УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА МЕТАЛЛА ГАЗОПРОВОДА

Техническое решение относится к устройствам для наблюдения за трубами, с целью защиты их от износа, внутренних или внешних повреждений, а также от коррозии и может быть полезным для обеспечения безопасной эксплуатации трубопроводов длительной эксплуатации в нефтяной и газовой промышленности.
При длительной эксплуатации магистральных трубопроводов происходит снижение прочностных свойств металла. Это обусловлено насыщением металла водородом при контакте металла с водородсодержащей средой (газом и нефтепродуктами) в процессе эксплуатации. Накапливающийся в металле водород приводит к снижению механических свойств и в некоторых случаях может явиться причиной нарушения целостности стенки трубопровода.
-10
2
-3
2
Н
В общем объеме перекачиваемого газа потери через стенку трубы 1420×20 мм при давлении Р=75 бар (T=80°С) и скорости транспортировки ν=10 м/с составляют 0,25×10%. Величина потока водорода через единичную площадь 1 см существенно зависит от температуры и давления водорода и составляет, например, при Т=40°С и Р=10 бар 0,736×10 мл/(см×ч).
Из уровня техники известен ряд устройств, позволяющих измерять величину потока водорода и тем самым диагностировать состояние труб. Например, известен датчик проникновения водорода в стальные конструкции, эксплуатируемые в различных коррозионных средах, представляющий собой электрохимическое устройство - ячейку Деванатхана. Ионный ток в устройстве эквивалентен величине потока водорода через анод, выполненный в виде металлической мембраны, внутренняя поверхность которой палладирована для защиты от коррозии мембраны в межэлектродном растворе щелочи. Катод устройства выполнен из графита с засыпкой из порошка двуокиси марганца и отделен от анодного пространства сепаратором. К электродам устройства подключен измерительный прибор, регистрирующий межэлектродный ионный ток [1].
Недостатком известного устройства является низкая точность измеряемой с его помощью величины потока водорода.
Наиболее близким устройством к заявленной полезной модели и выбранным в качестве прототипа является устройство для измерения потока водорода, проникающего в металлическую корродирующую конструкцию (RU 2178556 C2, МПК G01N 17/00, G01N 17/02, опубл. 20.01.2002). Устройство содержит корпус из диэлектрика, внутри которого с зазором относительно друг друга размещены анод в виде металлической мембраны из материала испытуемой конструкции и графитовый катод с засыпкой из порошка двуокиси марганца, а также сепаратор и измерительный прибор, при этом указанный зазор заполнен раствором щелочи и разделен сепаратором на катодное и анодное пространства, анод соединен с испытуемой конструкцией и имеет с ней одинаковый потенциал, а его поверхность, обращенная к катоду, палладирована [2].
Недостатком известного устройства является его низкая технологичность, вследствие сложной конструкции датчика и измерительной системы.
Технической задачей, на решение которой направлено заявленная полезная модель, является расширение функциональных возможностей устройства для определения остаточного ресурса металла газопровода за счет выполнения устройства быстросъемным и обеспечения анализа остаточного ресурса металла магистрального трубопровода в процессе его эксплуатации без использования дополнительных образцов металла в реальном масштабе времени.
Указанная задача решена тем, что устройство содержит полый съемный герметичный корпус, с закрепленными на нем впускным и выпускным штуцерами, механизмом для впуска несущего газа и узлом определения концентрации водорода. Отличает устройство от известных аналогов то, что узел определения концентрации водорода выполнен в виде пикового датчика концентрации водорода, размещенного внутри корпуса, выход которого подключен к первому измерительному входу блока управления, на выпускном штуцере установлена термокондуктометрическая ячейка, измерительный выход которой подключен ко второму измерительному входу блока управления, а его силовой выход подключен к механизму для впуска несущего газа, выполненному в виде обратного электромеханического клапана.
Пиковый датчик водорода может быть выполнен в виде пленочного резистивного элемента на основе оксида палладия, а блок управления может быть выполнен в виде микропроцессорной системы на основе восьмиразрядного микроконтроллера.
Положительным техническим результатом, обеспечиваемым раскрытой выше совокупностью конструктивных элементов устройства, является обеспечение автоматического контроля уровня концентрации водорода в любой точке трубопровода за счет применения пикового датчика водорода и возможность измерения величины потока водорода через единичную площадь трубопровода за счет применения термокондуктометрической ячейки.
Конструкция полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан корпус устройства в разрезе, а на фиг.2 - упрощенная структурная схема блока управления.
Устройство для определения остаточного ресурса металла газопровода имеет следующую конструкцию.
Основой устройства является полый съемный герметичный корпус 1, с закрепленными на нем впускным и выпускным штуцерами 2 и 3, механизмом для впуска несущего газа (на фигурах условно не показан) и узлом определения концентрации водорода. При этом узел определения концентрации водорода выполнен в виде пикового датчика концентрации водорода 4, размещенного внутри корпуса, выход которого подключен к первому измерительному входу 5 блока управления 6, на выпускном штуцере установлена термокондуктометрическая ячейка 7, измерительный выход 8 которой подключен ко второму измерительному входу 9 блока управления 6, а его силовой выход 10 подключен к механизму для впуска несущего газа.
Устройство применяют следующим образом.
Первоначально на стенке контролируемого трубопровода 11 через герметизирующие прокладки 12 закрепляют корпус 1, при этом его открытая сторона плотно прижимается к стенке трубопровода 11. Таким образом, газ, диффундирующий через стенку трубопровода, собирается в полости корпуса 1. Его накопление до необходимой для количественной оценки концентрации происходит постепенно, поэтому блок управления 6 с периодом в одну секунду выполняет опрос датчика концентрации водорода 4. После достижения пикового значения уровня концентрации водорода и срабатывания датчика 4 блок управления 6 подает управляющий сигнал на силовой выход 10 и включает механизм для впуска несущего газа. После поступления газа в термокондуктометрическую ячейку 7 блок управления 6 выполняет измерение его количественной концентрации, после чего выдает оператору измеренные значения с помощью модуля индикации, являющегося частью блока управления 6.
Таким образом, предложенный в настоящей заявке технологичный прибор позволяет автоматически контролировать концентрацию потока водорода и тем самым диагностировать состояние труб магистральных газопроводов, повышая тем самым безопасность их эксплуатации.
Список использованных источников
1. Михайловский Ю.Н., Маршаков А.И., Попова В.Н., Соколова Т.Н. Датчик проникновения водорода в стальные конструкции, эксплуатируемые в различных коррозионных средах, ж-л Защита металлов, 1993, т. 29, N 4, с. 647-649.
2. RU 2178556 C2, Российская Федерация, МПК G01N 17/00, G01N 17/02. Устройство для измерения потока водорода, проникающего в металлическую корродирующую конструкцию / Сулимин В.Д., Петров Н.А., Федичкин Г.М., Пчельников Ю.Н., Маршаков А.И., Игнатенко В.Э.; заявитель и патентообладатель ООО «Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий - ВНИИГАЗ»; №98100839/28; заявл. 13.01.1998; опубл. 10.10.1999, Бюл. 2.