СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТОЛЩИНЫ ОТЛОЖЕНИЙ НА ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ТРУБОПРОВОДОВ
METHOD FOR DETERMINING THICKNESS OF DEPOSITS ON INTERNAL SURFACE OF PIPELINES

Изобретение относится к методам неразрушающего контроля и может быть использовано на химических и нефтехимических предприятиях, тепловых, геотермальных и атомных энергоустановках.
Известен способ определения толщины грязепарафиновых отложений в нефтепроводе [1]. Используя тепло нефти в качестве источника тепла, измеряют однонаправленные тепловые потоки в двух теплоотводящих элементах, установленных на наружной поверхности нефтепровода, измеряют в этих точках температуры наружной стенки и тем самым судят о толщине отложений в нефтепроводе.
Однако такой способ ограничивает определение толщины отложений в трубопроводах с жидкостью с температурой выше температуры окружающей среды.
Известен также способ определения толщины слоя отложения парафина в нефтепроводе [2]. К поверхности трубопровода прикладывают источник тепла в виде нагретого тела - бруска с температурой выше температуры жидкости в трубопроводе, снимают диаграмму изменения температуры нагретого тела, по которой судят о размерах отложений внутри трубопровода. Данный способ позволяет определить отложения в трубопроводе с любой жидкостью при любой температуре. Однако из-за появления градиента температуры по поверхности трубопровода снижается точность определения толщины отложений вследствие низкой информативности об измеряемых величинах.
Задачей предлагаемого технического решения является повышение точности определения толщины отложений на внутренней поверхности трубопроводов, а также расширение области возможного применения.
Поставленная задача решается благодаря тому, что в способе определения толщины отложений на внутренней поверхности трубопроводов, включающем размещение на поверхности трубопровода источника тепла в виде нагретого тела - бруска с температурой выше температуры жидкости в трубопроводе и снятие временной диаграммы изменения температуры нагретого тела для устранения градиента температуры на поверхности трубопровода вблизи нагретого тела вокруг него на трубопроводе устанавливают дополнительный источник тепла в виде кольца.
Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 изображена схема расположения источника тепла на поверхности трубопровода. На фиг.2 и 3 - изотермические поверхности на трубопроводе при распространении тепла от нагретого тела в прототипе и заявляемом способе соответственно.
Способ осуществляется следующим образом.
На исследуемый трубопровод 1 на его наружную поверхность прикладывают предварительно подогретый до температуры выше температуры жидкости в трубопроводе 1 источник тепла в виде нагретого тела - бруска 2 (фиг.1). Для создания надежного термоконтакта бруска 2 с поверхностью трубопровода нижнюю поверхность его и поверхность трубопровода 1 предварительно очищают и смазывают термостойкой и теплопроводящей пастой. Для уменьшения потерь тепла через наружную поверхность брусок заключают в теплоизоляционный материал 3. Одновременно вокруг нагретого тела на трубопроводе размещают источник тепла 4 в виде кольца. С момента соприкосновения брусок начинает терять тепло. С этого момента ведут отсчет времени и измерение температуры бруска. При этом источник тепла 4 обеспечивает изотермическую поверхность вблизи нагретого тела в течение всего времени съема диаграммы изменения температуры нагретого тела.
1
2
2
При контакте нагретого тела с поверхностью трубопровода в прототипе тепло бруска передается как жидкости (через стенку) Q, так и вдоль трубопровода Q (фиг.2). При этом большая часть тепла бруска расходуется на нагревание самого металла трубопровода, в связи с чем уменьшается информативность о толщине отложений внутри трубопровода. Установка источника тепла вокруг нагретого тела в виде кольца, как предлагается в заявляемом техническом решении, устраняет градиент температуры соответственно и поток тепла (Q) вдоль стенки трубопровода (фиг.3). Тогда поток тепла от нагретого тела к жидкости направлен только перпендикулярно поверхности стенки и отложений, что во много раз увеличивает информативность о толщине отложений.
Тепло бруска передается жидкости через стенку трубопровода, внутренняя поверхность которого омывается жидкостью. Этот случай подобен передаче тепла от пластины обтекаемой ее жидкости [3]. Через наружную поверхность трубопровода потери тепла минимальны (трубопроводы с горячей водой или с другой жидкостью, как правило, теплоизолированы). С учетом этого зависимость температурного перепада между источником тепла и жидкостью можно представить в следующем виде:
о
ж
3
где Т - температура бруска с момента соприкосновения с поверхностью трубопровода (в момент времени τ=0), Т - температура жидкости (одновременно и температура поверхности трубопровода до соприкосновения), Т - температура бруска в момент времени τ, k - коэффициент теплопередачи между поверхностью бруска и жидкостью в трубопроводе, V - объем бруска, F - площадь соприкосновения бруска с поверхностью трубопровода, с - объемная теплоемкость бруска, Дж/м·град. Коэффициент k определяется по известной зависимости [4]:
отл
отл
где α - коэффициент теплоотдачи между жидкостью и стенкой трубопровода; δ, λ - толщина и теплопроводность стенки соответственно; δ, λ - толщина и теплопроводность отложений соответственно.
С другой стороны, коэффициент k определяется из полученной временной диаграммы по формуле (полученной из (1) путем логарифмирования правой и левой частей):
отл
отл
Далее из выражения (2), при известных значениях k, α, λ и λ, определяем искомое значение δ:
Коэффициент теплоотдачи α определяется из соотношения безразмерных чисел Нуссельта (Nu), Рейнольдса (Re) и Прандтля (Pr) для соответствующих условий гидродинамики потока жидкости в трубопроводе [3].
Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить точность определения толщины отложений на внутренней поверхности трубопроводов, расширить область возможного его применения за счет того, что снятие временной диаграммы изменения температуры нагретого тела проводят при отсутствии градиента температуры по поверхности трубопровода вблизи нагретого тела, что обеспечивается установкой на поверхности трубопровода вблизи нагретого тела вокруг него дополнительного источника тепла в виде кольца.
Источники информации
6
1. Патент РФ RU 2099632. МПК F17D 3/00. Опубл. 20.12.97.
2. Авторское свидетельство SU 312534 А1. Опубл. 25.12.1977. Бюл. №47.
3. Кутателадзе С.С. Основы теории теплообмена. - Ленинград: Машгиз. 1962, с.130-131, 229.
4. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача. - Москва: Энергоиздат. 1981 г.