СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТА ОБРАЗОВАНИЯ ЗАКУПОРКИ В ТРУБОПРОВОДЕ
METHOD FOR DETERMINATION OF PIPELINE OBSTRUCTION PLACE

Изобретение относится к трубопроводному транспорту и предназначено для определения мест образования неполной закупорки в трубопроводе при транспорте сжимаемой жидкости, например нестабильного конденсата.
Известен способ обнаружения неисправностей гидромагистрали и устройство для его осуществления.
Способ обнаружения неисправностей гидромагистрали путем измерения и сравнения перепадов давлений заключается в том, что с целью увеличения количества обнаруживаемых видов неисправностей, гидромагистраль разбивают на участки с предварительно определенными номинальными гидравлическими сопротивлениями, измеряют перепады давлений каждого по потоку участка магистрали, сравнивают перепады давлений с учетом номинальных гидравлических сопротивлений участков и по результатам сравнений судят о неисправности магистрали [см. авт. свид. СССР №1038693, МПК F17D 5/00, опубл. 30.08.1983].
Недостатком указанного способа является трудоемкость при его осуществлении, а также необходимость установки дополнительного оборудования для определения обнаруживаемых неисправностей.
1
2
3
1
2
3
Известен способ обнаружения местонахождения засорения в напорных трубопроводах, заключающийся в том, что измеряют давление в контрольных точках по длине трубопровода, определяют местонахождение засорения путем регистрации участка трубопровода между двумя соседними контрольными точками, в одной из которых давление P выше предварительно определенного удельного давления Р для неисправного трубопровода, а в другой давление Р ниже, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, путем определения координаты засорения, после регистрации участка трубопровода одновременно изолируют его с двух сторон, измеряют давление Р на этом участке, а определяют координаты засорения, используя значения давления P, P и Р [авт. свид. №1469242, МПК F17D 3/00, опубл. 30.03.1989].
Недостатком указанного способа является необходимость установления специальной пьезометрической линии (датчиков давления) на всем протяжении трубопровода, а также перекрытие контролируемого участка трубопровода.
Из области техники известны способы определения места образования закупорки для газа, которые заключаются в установке на трубопровод дополнительных устройств, что приводит к привлечению дополнительных трудозатрат и усложняет задачу определения места закупорки аналитически [например, см. патент РФ №2357913, МПК B65G 53/66, опубл. 10.06.2009].
Задачей заявленного изобретения является создание способа, позволяющего без остановки подачи сжимаемой жидкости в трубопровод своевременно определить место закупорки, а также снизить трудозатраты при осуществлении способа.
н
к
1
1
1
1
1
к
3
Поставленная задача в способе определения места образования закупорки в трубопроводе, включающем измерение давления в контрольных точках по длине трубопровода, решается тем, что на контролируемом участке в непрерывном режиме фиксируют начальное давление перекачиваемой жидкости Р (МПа), граничное давление образования закупорки Р (МПа), без остановки работы насосов нагнетают в закупоренную часть трубопровода порцию сжимаемой жидкости заданного объема V (м) за время t (ч), регистрируют давление P на замерном узле, расположенном на входе в трубопровод, в закупоренной части после закачки порции жидкости, уточняют место закупорки n-м закачиванием порции сжимаемой жидкости, рассчитывают ΔР (МПа), как разность между давлением после добавки транспортируемой жидкости Р (МПа) и граничным значением давления образования закупорки на входе в трубопровод Р (МПа), на основе этих данных определяют экспериментальный коэффициент сжимаемости k, как:
<mrow><msub><mi>k</mi><mn>1</mn></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>Δ</mi><msub><mi>P</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>V</mi><mn>1</mn></msub></mrow></mfrac></mrow>
;
ср
после чего рассчитывают средний экспериментальный коэффициент сжимаемости k для n-го количества закачек порции сжимаемой жидкости, как:
;
2
0
к
н
после чего, на основе известных данных о площади сечения трубопровода S (м) и ΔP (МПа) - разности между граничным значением давления образования закупорки Р (МПа) и давлением жидкости на входе в трубопровод при начальных условиях Р (МПа), определяют расстояние L (м) от задвижки до места образования закупорки, как:
<mrow><mi>L</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>Δ</mi><msub><mi>P</mi><mn>0</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>k</mi><mrow><mi>с</mi><mi>р</mi></mrow></msub><mo>⋅</mo><mi>S</mi></mrow></mfrac></mrow>
.
