параметров, с учетом точности средств измерений, их нормативным значениям, а также готовность к пуску перекачивающей установки и заполнению средой испытываемого трубопровода.
Блок формирования расчетного графика стресс-теста через блок формирования управляющих команд направляет сигнал в узел управления перекачивающей установки, обеспечивает ее пуск и нагнетание среды из предварительно заполненного, из источника воды 24, всасывающего трубопровода 25 в испытываемый трубопровод до заданного нормативного испытательного давления. Причем имитатор нагрузки трубопровода отключают, и устройство работает непосредственно по сигналам, поступающим отдатчиков 2, 3, 4, 5, 10, 11, 12, 13, 14.
Работа функциональной схемы в режиме испытаний трубопровода отличается от представленной тем, что параллельно с сигналами от датчиков 2, 3, 4, 5 дополнительно в устройство поступают сигналы от датчиков 10, 11, 12, 13, 14 соответственно давлений всасывания, нагнетания, частоты вращения вала привода перекачивающей установки, температуры стенки трубопровода и температуры грунта на глубине его укладки.
Сигналы от датчиков 10, 11, 12, 13, 14, характеризующие текущие значения указанных параметров, через соответствующие преобразователи 27, логическое устройство 28, распределяющие по заданной программе и формируемые генератором 15 импульсы, поступают в аналогово-цифровой преобразователь, который формирует информацию и направляет в цифровой форме сигналы в вычислительный блок.
В вычислительном блоке по заданному алгоритму рассчитываются степень сжатия перекачивающей установки ,  (отношение приращения температуры стенки трубы к температуре грунта на глубине укладки трубопровода),  (изменение приращения частоты вращения вала привода перекачивающей установки в интервале времени ).
Сигналы, характеризующие указанную информацию, поступают на вход блока контроля параметров испытаний.
Далее блок формирования расчетного графика стресс-теста работает аналогично работе в режиме имитации, описание которого приведено выше.
Таким образом, устройство для испытаний трубопровода методом стресс-теста позволяет достичь заявленной цели, повышает точность контроля параметров испытаний, исключает риск превышения давления, соответствующего напряжениям, превосходящим предел текучести металла труб, а также повышает эффективность управления режимами работы перекачивающей установки, обеспечивая возможность многократного повторения любого этапа испытаний в последовательности «пуск», «рабочий режим», «останов».
Литература:
1. Авторское свидетельство ЧССР CS 240264 В1, кл. G01Н 7/00, 1987.