Система для испытания клапана
VALVE TESTING SYSTEM

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к портативной системе для испытания клапана на технологической установке.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Технологическая установка в широком смысле, например химический завод на суше, морская платформа для добычи нефти или газа или система очистки воды на борту корабля, включает многочисленные клапаны и клапанные системы, которые требуют периодического испытания, обслуживания и сертификации. Для простоты мы будем называть все клапаны и клапанные системы, подлежащие испытанию, «клапаном». Каждый такой клапан имеет входной запорный клапан (UIV, upstream isolation valve), который может закрываться, чтобы изолировать клапан для испытания или обслуживания. Некоторые, но не все клапаны имеют выходной запорный клапан (DIV, downstream isolation valve) для тех же целей. Например, у предохранительного клапана выходной конец может быть открыт в атмосферу, так что нет необходимости в клапане DIV.
Мы рассматриваем последовательность «UIV - клапан - DIV» и помним, что клапан DIV не является обязательным, а «клапан» посередине представляет собой один из нескольких типов клапанов, клапанных систем и устройств понижения давления, причем у каждого имеется определенный план испытания и обслуживания. Кроме того, мы связываем каждый клапан с «набором тестов» (test suite), который должен выполняться через заранее заданные интервалы тестирования. Каждый набор тестов предусматривает применение к клапану последовательности значений давления, расхода и т.д. и измерение различных откликов на каждое примененное значение параметра. Измерения в наборе тестов могут касаться утечек, времени отклика, сопротивления подаваемому давлению и многих других параметров. Набор тестов, как принято, не применяется к запорным клапанам (IV, isolation valve). Однако для запорных клапанов также может быть необходимо проводить испытания, чтобы гарантировать, что они не протекают.
Обычно клапаны проходят испытание и сертификацию в цеху или лаборатории. Время простоя, вызванное демонтажем, транспортировкой, испытанием и повторным монтажом клапана, может быть дорогостоящим, особенно если испытание выводит из работы важную производственную линию. Таким образом, в общем необходимо проводить испытание как можно быстрее. Более того, транспортировка и повторный монтаж клапана в некоторой степени увеличивают риск повреждения клапана и трубопроводных соединений. Таким образом, имеется необходимость проводить испытание в линии, то есть без перемещения клапана.
Как правило, набор тестов запускается и контролируется человеком-оператором и может быть до некоторой степени автоматизирован. Например, испытательное давление может быть установлено вручную оператором или автоматически с помощью компьютера. В любом случае компьютер может записать полученные 2 набора измерений на диск или аналогичное устройство (в энергонезависимую память) для последующего поиска и предоставления отчетов. В общем, имеется потребность в максимальной автоматизации.
Автоматическая система обычно имеет главную программу, которая контролирует и управляет несколькими устройствами и подсистемами. В дальнейшем мы будем называть эту главную программу «контроллером». В портативной испытательной системе контроллер работает на портативном компьютере (PC, portable computer). Мы сознательно выбрали аббревиатуру «РС», потому что портативный компьютер обычно имеет процессор, операционную систему, беспроводные интерфейсы, пользовательский интерфейс и т.д., аналогичные тем, которые известны по персональным компьютерам, планшетам и смартфонам. Кроме того, подсистема может иметь встроенный процессор с собственной операционной системой и т.д. Мы рассматриваем автоматическую систему с (главным) контроллером, работающим на PC, и помним, что могут существовать подсистемы с аналогичными свойствами.
US 6,505,501 раскрывает портативную диагностическую систему для испытания оборудования для понижения давления газа, называемого в дальнейшем газовым клапаном. Диагностическая система содержит электропневматическую испытательную установку, которая создает испытательное давление на газовом клапане. Контроллер, работающий на PC, получает значения давления и смещения клапана от датчиков, расположенных в испытательной установке и на газовом клапане. По сути, контроллер измеряет и сохраняет значения давления и смещения клапана в зависимости от подаваемого испытательного давления. Диагностическая система создает отчеты с результатами испытания, которые подходят для планирования технического обслуживания, использования в системах на основе баз знаний и т.д.
Из-за большого количества параметров в наборе тестов мы сделаем обобщение, используя термины из теории управления. Теория управления рассматривает разомкнутые системы без обратной связи по сигналам датчика и замкнутые системы с обратной связью по сигналам датчика или с прямой связью. Замкнутые системы выполняют корректирующее действие в ответ на обратную связь или прямую связь. Система управления может работать с разомкнутым контуром до тех пор, пока измерение не станет доступным, и может иметь вложенные контуры. Примером могут служить классические судовые навигационные системы. В этих системах производится оценка позиции на основе повторных измерений скорости и курса до тех пор, пока эта позиция не будет зафиксирована, например, путем триангуляции ориентиров. Корректирующее действие, естественно, заключается в корректировке курса к намеченному пункту назначения.
Автоматическая система имеет «контроллер», как кратко описано выше. Контроллер получает измерения от набора датчиков. Здесь датчики обеспечивают измерения параметров набора тестов, например значений давления, расхода, смещения и т.д.
