Способ определения толщины отложений на внутренней стенке трубопроводов и технологического оборудования
METHOD FOR DETERMINING THE THICKNESS OF DEPOSITS ON THE INNER WALL OF PIPELINES AND PROCESS EQUIPMENT

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано в области добычи и транспортировки нефте- газо- продуктопроводов, в области нефтехимических производств, на тепловых энергоустановках.
Проблема отложений является актуальной. Отложения на внутренних стенках трубопроводов приводят к уменьшению сечения трубопроводов, что приводит к выводу оборудования из оптимального режима работы. Отложения на дне резервуаров приводят к уменьшению полезного объема резервуаров. Также отложения снижают эффективность работы насосов и другого технологического оборудования, а также являются причинами их поломок.
Для планирования и своевременного проведения очистных мероприятий необходима информация о текущей толщине слоя отложений на стенках трубопровода и другого технологического оборудования.
Известен способ определения толщины отложений по характеру затухания акустической энергии (RU, патент 2257510 С1). Согласно известному способу к внешней поверхности трубопровода подводят акустическую энергию и определяют характер затухания колебаний как для трубопровода с отложениями, так и для участков трубопровода с отложениями известной толщины. Сравнивая эти данные, судят о толщине отложений.
Недостаток данного способа заключается в том, что он не учитывает влияния других физических процессов и явлений (температуры и пр.) на затухание акустических колебаний, что приводит к снижению его точности.
Известен способ определения толщины отложений (который берется за прототип) основанный на детектировании колебаний участка конструкции (RU, патент 2521149 С2). Согласно известному способу нагревают участок конструкции и детектируют колебания на нагретом участке. Далее детектируют колебания на не нагретом участке конструкции. Определяют резонансную частоту обоих случаев, и, сравнивая их, делают вывод о толщине отложений.
Недостаток данного способа заключается в том, что он не учитывает влияния нагрева на резонансную частоту, что приводит к погрешности измерений, а также нагрев имеет ограничения в применении на определенных конструкциях.
Технический результат настоящего изобретения состоит в повышении точности определения толщины отложений на внутренней поверхности трубопроводов и технологического оборудования.
Технический результат достигается тем, что в известном способе определения толщины отложений на внутренней стенке трубопроводов и технологического оборудования посредством измерительного устройства, при котором на локальном участке объекта исследования детектируют свободные колебания и определяют резонансную частоту, полученный результат сравнивают с результатами калибровки измерительного устройства, при этом предварительно ультразвуковым способом измеряют толщину стенки объекта исследования для исключения погрешности из-за коррозионного износа и наличия внутренних дефектов и калибруют измерительное устройство на образце той же толщины и с теми же акустическими свойствами, что и объект исследования, с отложениями той же природы, но различной толщины, для уточнения математической зависимости резонансных колебаний от толщины отложений.
Для решения поставленной задачи на локальном участке объекта исследования возбуждаются и регистрируются свободные колебания и определяется резонансная частота, полученный результат сравнивают с резонансной частотой аналогичного объекта – образца, имеющего отложения определенной толщины. Перед проведением измерений ультразвуковым способом измеряется толщина стенки трубопровода для исключения погрешности из-за коррозионного износа и наличия внутренних дефектов и калибруется измерительное устройство на образце той же толщины и с теми же акустическими свойствами, что и объект исследования, с отложениями той же природы, но различной толщины, для уточнения математической зависимости резонансных колебаний от толщины отложений.
Проведенные экспериментальные исследования и компьютерное моделирование показали прямую обратно пропорциональную зависимость между частотой свободных колебаний локального участка стенки трубопровода или любого другого технологического оборудования от толщины отложений на его внутренней стенке [1].
Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 показаны: 1 – объект исследования, 2 – отложения, 3 – пьезоэлектрический преобразователь, 4 – возбудитель колебаний, 5 – приемник колебаний, 6 – корпус датчика, 7 – центральный процессор, 8 – дисплей, 9 – корпус измерительного устройства. На фиг. 2 показан график зависимости частоты собственных колебаний полученные в результате экспериментальных исследований.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения.
Для исключения погрешностей, обусловленных утонением стенки объекта исследования (1) в результате коррозионного износа и наличием в стенке внутренних дефектов, проводится ультразвуковая толщинометрия с использованием пьезоэлектрического преобразователя (3). Далее, для уточнения зависимости частоты колебаний локального участка объекта исследования от толщины отложений, проводится калибровка измерительного устройства. Датчик (6) ставится на образец той же толщины и с теми же акустическими характеристиками, что и объект исследования. Возбудитель колебаний (4) возбуждает свободные колебания на локальном участке образца. Свободные колебания регистрируются приемником колебаний (5) и передаются на центральный процессор (7). Далее, на образец наносятся отложения той же породы, что и на объекте исследования и снимаются показания. Показания снимаются с не менее 5 различных толщин отложений. Центральный процессор (7), анализируя спектры полученных сигналов, устанавливает зависимость между частотой свободных колебаний локального участка образца и толщиной отложений.
Процесс контроля осуществляется аналогичным образом. Возбудитель колебаний (4) возбуждает свободные колебания на локальном участке объекта исследования (1), которые регистрируются приемником колебаний (5). Центральный процессор (7), используя установленную при калибровке измерительного устройства зависимость, выдает на дисплей (8) результаты измерений толщины отложений (2).
Пример выполнения способа для измерения толщины парафиновых отложений в насосно-компрессорной трубе Ø89х6,5 мм:
а) предварительно проводят измерение толщины стенки объекта исследования пьезоэлектрическим преобразователем. В случае обнаружения дефектов, выбирают другой участок для контроля. Измеренная фактическая толщина определяет выбор толщины образца для следующего этапа калибровки;
б) на образце датчиком возбуждают свободные колебания, которые регистрируют приемником колебаний и обрабатывают центральным процессором;
в) далее, на образец наносят парафиновые отложения толщиной 2 мм и повторяют операцию «б»;
г) повторяют операции «б» и «в» с толщинами парафиновых отложений 4, 6, 8, 10 и 12 мм;
д) на основании полученных измерений находят математическую зависимость частоты колебаний стенки трубопровода от толщины отложений (фиг. 2);
г) на объекте исследования возбуждают свободные колебания, регистрируют их приемником колебаний и обрабатывают центральным процессором;
е) полученные результаты частоты колебаний стенки объекта исследования сравнивают с результатами, полученными при калибровке измерительного устройства и делают вывод о толщине отложений. Например, при частоте собственных колебаний объекта исследования 1975 Гц, толщина отложений составляет 7 мм.
Аналогично процесс контроля осуществляется на технологическом оборудовании – технологической обвязке насоса, фильтра и т.п. Также данный способ осуществим для измерения толщины отложений, отличных от парафиновых – солевых, силикатных и др.
Измерения могут проводиться как разовый контроль толщины отложений, так и в режиме непрерывного мониторинга с передачей информации на центральный пункт. Измерения могут проводиться как на магистральных трубопроводах, так и на технологических трубопроводах и технологическом оборудовании.
Источники:
1. Ярославкина Е.Е., Суслов А.В. Теоретико-экспериментальное исследование зависимости собственных частот колебаний пластины от толщины отложений // Вестник Самарского государственного технического университета. Серия «Технические науки». (Том. 29. № 2 – 2021) – Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2021. – С. 88-98.