Стенд для исследований нестационарных процессов в трубопроводе

Полезная модель относится к области исследования гидравлики трубопроводного транспорта, а именно к гидравлическим стендам, предназначенным для исследования нестационарных процессов в трубопроводе при транспортировке нефти или нефтепродуктов, а частности моделирования утечек жидкости из трубопровода и исследования методов их обнаружения, а также моделирования гидравлического удара при закрытии сброса или задвижки в конце трубопровода.
Известна лабораторная установка для исследования гидравлического удара, включающая источник газа высокого давления, две расходно-приемные емкости, трубопроводный тракт, агрегат автоматики, средства управления и измерения параметров рабочей среды, образующие баллонную систему прокачки рабочей среды через трубопроводный тракт, при этом агрегат автоматики представляет собой электрогидроклапан, установленный между расходно-приемной емкостью и датчиком давления, соединенным с усилителем и осциллографом, средства управления и измерения параметров рабочей среды, состоящие из системы последовательно соединенных вентиля подачи воздуха, манометра контроля давления воздуха, редуктора изменения давления, манометра контроля давления в расходно-приемной емкости, включенной в пневмомагистраль между двумя вентилями подачи, причем манометр контроля давления воздуха установлен в пневмомагистрали между вентилем подачи воздуха и редуктором изменения давления, манометр контроля давления в расходно-приемной емкости установлен между редуктором и двумя вентилями подачи, соединенными с двумя расходно-приемными емкостями, при этом расходно-приемные емкости снабжены дренажными вентилями [патент РФ на полезную модель №114348, дата публикации 20.03.2012].
Недостаток данной лабораторной установки заключается в том, что при работе не обеспечивается постоянный режим течения жидкости в связи с изменением уровня жидкости в расходно-приемных емкостях, а также отсутствует возможность исследования гидравлического удара при закрытии сброса и исследования утечек из трубопровода.
Техническая проблема, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, состоит в создании стенда для исследований нестационарных процессов в трубопроводе.
Технический результат, достигаемый при реализации заявляемой полезной модели, заключается в расширении арсенала технических средств для исследования гидравлики трубопроводного транспорта за счет создания гидравлического стенда для исследования нестационарных процессов, протекающих в магистральных нефтепроводах или нефтепродуктопроводах, а именно моделирования процессов утечки и гидравлического удара.
Заявляемый технический результат достигается за счет того, что стенд для исследований нестационарных процессов в трубопроводе включает в себя трубную обвязку, содержащую измерительный участок из полимерного материала, в конце которого установлен регулятор расхода и регулирующий клапан, приемно-расходную емкость для модельной жидкости, насос с частотно-регулируемым приводом, два расходомера, установленные на входе и выходе измерительного участка, датчики давления, размещенные на входе, выходе и по длине измерительного участка, при этом измерительный участок содержит по меньшей мере один участок моделирования утечки, на котором последовательно установлены расходомер, датчик давления, регулятор расхода, регулирующий клапан и трехходовой кран.
3
Кроме того, в частном случае реализации полезной модели, расходомеры, установленные на измерительном участке, выполнены с возможностью измерения в диапазоне от 0,8 до 26 м/ч.
Кроме того, в частном случае реализации полезной модели, расходомеры, установленные на участках моделирования утечек, выполнены с возможностью измерения в диапазоне от 0,08 до 4,1 кг/мин.
Кроме того, в частном случае реализации полезной модели приемно-расходная емкость выполнена из коррозионностойкой стали.
Кроме того, в частном случае реализации полезной модели приемно-расходная емкость снабжена датчиками и сигнализацией аварийных уровней модельных жидкостей, и дыхательным клапаном.
Кроме того, в частном случае реализации полезной модели датчики давления выполнены с функцией индикации и имеют диапазон измерений от 0 до 4,0 МПа.
Кроме того, в частном случае реализации полезной модели измерительный участок представляет собой трубопровод диаметром не более DN 30 и длиной 1000 м.
Кроме того, в частном случае реализации полезной модели в качестве регулирующего клапана используют электромагнитный клапан.
Полезная модель поясняется чертежом, на котором представлен пример принципиальной схемы стенда для исследования нестационарных процессов в трубопроводе.
На чертеже элементы имеют следующие обозначения: 1 - насос, 2 - приемно-расходная емкость, 3 - перепускная линия, 4, 6 - регуляторы расхода, 5, 14 - регулирующие клапаны, 7 - массовые расходомеры, 8 -трехходовые краны, 9,10 - датчики давления, 11 - вихревые расходомеры, 12 -измерительный участок, 13 - участки моделирования утечки.
Стенд для исследований нестационарных процессов включает в себя насос 1, приемно-расходную емкость 2 для модельной жидкости, перепускную линию 3, трубную обвязку с измерительным участком 12, к которому подключены три участка 13 моделирования утечки, в каждом из которых последовательно установлены массовый расходомер 7, датчик давления 10, регулирующий клапан 5, регулятор расхода 6 и трехходовой кран 8.
Кроме того, в состав стенда входят два вихревых расходомера 11, установленные на входе и выходе измерительного участка 12, регулирующий клапан 14, установленный в конце измерительного участка 12 на входе в приемно-расходную емкость 2, регулятор расхода 4, установленный на выходе измерительного участка 12, датчики давления 9, установлены в начале, в конце и на измерительном участке 12.