«Исполнительный механизм» представляет собой устройство для регулировки физической величины, такой как давление. Отрегулированная величина может отличаться от измеренных величин: в навигационной системе капитан (эквивалент контроллеру) изменяет направление в ответ на измеренную позицию.
С учетом этих определений, система, описанная в US 6,505,501, может рассматриваться как система управления без обратной связи с конкретными датчиками, например датчиками перемещения, и исполнительным механизмом для регулировки испытательного давления. Датчики для измерения давления, расхода, смещения и т.д. и соответствующие исполнительные механизмы имеются в продаже и не требуют подробного описания.
Общая информационная безопасность направлена на обеспечение конфиденциальности, надежности и доступности информации. Это включает процедуры резервного копирования, политику резервирования и т.д. Мы ограничиваем наше дальнейшее описание цифровой информационной безопасностью, которая должна быть включена в разработку всех критически важных для бизнеса информационных систем. В частности, данные испытаний должны сохраняться конфиденциальными, и никто не должен иметь возможность изменить их незамеченным образом. Это обеспечивается «шифрованием» и «хэшированием», соответственно. Здесь «хэширование» означает «обеспечение данных криптографической контрольной суммой». (У этого слова имеются и другие значения в других областях вычислительной техники.) Хэширование комбинации измерений и идентификаторов, таких как отметка времени и идентификатор клапана, гарантирует, что никто не сможет изменить измерения или идентификаторы незамеченным образом. Это называется «подтверждением происхождения» (proof of origin).
В соответствии с передовой практикой мы предполагаем, что у перехватчиков информации или злонамеренных третьих лиц есть ресурсы крупного государственного агентства. В настоящее время (август 2018 года) это означает, что рекомендуемая длина ключа для производственных систем составляет 4096 битов. Однако алгоритмы шифрования и хэширования (например, SHA256), встроенные в текущие операционные системы, и безопасность транспортного уровня Интернета (TLS, transport layer security; используется для https и т.д.) поддерживают гораздо более короткие ключи, обычно 128, 256 или 512 битов.
Основная цель настоящего изобретения заключается в создании улучшенной системы, которая решает или облегчает по меньшей мере одну из вышеперечисленных проблем, сохраняя при этом преимущества известного уровня техники.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Это достигается с помощью системы согласно п. 1 формулы изобретения. Дополнительные признаки и преимущества следуют из зависимых пунктов формулы изобретения. Для удобства чтения текст формулы изобретения следует обычному соглашению, согласно которому указание существительных в единственном числе означает «по меньшей мере один», а указание слова «один» означает ровно один.
Более конкретно, изобретение относится к портативной системе для испытания клапана на технологической установке. Система содержит входную подающую линию с входным соединителем для соединения с входным концом клапана. Система также содержит исполнительный механизм для подачи разности давлений в подающую линию, входной датчик в подающей линии и портативный компьютер, способный управлять контроллером. Контроллер выполнен с возможностью принимать результаты измерений от входного датчика, сохранять результаты измерений в энергонезависимой памяти и отправлять управляющие сигналы на исполнительный механизм. Система отличается тем, что входной соединитель обеспечивает контакт клапана по текучей среде с соответствующим входным запорным клапаном.
Соответственно, с помощью портативной системы в соответствии с настоящим изобретением можно проводить испытания клапана в линии, когда клапан остается в контакте по текучей среде (то есть соединен по текучей среде) с входным запорным клапаном. Таким образом, система не требует отсоединения клапана для проведения процедуры испытания, а вместо этого остается подключенной к клапанной системе. Это дает значительные преимущества с точки зрения техники безопасности. Например, заявленная система снижает количество требуемых материалов и манипуляций с оборудованием, так как нет необходимости снимать клапанные и трубные участки с их установленного положения, и по этой причине значительно сокращается количество физического труда, необходимого для обслуживания клапанов. Кроме того, тот факт, что входной соединитель обеспечивает контакт клапана по текучей среде с соответствующим входным запорным клапаном, означает, что система может также обнаруживать утечку через запорный клапан, что позволяет испытать соседние запорные клапаны во время испытания главного клапана. Рассчитанная утечка затем также может быть принята во внимание при проведении измерений, относящихся к клапану, подлежащему испытанию, например при измерении утечки клапана и давления разгрузки.
Проверка многих параметров клапана может быть выполнена с помощью одного лишь входного соединения с клапаном. Однако в некоторых случаях дополнительное выходное соединение также может использоваться для проверки других параметров. Поэтому в некоторых вариантах осуществления изобретения система также содержит выходную возвратную линию с выходным соединителем для соединения с выходным концом клапана и выходной датчик на возвратной линии, при этом исполнительный механизм выполнен с возможностью подачи разности давлений между подающей и возвратной линиями, а контроллер выполнен с возможностью принимать результаты измерений от входного и выходного датчиков. Таким образом, другие параметры клапана могут быть проверены с использованием результатов измерений от датчиков на обоих входном и выходном концах клапана. Опционально, выходной соединитель обеспечивает контакт по текучей среде между клапаном и выходным запорным клапаном. Некоторые клапаны могут иметь запорный клапан только на входной стороне, например, предохранительные клапаны могут быть открыты в атмосферу на выходной стороне. Другие клапаны имеют входной запорный клапан и выходной запорный клапан, и при использовании дополнительного выходного соединителя, который обеспечивает соединение по текучей среде между клапаном и выходным запорным клапаном, может быть измерена утечка через выходной запорный клапан во время испытания клапана.
