СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ УЧАСТКА ТРУБОПРОВОДА ВОЗДУХОМ НА ПРОЧНОСТЬ И ГЕРМЕТИЧНОСТЬ И МОБИЛЬНАЯ КОМПРЕССОРНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ
METHOD OF TESTING STRENGTH AND AIR-TIGHTNESS OF PIPE SECTION USING AIR AND MOBILE COMPRESSOR UNIT FOR TESTING

Изобретение относится к системам трубопроводного транспорта и может быть использовано в строительстве, реконструкции и ремонте трубопроводов, в частности участков магистральных газопроводов (далее МГ), для их испытания воздухом на прочность и герметичность перед вводом в эксплуатацию.
Известны нормативные способы и устройства для испытания участков МГ на прочность и герметичность, в которых при помощи мобильных компрессорных установок (далее МКУ) атмосферный воздух нагнетается в участок до достижения в участке испытательного давления (ВСН 011-88. Ведомственные строительные нормы. Строительство магистральных и промысловых трубопроводов. Очистка полости и испытание. М.: ВНИИСТ, 1990, с.31-33, 55-57).
Наиболее близкими техническими решениями являются способ и МКУ для испытания участка трубопровода воздухом на прочность и герметичность по авт. св. СССР №478212. В известном способе испытание участка производится путем нагнетания в него воздуха компрессором через влагоотделитель до испытательного давления.
Из термодинамики влажного воздуха известно, что влагосодержание воздуха пропорционально температуре и обратно пропорционально давлению (см. фиг.2, 3). В известных технических решениях относительная влажность воздуха на выходе влагоотделителя в любой момент времени равна 100%. Температура сжатого воздуха на выходе влагоотделителя всегда выше, чем температура воздуха в участке, а давление (нагнетания) на выходе влагоотделителя (и в участке) со временем монотонно растет, достигая испытательного значения в конце процесса заполнения участка. Поэтому в участке выполняются оба условия конденсации паров воды: повышение давления и снижение температуры воздуха до температуры окружающей участок среды. Это влечет монотонное снижение влагосодержания воздуха в участке, сопровождаемое выпадением паров «лишней» влаги в жидкую фазу.
Таким образом, недостатком указанных технических решений является образование и выпадение в участке МГ в процессе испытания водяного конденсата и необходимость его удаления с последующей осушкой внутренней полости для предотвращения гидратных пробок (см. ВСН 011-88), ухудшения качества транспортируемого продукта из-за повышения его влажности и образования коррозионно-активной кислой среды при соединении влаги с сероводородом и меркаптанами (ОСТ 51.40-93. Газы горючие природные, поставляемые по магистральным газопроводам. Технические условия). Это существенно усложняет и удорожает испытание, а в условиях отрицательных температур окружающей участок среды применение известных технических решений становится не допустимым из-за замерзания конденсата в участке.
Задачей изобретения является создание способа испытания участка трубопровода воздухом на прочность и герметичность и МКУ для осуществления способа с повышенной эффективностью влагоотделения из воздуха, что позволит сократить время и трудозатраты на строительство, реконструкцию и ремонт трубопровода.
Технический результат достигается за счет того, что для испытания участка трубопровода на прочность и герметичность используют способ испытания путем нагнетания в него воздуха компрессором через влагоотделитель до испытательного давления, при этом сначала по температуре окружающей участок среды и испытательному давлению определяют влагосодержание воздуха в участке, запускают компрессор, на выходе влагоотделителя принудительно устанавливают и удерживают максимально допустимое для компрессора давление или меньшее давление, при котором после стабилизации температурного режима влагосодержание воздуха на выходе влагоотделителя не превосходит влагосодержания воздуха в участке, а затем понижают давление воздуха и воздух подают в участок.
При возникновении условий (сочетание давления и температуры) для образования конденсата после понижения давления воздуха, перед подачей его в участок, от воздуха дополнительно отделяют конденсат.
Для реализации способа испытания участка трубопровода на прочность и герметичность воздухом используется МКУ, содержащая компрессор с выходным трубопроводом для подключения к участку и установленный в выходном трубопроводе влагоотделитель с выходом, при этом она снабжена средствами измерения температуры окружающей участок среды и температуры воздуха на выходе влагоотделителя, а в выходной трубопровод между влагоотделителем и участком установлен регулятор давления воздуха на выходе влагоотделителя.
Кроме того, для предотвращения уноса в участок конденсата, выпавшего в результате охлаждения воздуха при дросселировании в регуляторе давления воздуха, в выходной трубопровод между регулятором и участком установлен дополнительный влагоотделитель.
Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена схема МКУ с участком трубопровода подземной прокладки, на фиг.2 - зависимость влагосодержания насыщенного воздуха от давления при температуре минус 8°С, а на фиг.3 - зависимость влагосодержания воздуха от температуры при атмосферном давлении 760 мм рт.ст.
МКУ (фиг.1) включает компрессор 1 с выходным трубопроводом 2 для подключения к участку 3 и установленный в выходном трубопроводе 2 влагоотделитель 4 с выходом 5. МКУ оснащена средствами 6 и 7 измерения температуры окружающей участок 3 среды и температуры воздуха на выходе 5 влагоотделителя 4, в выходной трубопровод 2 между влагоотделителем 4 и участком 3 установлен регулятор 8 давления воздуха на выходе 5 влагоотделителя 4, а между регулятором 8 и участком 3 установлен дополнительный влагоотделитель 9.