В качестве модельной жидкости используется вода, водные растворы глицерина или пропиленгликоля.
Трубная обвязка состоит из всасывающей линии (участок трубопровода от приемно-расходной емкости 2 до всасывающего патрубка насоса 1) и напорной линии с измерительным участком 12 (участок трубопровода от нагнетательного патрубка насоса 1 до приемно-расходной емкости 2).
2
Напорная линия с измерительным участком 12 трубной обвязки выполнена из полимерного материала, например, полиэтилена низкого давления, и рассчитана на допустимое давление - не менее 1 МПа (10 кгс/см), диаметр трубопровода - не более DN 30, длина напорной линии - не менее 1000 м. Всасывающая линия трубной обвязки 12 выполнена из нержавеющей стали. Выполнение измерительного участка из полимерного материала обеспечивает пониженное значение скорости ударной волны, что позволяет моделировать нестационарные процессы в трубопроводах значительно большей протяженности по сравнению с длиной напорной линии с измерительным участком. Участки моделирования утечек 13 выполнены из полимерного материала диаметром DN15.
Трубная обвязка содержит сливные патрубки (на чертеже не показаны) для полного освобождения трубной обвязки от модельной жидкости после проведения испытаний.
Приемно-расходная емкость 2 выполнена в виде бака с конусообразным дном, снабженным патрубком с шаровым краном (на чертеже не показаны), предназначенным для полного опорожнения емкости от модельной жидкости. Приемно-расходная емкость 2 снабжена съемной крышкой (на чертеже не показаны), исключающей искрообразование. Также приемно-расходная емкость 2 снабжена датчиками и сигнализацией аварийных уровней модельных жидкостей (на чертеже не показано).
В качестве насоса 1 используют центробежный насос, снабженный частотно-регулируемым приводом (на чертеже не показано), что обеспечивает плавное изменение производительности.
В качестве регулирующих клапанов 5, 14 используют электромагнитные клапаны.
Массовые расходомеры 7 выполнены с возможностью измерения в диапазоне от 0,08 до 4,1 кг/мин.
3
Вихревые расходомеры 11 выполнены с возможностью измерения в диапазоне от 0,8 до 26 м/ч.
Датчики давления 9 и 10 выполнены с функцией индикации и имеют диапазон измерений от 0 до 4,0 МПа.
Для защиты трубопроводов от повышенного давления предусмотрена предохранительная мембрана (на чертеже не показана) для сброса давления.
Работа стенда осуществляется следующим образом
Для моделирования процессов утечек модельную жидкость из приемно-расходной емкости 2 с помощью насоса 1 циркулируют обратно в приемно-расходную емкость 2 по замкнутому контуру измерительного участка 12. Регулирование расхода модельной жидкости осуществляется частотой вращения насоса 1, включением в работу перепускной линии 3 и регулятором расхода 4.
Утечка моделируется путем открытия одного из электромагнитных клапанов 5 на соответствующих участках 13 моделирования утечки. Расход утечки регулируется с помощью соответствующих регуляторов расхода 6 и контролируется с помощью массовых расходомеров 7. Для моделирования утечек с малой производительностью (менее 0,2 л/ч) на участках 13 моделирования утечки предусмотрены трехходовые краны 8 для слива жидкости в мерные емкости (на чертеже не показаны). Давление в начале измерительного участка трубной обвязки 12, в конце и по длине измерительного участка 12 контролируется с помощью датчиков давления 9, а на участках 13 моделирования утечки - датчиками давления 10.
Моделирование гидравлического удара при закрытии отвода, например, отвода от магистрального трубопровода, воспроизводится путем закрытия одного из электромагнитных клапанов 5, установленных на участках 13 моделирования утечки.
Для моделирования гидравлического удара модельная жидкость с помощью насоса 1 из приемно-расходной емкости 2 циркулируют обратно в приемно-расходную емкость 2 по замкнутому контуру измерительного участка 12, при этом открыт только один участок 13 моделирования утечки (открыт электромагнитный клапан 5 соответствующего участка 13 моделирования утечки), электромагнитные клапаны 5 остальных участков 13 моделирования утечки закрыты. Процесс гидроудара достигается закрытием соответствующего электромагнитного клапана 5 участка 13 моделирования утечки. При этом фиксируются значения давления на измерительном участке 12 с помощью датчиков давления 9.
Моделирование гидравлического удара при закрытии задвижки в конце магистрального трубопровода воспроизводится путем закрытия электромагнитного клапана 14, установленного в конце измерительного участка 12 трубной обвязки.
Для моделирования гидравлического удара модельная жидкость с помощью насоса 1 из приемно-расходной емкости 2 циркулируют обратно в приемно-расходную емкость 2 по замкнутому контуру измерительного участка 12, при этом все участки 13 моделирования утечек закрыты (закрыты все электромагнитные клапаны 5), электромагнитный клапан 14 открыт. При этом фиксируются значения давления в измерительном участке 12 с помощью датчиков давления 9. Процесс гидроудара достигается закрытием электромагнитного клапана 14. При этом фиксируются значения давления в измерительном участке 12 трубной обвязки с помощью датчиков давления 9.
Моделирование нестационарных процессов на данном стенде при различных параметрах течения жидкости позволит верифицировать и откорректировать математические модели нестационарных процессов в трубопроводе.