Заявленное изобретение поясняется с помощью чертежа, на котором показана принципиальная схема трубопровода с неполной закупоркой.
Способ определения места образования закупорки в трубопроводе реализуется следующим образом.
Выбирают участок трубопровода 1 и условно разделяют его на часть 1а до закупорки 2 и часть 1б после закупорки 2. На замерных узлах 3, 4 регистрируют давление манометрами 5, 6 и расход жидкости расходомерами 7, 8 и передают показания в операторную (на фиг. не показана) в непрерывном режиме и с определенной периодичностью, например каждый час. Манометры и расходомеры устанавливают на этапе строительства трубопровода.
При перекачке транспортируемой жидкости без закупорок сжимаемая жидкость 9 (нестабильный конденсат) от насосов 10 поступает на замерный узел 3 и через задвижку 11 подается в трубопровод 1 на головные сооружения газового промысла или перерабатывающий завод.
н
вых
вх
вых
н
вых
3
3
Начальное состояние транспортировки продукции без закупорки на контролируемом участке трубопровода определяют следующими характеристиками: начальным давлением Р (МПа) на замерном узле 3, равным давлению P (МПа) на замерном узле 4, расходом поданной жидкости Q (м/ч) на замерном узле 3, равным расходу Q (м/ч) на замерном узле 4. Граничные значения Р и Р на контролируемом участке трубопровода находятся в пределах допустимых значений технологических параметров (давления), согласно нормам технологического режима работы трубопровода.
н
к
к
вых
вх
вых
Неполную закупорку определяют при выполнении следующих условий: увеличении давления Р на замерном узле 3 до граничных значений давления образования закупорки Р; расходе поступающей в трубопровод жидкости больше расхода выходящей жидкости, следовательно, неполную закупорку определяют из следующего отношения Р>Р, Q>Q.
1
3
1
1
Расход закачиваемой жидкости после насосов регулируется задвижкой 11, установленной на линии выхода из насоса 10. При неполной закупорке работу насосов не останавливают. В закупоренную часть трубопровода 1а при помощи насосов 10 нагнетают порцию сжимаемой жидкости (на фиг. не показана), аналогичной жидкости в трубопроводе 9, объемом V (м) за время t (ч), который регистрируют при помощи расходомера 7. При помощи манометра 5 также фиксируют давление Р (МПа) в закупоренной части 1а трубопровода 1 после закачки порции жидкости. Для повышения точности определения расстояния от задвижки 11 до места образования закупорки добавляют повторно некоторый объем транспортируемой жидкости в n-м количестве раз.
Определяют экспериментальный коэффициент сжимаемости k для каждого случая закачки порции жидкости по формуле
<mrow><msub><mi>k</mi><mn>1</mn></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>Δ</mi><msub><mi>P</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>V</mi><mn>1</mn></msub></mrow></mfrac></mrow>
,
1
где k - экспериментальный коэффициент сжимаемости;
1
1
к
ΔР - разность между давлением после добавки транспортируемой жидкости P и граничным значением давления образования закупорки на входе в трубопровод P, МПа;
1
1
3
V - объем добавленной жидкости при образовании закупорки за время t, м.
В зависимости от количества произведенных закачек порции жидкости, значения сжимаемости усредняют по следующей формуле
,
ср
где k - средний экспериментальный коэффициент сжимаемости;
1
2
3
k, k, k - экспериментальные коэффициенты сжимаемости для каждого случая закачки жидкости;
n - количество проведенных измерений.