Выражение «допускает контакт по текучей среде между клапаном и соответствующими входным запорным клапаном и выходным запорным клапаном» означает, что соединитель выполнен с возможностью соединения с клапаном, чтобы поддерживать соединение по текучей среде между клапаном и соседним запорным клапаном. В частности, входной соединитель и/или выходной соединитель выполнены с возможностью соединения с клапаном таким образом, чтобы соединитель был соединен по текучей среде как с клапаном, подлежащим испытанию, так и с соответствующими входным и выходным запорными клапанами. Таким образом, входной соединитель соединен с входным концом клапана, чтобы обеспечить сообщение по текучей среде подающей линии как с клапаном, подлежащим испытанию, так и с входным запорным клапаном, и/или выходной соединитель соединен с выходным концом клапана таким образом, чтобы обеспечить сообщение по текучей среде выходной возвратной линии как с клапаном, подлежащим испытанию, так и с выходным запорным клапаном. Это может быть достигнуто путем соединения с дренажными отверстиями клапана, подлежащего испытанию.
Другими словами, если клапан, подлежащий испытанию, предусмотрен в конкретной линии текучей среды (или в сегменте трубы) с запорным клапаном, сообщающимся по текучей среде с клапаном, подлежащим испытанию, через линию текучей среды, входной соединитель и/или выходной соединитель выполнены с возможностью соединения с клапаном, подлежащим испытанию, при сохранении сообщения по текучей среде между клапаном, подлежащим испытанию, и соседним запорным клапаном. Таким образом, не требуется отсоединять клапан, подлежащий испытанию, и, кроме того, утечка входного запорного клапана и/или выходного запорного клапана может быть проверена во время испытания клапана, подлежащего испытанию.
Предпочтительно, входной соединитель и/или выходной соединитель выполнены с возможностью соединения с дренажным отверстием таким образом, чтобы обеспечить контакт по текучей среде (то есть соединение по текучей среде) между клапаном и соответствующим входным запорным клапаном и выходным запорным клапаном при подключении. Поскольку один или оба из соединителей выполнены с возможностью соединения с дренажным отверстием, так что через дренажное отверстие подается разность давлений, клапан остается соединенным через главную линию текучей среды (сегмент трубы) с запорным клапаном. Таким образом, клапан, подлежащий испытанию, остается в сообщении по текучей среде с запорным клапаном через трубный участок, то есть главный трубный участок соединяет клапан, подлежащий испытанию, и запорный клапан, и клапан не нужно отсоединять от линии текучей среды, в которой он расположен (вход и выход основного клапана остаются соединенными с соседними запорными клапанами), что облегчает испытание клапана и позволяет при этом проверять утечку из запорных клапанов. Как правило, дренажные отверстия расположены в линии текучей среды рядом с клапаном, подлежащим испытанию, но они также могут находиться на расстоянии от клапана, подлежащего испытанию. Дренажное отверстие обычно расположено между клапаном, подлежащим испытанию, и соседним запорным клапаном.
Предпочтительно, входной датчик и/или выходной датчик представляют собой датчики давления и/или датчики расхода, а контроллер выполнен с возможностью принимать один или более результатов измерений от датчиков и определять утечку через входной запорный клапан и/или выходной запорный клапан. Предпочтительно, контроллер выполнен с возможностью принимать один или более результатов измерений от датчиков и определять параметр клапана, подлежащего испытанию, причем параметр может включать утечку и/или давление срабатывания (проверка уставки давления).
Контроллер предпочтительно выполнен с возможностью определять утечку через запорный клапан путем получения результата измерения от входного датчика и результата измерения от выходного датчика, когда клапан открыт, и вычислять разность между результатом измерения от входного датчика и результатом измерения от выходного датчика. Таким образом, без отсоединения клапана может быть легко определена утечка через входной запорный клапан и/или выходной запорный клапан.
Контроллер предпочтительно выполнен с возможностью управлять исполнительным механизмом для подачи давления к входному соединителю или выходному соединителю, когда клапан закрыт, и получать результат измерения от соответствующего входного датчика или выходного датчика для определения утечки через соответствующий входной запорный клапан или выходной запорный клапан. Таким образом, система должна быть соединена с одной стороной клапана, например, путем соединения с дренажным отверстием, а утечка через соответствующий запорный клапан может быть определена с помощью датчика давления или расхода. Одновременно можно проверить уставку давления клапана.
Предпочтительно, исполнительный механизм выполнен с возможностью подавать сжатый азот так, чтобы обеспечить разность давлений между подающей линией и возвратной линией путем подачи сжатого азота через входной соединитель и/или выходной соединитель к соответствующему дренажному отверстию. В системе также могут применяться другие сжатые газы, такие как воздух или кислород.