Для повышения эффективности влагоотделения путем охлаждения сжатого воздуха в выходной трубопровод 2 могут быть последовательно установлены между компрессором 1 и влагоотделителем 4 концевой охладитель 10, например регулируемый аппарат воздушного охлаждения (АВО), и дополнительный охладитель 11, включенный по нагревающему потоку воздуха между концевым охладителем 10 и влагоотделителем 4, а по охлаждающему потоку между регулятором 8 и участком 3. Участок 3 снабжен средством 12 измерения давления газа. Для измерения давления нагнетания используется штатное средство компрессора 1. Для повышения точности измерения давления, определяющего влагосодержание воздуха на выходе 5 влагоотделителя 4, на выходе 5 может быть установлено дополнительное средство 13 измерения давления. Оборудование МКУ соединено между собой через запорные краны 14-21, а участок 3 оснащен краном 22 для выпуска воздуха в атмосферу по окончании испытания.
Установка, реализующая заявленный способ, работает следующим образом.
Сначала при помощи средства 6 измеряют температуру окружающей участок среды. В примере на фиг.1 это температура грунта. По измеренной температуре определяют влагосодержание воздуха в участке 3 при испытательном давлении (см., например, фиг.2). Затем открывают краны 14, 15, 16 и закрывают краны 17, 18, 19, 20, 21, 22. Запускают компрессор 1 и, контролируя давление штатным средством измерения или средством 13 на выходе 5, устанавливают и удерживают на выходе 5 при помощи регулятора 8 максимально допустимое по техническим условиям оборудования МКУ давление (нагнетания). При этом сжатый воздух компрессором 1 через АВО 10, кран 14, влагоотделитель 4, его выход 5, регулятор 8, дополнительный влагоотделитель 9, краны 15 и 16 направляется в атмосферу. Спустя время, необходимое для стабилизации температурного режима МКУ, по установившейся температуре, определяемой средством 7, и давлению, определяемому по штатному средству компрессора 1 или средству 13, определяют соответствующее этим параметрам состояние влагосодержания воздуха на выходе 5.
Если влагосодержание на выходе 5 больше или равно влагосодержанию в участке 3, кран 21 открывают, а кран 16 закрывают и воздух нагнетают в участок 3. Если влагосодержание воздуха на выходе 5 существенно меньше влагосодержания в участке 3, перед подачей воздуха в участок 3 давление нагнетания при помощи регулятора 8 понижают до минимального значения, добиваясь максимально близкого значения влагосодержания воздуха на выходе 5 влагоотделителя 4 значению влагосодержания воздуха в участке 3, но не превосходя последнее. Достигнутое минимальное значение давления нагнетания фиксируют и удерживают регулятором 8. Таким образом снижают энергопотребление компрессора 1 и повышают эффективность испытания.
По достижении испытательного давления в участке 3, контролируемого средством 12, компрессор 1 останавливают, кран 21 закрывают, а кран 16 открывают, выпуская воздух в атмосферу и разгружая оборудование МКУ. После выдержки участка 3 под испытательным давлением в течение времени, необходимого для контроля прочности и герметичности, открывают кран 22 и воздух из участка 3 выпускают в атмосферу.
В теплое время года (суток) краны 17, 18, 19, 20 открывают, а краны 14, 15 закрывают, дополнительно охлаждая воздух в охладителе 11. Это позволяет дополнительно снизить температуру воздуха на выходе 5 перед подачей во влагоотделитель 4 и, следовательно, давление нагнетания и энергопотребление компрессора 1.
В холодное время года (суток) для предотвращения промерзания влагоотделителя 4 изменением частоты вращения вала вентилятора АВО 10 на выходе 5 устанавливают температуру воздуха не ниже, например, +5°С, контролируемую средством 7.
Пример
Исходные данные:
- Время испытаний - осень,
- Протяженность участка трубопровода -
100 км,
- Диаметр условного прохода участка -
1420 мм,
Давления:
- Начальное -
атмосферное,
- Испытательное -
132 ати,
Температуры:
- Окружающей участок среды (грунта) -
Тос=+5°С,
- Атмосферного воздуха -
Тат=-10°С,
- Недорекуперации в АВО -
Таво=+15°С
Допущение: температуры воздуха на выходах влагоотделителя и АВО равны.
Расчет
Температура на выходе влагоотделитетеля
Тво=Тат+Таво=+5°С=Тос.
При Тво=Тос принудительное удержание при помощи регулятора 8 давления на выходе 5, равного давлению испытания 132 ати, исключает возможность конденсации паров воды во внутренней полости участка 3. При этом влагосодержание в участке 3 будет 0,038 г/кг (см. сайт www.bioair.ru), а масса воды в воздухе исключительно в виде пара составит Мп=942 кг.
При выполнении испытаний участка 3 в соответствии с известными техническими решениями имеют место монотонные повышение давления и уменьшение влагосодержания воздуха на выходе 5 влагоотделителя 4 (нагнетания компрессора 1) по мере его закачки в участок 3. При этом общая масса воды, перемещенной в участок 3 с воздухом, составит Мв=6268 кг, а масса водяного конденсата, выпавшего в участке 3, требующая последующего удаления и осушки внутренней полости участка, составит
Мвк=Мв-Мп=5326 кг.