Рассчитывают расстояние от задвижки до места образования закупорки по следующей формуле
<mrow><mi>L</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>Δ</mi><msub><mi>P</mi><mn>0</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>k</mi><mrow><mi>с</mi><mi>р</mi></mrow></msub><mo>⋅</mo><mi>S</mi></mrow></mfrac></mrow>
,
где L - расстояние от задвижки до места образования закупорки, м;
0
к
н
ΔP - разность между граничным значением давления образования закупорки P и давлением жидкости на входе в трубопровод при начальных условиях Р, МПа;
ср
k - средний экспериментальный коэффициент сжимаемости;
2
S - площадь сечения трубопровода, м.
Пример реализации способа для случая неполной закупорки.
2
Необходимо определить место образования закупорки трубы с внутренним диаметром 0,2 м. Изначально рассчитывают площадь поперечного сечения трубопровода S=0,0314 м.
н
к
н
к
Измеряют начальное давление Р (МПа) на замерном узле 3, при выполнении условий образования неполной закупорки, фиксируют граничное давление образования закупорки Р (МПа) на замерном узле 3: Р=1,2 МПа, Р=2,8 МПа.
1
1
2
3
2
3
3
3
3
Работу насосов не останавливают и закачивают порцию сжимаемой жидкости, аналогичной жидкости в трубопроводе 8, объемом V=18 м в течение определенного времени. При помощи манометра 5 фиксируют давление Р=2,91 МПа в закупоренной части 1а трубопровода 1 после закачки порции жидкости. Для повышения точности определения расстояния от задвижки до места закупорки проводят закачку порции жидкости повторно V=18 м, V=9 м за определенное время, при этом давление после закачки жидкости составляет P=3,01 МПа, Р=3,06 МПа.
Рассчитывают экспериментальный коэффициент сжимаемости для трех случаев:
<mrow><msub><mi>k</mi><mn>1</mn></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>Δ</mi><msub><mi>P</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>V</mi><mn>1</mn></msub></mrow></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>P</mi><mn>1</mn></msub><mo>−</mo><msub><mi>P</mi><mi>к</mi></msub></mrow><mrow><msub><mi>V</mi><mn>1</mn></msub></mrow></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>2,91</mn><mo>−</mo><mn>2,8</mn></mrow><mrow><mn>18</mn></mrow></mfrac><mo>=</mo><mn>0,006</mn></mrow>
<mrow><msub><mi>k</mi><mn>2</mn></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>Δ</mi><msub><mi>P</mi><mn>2</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>V</mi><mn>2</mn></msub></mrow></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>P</mi><mn>2</mn></msub><mo>−</mo><msub><mi>P</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>V</mi><mn>2</mn></msub></mrow></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>3,01</mn><mo>−</mo><mn>2,91</mn></mrow><mrow><mn>18</mn></mrow></mfrac><mo>=</mo><mn>0,005</mn></mrow>
<mrow><msub><mi>k</mi><mn>3</mn></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>Δ</mi><msub><mi>P</mi><mn>3</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>V</mi><mn>3</mn></msub></mrow></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>P</mi><mn>3</mn></msub><mo>−</mo><msub><mi>P</mi><mn>2</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>V</mi><mn>3</mn></msub></mrow></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>3,06</mn><mo>−</mo><mn>3,01</mn></mrow><mrow><mn>18</mn></mrow></mfrac><mo>=</mo><mn>0,003</mn></mrow>
Рассчитывают средний экспериментальный коэффициент сжимаемости:
Рассчитывают расстояние от задвижки до места образования закупорки:
<mrow><mi>L</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>Δ</mi><msub><mi>P</mi><mn>0</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>k</mi><mrow><mi>с</mi><mi>р</mi></mrow></msub><mo>⋅</mo><mi>S</mi></mrow></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>P</mi><mi>к</mi></msub><mo>−</mo><msub><mi>P</mi><mi>н</mi></msub></mrow><mrow><msub><mi>k</mi><mrow><mi>с</mi><mi>р</mi></mrow></msub><mo>⋅</mo><mi>S</mi></mrow></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>2,8</mn><mo>−</mo><mn>1,2</mn></mrow><mrow><mn>0,005</mn><mo>⋅</mo><mn>0,0314</mn></mrow></mfrac><mo>=</mo><mn>10191</mn><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mi>м</mi><mo>)</mo></mrow></mrow>