Предпочтительно, входная подающая линия и выходная возвратная линия представляют собой гибкие шланги. Шланги могут иметь длину от 1 до 50 м. Таким образом, портативная система может быть соединена с клапаном, для которого нужно быстро провести испытания простым способом, посредством соединения системы с дренажными отверстиями клапана, подлежащего испытанию, с использованием гибких шлангов.
В некоторых вариантах осуществления изобретения контроллер имеет функцию принятия решения, которая отправляет отдельные управляющие сигналы в зависимости от полученного результата измерения. Эти варианты осуществления изобретения реализуют систему управления с замкнутым контуром и позволяют выполнить ветвление на отдельные подпрограммы в зависимости от результата испытания.
В предпочтительных вариантах осуществления изобретения портативный компьютер также содержит систему безопасности, способную объединять данные измерений и идентифицирующую информацию в файл данных, вычислять хэш файла данных и сохранять хэш в файле хэша.
Хэширование обеспечивает целостность данных испытания, в частности, любое изменение данных легко обнаружить. Хэширование комбинации данных измерений и идентифицирующей информации обеспечивают подтверждение происхождения.
Система безопасности предпочтительно имеет также функции шифрования компьютерного файла. Это гарантирует конфиденциальность.
В другом аспекте изобретения предлагается способ испытания клапана на технологической установке, включающий: соединение входной подающей линии с входным концом клапана с помощью входного соединителя, подачу давления во входную подающую линию и измерение параметра клапана с помощью датчика, отличающийся тем, что входной соединитель подключен таким образом, чтобы обеспечить контакт по текучей среде (то есть соединение по текучей среде) между клапаном и соответствующими входным и выходным запорными клапанами при подключении. Таким образом, не требуется отсоединять клапан от линии текучей среды внутри технологической установки для испытания клапана, что повышает скорость и эффективность испытания клапанов. Кроме того, контакт по текучей среде, допускаемый соединителями, позволяет проверять утечку через запорные клапаны в процессе испытания клапана, подлежащего испытанию.
Предпочтительно, входной соединитель и/или выходной соединитель соединены с дренажным отверстием клапана, чтобы обеспечить соединение по текучей среде между клапаном и соответствующими входным и выходным запорными клапанами при подключении. При подключении к дренажным отверстиям, а не ко входу/выходу основного клапана, клапан может быть испытан без отсоединения входа/выхода основного клапана. Кроме того, запорные клапаны можно испытать одновременно с испытанием основного клапана, подлежащего испытанию.
Предпочтительно, подают разность давлений путем подачи сжатого азота через входное дренажное отверстие и/или выходное дренажное отверстие.
Предпочтительно, способ также включает: закрытие входного запорного клапана и/или выходного запорного клапана, чтобы изолировать клапан, подлежащий испытанию, перед подачей разности давлений. Это изолирует клапан от остальной части системы во время испытания, при этом не требуется отсоединять клапан. Более того, это позволяет проверять утечку через запорные клапаны, когда они закрыты.
В некоторых вариантах осуществления изобретения способ также включает измерение давления или расхода во входной подающей линии и/или в выходной возвратной линии и определение утечки через входной запорный клапан или выходной запорный клапан. Более конкретно, способ может включать измерение давления или расхода во входной подающей линии и в выходной возвратной линии, когда клапан открыт, и определение утечки через входной запорный клапан или выходной запорный клапан путем вычисления разности между давлением или расходом во входной подающей линии и в выходной возвратной линии.
В другом примере способ может включать подачу давления во входную подающую линию или в выходную возвратную линию, когда клапан закрыт, измерение давления или расхода в соответствующей входной подающей линии или выходной возвратной линии и определение утечки через соответствующий входной запорный клапан или выходной запорный клапан на основе измеренного давления или расхода. Таким образом, требуется только одно соединение с одной стороной клапана для измерения утечки в соответствующем запорном клапане.
В некоторых вариантах осуществления изобретения, в которых клапан предпочтительно представляет собой предохранительный клапан, способ также включает: подачу возрастающего давления через дренажное отверстие предохранительного клапана до тех пор, пока клапан не откроется, и измерение подаваемого давления в момент открытия клапана. Таким образом, может быть точно измерено давление разгрузки без отсоединения предохранительного клапана от окружающей системы.
В некоторых вариантах осуществления изобретения способ также включает подачу постоянного давления к входному дренажному отверстию клапана и измерение расхода через выходное дренажное отверстие через возвратную линию, соединенную с выходным дренажным отверстием. Таким образом, может быть точно измерена утечка через клапан без отсоединения предохранительного клапана от окружающей системы.
В другом аспекте изобретения предлагается портативная система для испытания клапана на технологической установке, содержащая: вывод подачи для соединения с входным концом клапана, исполнительный механизм, применяемый к выводу подачи, датчик, связанный с выводом подачи, и портативный компьютер, способный запускать контроллер, причем контроллер выполнен с возможностью принимать результаты измерений от датчика, сохранять результаты измерений в энергонезависимой памяти и отправлять управляющие сигналы в исполнительный механизм, а также выполнен с возможностью определять параметр клапана с использованием результатов измерений, полученных от датчика, и определять утечку через запорный клапан, соединенный по текучей среде с клапаном, используя результаты измерений, полученные от датчика.
Вывод подачи может быть соединен с любой подходящей линией текучей среды на входной стороне клапана, при этом поддерживается сообщение по текучей среде с входным запорным клапаном, например, путем соединения отрезка шланга с запорным клапаном, чтобы подать давление и провести измерение с помощью датчика. Таким образом, портативная система может быть соединена с дренажными отверстиями клапана, подлежащего испытанию, с использованием традиционных соединений по текучей среде, таких как гибкие шланги, и, поскольку контроллер выполнен с возможностью вычислять утечку через подключенный запорный клапан, утечку через запорные клапаны можно измерить, в то время как клапан остается подсоединенным. Следовательно, портативная система может поставляться независимо от входной и выходной подающих линий, которые могут быть подсоединены для испытания клапана на линии при одновременной проверке утечки через подсоединенные запорные клапаны.
В некоторых примерах система также содержит ввод возврата для соединения с выходным концом клапана и датчик, соединенный с вводом возврата, причем исполнительный механизм выполнен с возможностью подавать разность давлений между выводом подачи и вводом возврата, а контроллер выполнен с возможностью принимать результаты измерений от обоих датчиков.
Предпочтительно датчики представляют собой датчики давления или датчики расхода, а контроллер выполнен с возможностью управлять исполнительным механизмом, когда клапан закрыт, и получать результат измерения от соответствующего входного датчика или выходного датчика, чтобы определять утечку через соответствующий входной запорный клапан или выходной запорный клапан.
Предпочтительно, датчики представляют собой датчики давления или датчики расхода, а контроллер выполнен с возможностью вычислять утечку через запорный клапан путем получения результата измерения от входного датчика и результата измерения от выходного датчика, когда клапан открыт, и вычислять разность между результатом измерения от входного датчика и результатом измерения от выходного датчика.
В некоторых примерах система также содержит подающую линию с входным соединителем для соединения вывода подачи с входным концом клапана и, опционально, выходную возвратную линию с выходным соединителем для соединения ввода возврата с выходным концом клапана, при этом входной соединитель и/или выходной соединитель обеспечивают контакт клапана по текучей среде с соответствующими входным и выходным запорными клапанами. Предпочтительно, входной соединитель и/или выходной соединитель выполнены с возможностью соединения с дренажным отверстием клапана, чтобы обеспечить соединение по текучей среде между клапаном и соответствующими входным и выходным запорными клапанами при подключении.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Варианты осуществления изобретения теперь будут описаны в качестве примера со ссылкой на прилагаемые чертежи.
Изобретение будет раскрыто в последующем подробном описании со ссылкой на прилагаемые чертежи.
Фиг. 1 иллюстрирует систему согласно изобретению.
Фиг. 2 иллюстрирует пользовательский интерфейс портативного компьютера.
Фиг. 3 иллюстрирует вариант осуществления с конкретным клапаном.
Фиг. 4 иллюстрирует статистические способы.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Чертежи являются схематичными и выполнены не в масштабе. Для простоты мы опустили на чертежах многочисленные детали, известные специалистам в данной области техники.
На фиг. 1 показана портативная система 100 в соответствии с настоящим изобретением, введенная в трубопровод 1 при проведении испытания. В частности, трубопровод 1 содержит входной запорный клапан 2 (UIV), клапан 3, определенный во введении, и выходной запорный клапан 4 (DIV). Система 100 выполняет набор тестов для клапана 3, при этом запорные клапаны 2 и 4 закрыты во время выполнения набора тестов.
Чтобы выполнить набор тестов для клапана 3, система 100 содержит входную трубу 101 с входным соединителем 102, соединенную с входным соединителем на клапане 3. Можно провести ряд испытаний с использованием только этого входного соединения 101 с клапаном 3. В частности, многие важные параметры клапана, такие как давление срабатывания и утечка, могут быть проверены путем подачи давления в подающую линию 101 и измерения параметров, таких как расход или давление, в подающей линии 101, с использованием входного датчика 122, как будет описано ниже. Однако в примере на фиг. 1 система 100 также содержит опциональную выходную трубу 103 с выходным соединителем 104, которая соединена с выходным соединителем на клапане 3.
Ключевой особенностью системы 100 является то, что по меньшей мере один из входного и выходного соединителей 102, 104 соединен по текучей среде со своим соответствующим запорным клапаном 2, 4. Это позволяет обнаруживать утечку 20 выше по потоку через клапан UIV 2 и/или утечку 40 ниже по потоку через клапан DIV 4. В частности, контроллер 120 выполнен с возможностью принимать результаты измерений от датчика 122, подключенного к входной стороне клапана, (и, опционально, дополнительного датчика 124, подключенного к выходной стороне клапана), а также с возможностью определять утечку через запорный клапан 2 на основе сигналов, полученных от одного или более датчиков 122, 124, и определять различные параметры клапана 3, подлежащего испытанию. Таким образом, целостность клапанов UIV 2 и/или DIV 4 может быть проверена на месте во время испытания клапана 3. Это значительно экономит время, усилия и затраты по сравнению с отдельным (удаленным) испытанием. Как описано выше, определенные типы клапанов, такие как предохранительные клапаны давления, могут иметь запорный клапан только на входной стороне и, например, могут быть открытыми в атмосферу на выходной стороне. Таким образом, очевидно, что в этих случаях системе требуется только одно входное соединение, которое обеспечивает соединение по текучей среде с входным запорным клапаном 2.
Соединение может обеспечиваться путем соединения входной трубы 101 и/или выходной трубы 103 к соответствующему входному или выходному дренажному клапану. Это позволяет входу и выходу основного клапана оставаться соединенными с остальной частью окружающей системы через главный трубный сегмент 1, который сообщается по текучей среде с клапанами UIV 2 и DIV 4. Следовательно, в отличие от известных систем, в которых клапан 3 должен быть отсоединен, чтобы испытательные давления были поданы через вход и выход основного клапана, в настоящем изобретении клапан может оставаться в линии 1 во время испытания. Портативная система 100 содержит вывод, выполненный с возможностью соединения посредством входной трубы 101 с дренажным отверстием через входной соединитель 102. Портативная система 100 также содержит ввод, выполненный с возможностью соединения посредством выходной трубы 103 с выходным дренажным отверстием с помощью выходного соединителя 104.
Входной соединитель 102 и выходной соединитель 104 выполнены с возможностью соединения с дренажным отверстием для образования герметичного соединения по текучей среде с дренажным отверстием, что позволяет подавать текучую среду под давлением к клапану через входной соединитель 102 и принимать текучую среду из клапана через выходной соединитель 104. Входная и выходная трубы 101, 103 могут быть выполнены в виде гибких шлангов, при этом входной шланг соединен между выводом системы 100 и входным дренажным отверстием системы, а выходная труба соединена между вводом и выходным дренажным отверстием. В некоторых клапанах или в некоторых процедурах испытания только входной соединитель 102 соединен с дренажным отверстием, и различные параметры клапана могут быть измерены выше по потоку. Портативный блок 100 может поставляться без входной и выходной труб 101, 103, поскольку они могут обеспечиваться просто стандартными гибкими шлангами, поэтому блок может быть подключен очевидным образом к дренажным отверстиям в линии с использованием стандартного оборудования.
При таком подключении к дренажным отверстиям можно проверить утечку через запорные клапаны 2, 4. Например, чтобы проверить утечку через запорный клапан 2, сначала закрывают входной запорный клапан 2, чтобы изолировать клапан 3. Затем любая утечка 20 через запорный клапан 2 будет проходить через клапан во входную линию 101 через соединение 102 с дренажным отверстием. Следовательно, утечка может быть измерена с помощью датчика расхода (или датчика давления) в портативной системе 100, подключенной к входной линии 101. Альтернативно, как более подробно описано ниже, сжатый газ, обычно азот, может подаваться с помощью исполнительного механизма 121 через соединитель 102, подключенный к входному дренажному отверстию. Поскольку дренажное отверстие находится в соединении по текучей среде с клапаном 3, подлежащим испытанию, и входным запорным клапаном 2, давление текучей среды подается к запорному клапану и может вызвать обратную утечку через запорный клапан, которая может быть обнаружена с помощью датчика 122 давления или расхода, соединенного посредством входной линии 101 с дренажным отверстием. Это далее будет описано со ссылкой на фиг. 3.
Утечки 20, 40, показанные на фиг. 1, являются предположительно «малыми». Точнее, они настолько малы, что могут быть не обнаруживаемыми, когда система 100 подключена к трубопроводу, и характеризуются давлениями или потоками, которые намного меньше, чем в наборе тестов. Более того, все датчики имеют ограниченную чувствительность и некоторую неопределенность. Таким образом, первая проблема состоит в том, чтобы идентифицировать и количественно оценить малую утечку 20, 40 в большом зашумленном сигнале, полученном во время выполнения набора тестов. Связанная с этим проблема состоит в том, чтобы компенсировать утечку 20, 40 в измерениях, полученных с помощью набора тестов. Это будет дополнительно объяснено со ссылкой на фиг. 3 и 4.
Портативный компьютер (PC) 110 управляет двумя основными подсистемами, важными для изобретения: контроллером 120 и системой 130 безопасности.
Контроллер 120 применяет испытательное давление или испытательный расход посредством исполнительного механизма 121. Для иллюстрации широкими стрелками показан возможный поток текучей среды через испытательный контур 101-104, включающий клапан 3. Конечно, проверка давления не обязательно требует значительных потоков. Набор входных датчиков 122 и, опционально, набор выходных датчиков 124 измеряют параметры, представляющие интерес, например, давление и/или расход, которые возникают из-за давления, подаваемого исполнительным механизмом 121. Контроллер 120 принимает результаты измерения и сохраняет их в энергонезависимой памяти любого известного типа для последующего извлечения, предоставления отчетов и т.д. Таким образом, контроллер 120 выполнен с возможностью определять различные свойства, такие как давление срабатывания и утечка основного клапана 3, а также рассчитывать утечку через запорный клапан 2, 4, как более подробно описано ниже. Как указано выше, хотя здесь показано, что подаваемое давление и соединения 101, 103 обеспечивают контур 101-104 потока текучей среды, многие параметры как клапана 3, так и клапанов UIV 2/DIV 4 могут быть проверены с использованием одного соединения 101 с одной стороны клапана 3.
«Сертификация» в контексте настоящего описания имеет обычное значение «соответствия стандарту», например стандарту API. В частности, это означает, что исполнительный механизм 121 и датчики 122, 124, а также набор тестов должны соответствовать релевантному стандарту, а результаты измерений должны находиться в пределах, указанных в стандартах. Выбор подходящих датчиков и исполнительных механизмов остается на усмотрение специалиста в данной области техники. Действительность и происхождение измерения являются еще одним важным аспектом сертификации, который будет описан ниже.
Система 120-124 управления работает в режиме разомкнутого контура до тех пор, пока контроллер 120 не выдаст действие в ответ на входной сигнал датчика. Таким образом, контроллер 120 обычно применяет последовательность заранее запланированных испытательных давлений в соответствии с набором тестов и просто записывает и сохраняет полученные результаты измерений. Однако также могут использоваться замкнутые контуры управления и разветвленные процедуры испытания. В этих случаях контроллер 120 выполняет различные подпроцедуры в зависимости от входных данных от датчиков 122, 124. Например, результат измерения ниже некоторого порогового значения может заставить контроллер 120 запустить набор дополнительной диагностики, тогда как результат измерения выше порогового значения просто сохраняется.
На клапане 3 могут быть установлены дополнительные датчик (датчики) и исполнительный механизм (исполнительные механизмы). Двунаправленная пунктирная стрелка 123 иллюстрирует соответствующий опциональный датчик и управляющие сигналы к контроллеру 120 и от него.
Система 130 безопасности по существу хэширует и шифрует данные испытания. Как упоминалось во введении, так называемое «подтверждение происхождения» может быть получено путем создания и хэширования файла данных с данными измерений и идентифицирующей информацией, такими как отметка времени, идентификатор клапана 3, идентификатор человека-оператора, выполняющего тест, и т.д. Как правило, хэширование подтверждает подлинность и гарантирует целостность и достоверность измерений. Это очень важно для автоматической сертификации.
Контроллер может получать идентифицирующую информацию от различных датчиков, помимо датчиков давления и расходомеров. Например, считыватель штрих-кода может предоставить идентификатор клапана, а смарт-карта или пароль, введенный с клавиатуры, могут идентифицировать человека-оператора.
Один набор измерений, относящийся к одному испытательному давлению и одному клапану, имеет относительно небольшое значение, поэтому для данных измерений предпочтительны относительно короткий ключ и соответствующий алгоритм хэширования, например SHA 256. Большой набор данных измерений, связанный с набором тестов, имеет значительно большее значение и может быть хэширован и зашифрован, например, с помощью 4096-битных ключей. Затем защищенный пакет может быть безопасно отправлен через Интернет, где он может быть дополнительно зашифрован и хэширован, например, с помощью TLS (безопасность транспортного уровня) по HTTPS-соединению.
Контроллер 120 и система 130 безопасности, описанные выше, могут быть реализованы на любой известной платформе, например Windows или Unix-подобной операционной системе на одном или более ядрах Intel, как в типичном персональном компьютере, и/или на одном или более процессорах ARM, как в обычном смартфоне, планшете или встроенном устройстве. Все эти платформы могут предоставлять подходящий пользовательский интерфейс, который позволяет оператору выбирать и запускать соответствующую процедуру испытания клапана 3, подлежащего испытанию. Как известно специалистам в области вычислительной техники, отдельные процессы или программные потоки могут быть распределены по отдельным процессам или ядрам. Другими словами, не требуется никаких изобретательских усилий, чтобы разделить систему 100 на подсистемы, отличные от тех, что показаны на фиг. 1.
На фиг. 2 показан портативный компьютер 110 с графическим пользовательским интерфейсом (GUI, graphical user interface) и сенсорным экраном. Реальные варианты осуществления изобретения могут использовать другие известные устройства ввода/вывода, в том числе неграфические дисплеи, клавиатуры, мышь, трекболы и другие указательные устройства.
На фиг. 2 меню 112 позволяет оператору выбрать набор тестов. Окно 113 параметров позволяет оператору устанавливать, проверять и регулировать параметры по мере необходимости. Окно 114 результатов позволяет оператору отслеживать процесс. Подобные окна известны в данной области техники и не нуждаются в дополнительных пояснениях.
На фиг. 3 показана часть испытательного узла с деталями и ссылочными обозначениями, такими же, как и на фиг. 1. На фиг. 3 предохранительный клапан давления (PSV, pressure safety valve) представляет собой конкретный пример клапана 3, определенного во введении. Параметры клапана PSV 3 и соседнего запорного клапана 2 могут быть проверены несколькими способами. В одном примере испытания клапана PSV давление подают к входному соединителю 102, что вызывает малую утечку 20 обратно через клапан UIV 2. Утечка 20 может быть определена по измеренному расходу или изменению давления с помощью входного датчика 122. Другими словами, выходной соединитель 104 не является необходимым для проверки параметров как клапана PSV 3, так и клапана UIV 3. В частности, когда клапан PSV 3 закрыт, к входному соединителю 102 может быть подано возрастающее давление для определения давления срабатывания, когда клапан PSV открывается. Аналогично, например, перед испытанием этого давления срабатывания может быть определена утечка через клапан UIV 2 путем подачи давления к соединителю 102 и измерения расхода или давления с помощью датчика 122 для определения утечки 20 обратно через клапан UIV 2.
Утечка 20 через клапан UIV 2 может быть обнаружена датчиками давления с чувствительностью, достаточной для обнаружения небольших отклонений давления. Альтернативно, утечки могут быть обнаружены с помощью массовых расходомеров путем сравнения подаваемой и обнаруженной массы. Массовые расходомеры Кориолиса обладают полезными свойствами, их можно приобрести у нескольких поставщиков, и их следует иметь в виду на этапе проектирования. В случае жидкостей, которые для практических целей можно считать несжимаемыми, массовые расходомеры могут быть заменены объемными расходомерами.
На фиг. 4 показан набор 400 из N отсчетов 401 зашумленного сигнала x(t), полученного в течение периода испытания T=NΔT, где Δt - интервал дискретизации. Каждый отсчет 401 имеет измеренное значение xn=x(nΔt), где n - целое число. Короткие горизонтальные полосы указывают значения xn, а более длинные вертикальные линии указывают неопределенность (дисперсию), связанную с каждым отсчетом. На этом чертеже показан способ, в котором измерения как с входной, так и с выходной стороны клапана 3 используются для определения параметра клапана 3 и утечки через клапан UIV 2. В частности, в отличие от измерений, описанных выше, в этом примере соединение с дренажными отверстиями осуществляют с помощью как входного соединителя 102, так и выходного соединителя 104, и соответствующие входной датчик 122 и выходной датчик 124, связанные с соединителями, используются для измерения давления или расхода с обеих сторон клапана.
Например, T может соответствовать периоду, в течение которого клапан PSV 3, показанный на фиг. 3, открыт. В этом примере отсчеты 401 представляют дикретизированный сигнал х, измеренный выходными датчиками 124 (давления или расхода). Некоторые значения xn находятся выше линии 404, а некоторые ниже линии 404 из-за шума. В среднем шум вносит одинаковый вклад в обоих направлениях и устраняется, если мы суммируем все значения xn. Сложение всех значений xn также усиливает «истинный сигнал» х. Затем мы можем разделить сумму на N, чтобы получить среднее xD отсчетов, представленное горизонтальной линией 404.
Подобная горизонтальная линия 402 иллюстрирует аналогичное среднее xU отсчетов, полученное от входных датчиков 122. Разность средних отсчетов, xD-xU, позволяет оценить размер и направление утечки 20, показанной на фиг. 3. Аналогичная разность средних отсчетов может использоваться для обнаружения и количественной оценки утечки 40 через клапан DIV 4 на фиг. 1.
С точки зрения обработки сигналов и статистики, «суммирование» (сложение отсчетов со сдвигом во времени) устраняет некогерентный шум и усиливает когерентный постоянный сигнал x(t). Средние xU, xD отсчетов являются полезными и легко вычисляемыми оценками для постоянных сигналов х. Для общего (непостоянного) зашумленного сигнала x(t) автокорреляция, то есть корреляция дискретизированного сигнала с самим собой, устраняет некогерентный шум и усиливает когерентный сигнал. «Подобие» («semblance») является родственной техникой.
В настоящей заявке отсчеты xn представляют любую измеряемую величину, например давление или расход, и среднее отсчетов может дать точную оценку небольшой утечки. В частности, суммирование усиливает слабый постоянный сигнал и облегчает его выделение из очень зашумленного сигнала. Усиление и точность среднего отсчетов увеличиваются с увеличением N, то есть с увеличением периода T и/или с уменьшением интервалов Δt дискретизации.
Аналогично, сумма отдельных дисперсий может быть разделена на N для получения дисперсии отсчетов и т.д. На дисперсию влияют несколько факторов, например ограниченная точность датчика. Технология датчиков и обработка сигналов как таковые выходят за рамки настоящего описания. Однако настоящее изобретение, конечно, может включать известные способы и технологии из других областей, например из области обработки сигналов и статистики для снижения шума и его оценки.
Хотя изобретение было описано посредством конкретных вариантов и примеров его осуществления, полный объем изобретения определяется формулой изобретения.