CN101907541B - 一种管道试压装置 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种管道试压装置。涉及管道系统技术领域。其特征是它包括:第一采集单元(101)、第二采集单元(102)、第一计算单元(103)、第二计算单元(104)、第一判断单元(105)和第一处理单元(106);第一采集单元(101)输出接第一计算单元(103)的输入,第一计算单元(103)的输出接第二计算单元(104),的一输入,同时第二采集单元(102)的输出也接第二计算单元(104)另一输入,第二计算单元(104)输出依次串接第一判断单元(105)和第一处理单元(106)。本发明使强度试压时更接近管道的实际最高试压压力,在试压压力超过规定的最低屈服强度时,不会超过管道材料的实际屈服强度。
Description
技术领域
本发明是一种管道试压装置。涉及管道系统技术领域。
背景技术
管道试压是管道建设中的重要环节,是对管道的材料性能、施工质量、管道整体质量的一次综合检验。管道在建成后,必须经过管道强度试压和管道严密性试压两项试压测试,才能投入运行。其中,管道强度试压用于验证管道的整体强度能否承受管道运行的压力,以及为提高管道输量和管道输送能力提供试验依据;管道严密性试压用于验证管道是否存在泄漏点。
管道强度试压中的试压应力(压力)控制主要有两种方法,一是将管道试压压力控制在一定范围内,当管道压力达到最高试压压力的临界值时,停止对管道加压,进入稳压状态,检测管道是否发生屈服现象;二是将控制管道的压力-容积曲线处于初始线性阶段,当压力-容积曲线开始进入非线性阶段时,停止对管道加压,进入稳压状态,检测管道是否发生屈服现象。
管道严密性试压中的严密性检测主要是利用仪表,检测设定的时间内,管道压力是否减小;如果管道压力减小,则表示管道存在泄漏,需要对管道进行修补,重新进行严密性试压。
上述现有技术的主要缺点在于,使用压力-容积曲线图控制管道试压压力时,压力-容积曲线刚进入非线性阶段时,管道压力并未达到最高试压压力,使得管道强度试压阶段检测管道最高试压压力与实际最高试压压力的偏差较大,使管道试压的准确性相对降低。
发明内容
本发明的目的是发明一种使强度试压阶段的管道压力更接近管道的实际最高试压压力、使管道试压压力在超过了规定的最低屈服强度(SMYS)状态下不会超过管道材料的实际屈服强度的管道试压装置。
为了实现上述目的,本发明的结构框图如图1所示,它包括:第一采集单元101、第二采集单元102、第一计算单元103、第二计算单元104、第一判断单元105和第一处理单元106。第一采集单元101输出接第一计算单元103的输入,第一计算单元103的输出接第二计算单元104,的一输入,同时第二采集单元102的输出也接第二计算单元104另一输入,第二计算单元104输出依次串接第一判断单元105和第一处理单元106。
其中:
第一采集单元101,用于根据预设的采集时间,采集试压介质在某一时刻的流量;
第一采集单元102,用于根据采集时间,采集试压介质在某一时刻的压力。第一计算单元103,与第一采集单元102连接,用于根据采集的流量,计算试压介质在时刻的容积;
第二计算单元104,与第一计算单元103和第二采集单元102连接,用于根据计算的容积和采集的压力,计算时刻对应的试压介质的压力变化量与容积变化量的比值;压力变化量等于试压介质在时刻的压力与试压介质在稳压状态的压力的差,容积变化量等于试压介质在时刻的容积与试压介质在稳压状态下的容积的差;
第一判断单元105,与第二计算单元104连接,用于判断比值与标准值的差是否大于预设值;
第一处理单元106,与第一判断单元105连接,当第一判断单元105判断的结果为比值与标准值的差大于预设值时,则控制执行装置停止向管道注入试压介质。
本装置还可以包括:第二判断单元、第二处理单元、显示单元、存储单元以及打印单元。第二采集单元与第二判断单元连接,第二判断单元与第二处理单元连接;显示单元和存储单元分别与第一采集单元、第二采集单元;打印单元与存储单元连接。
其中:
第二判断单元,用于判断采集的压力在预设时间内是否减小;
第二处理单元,当第二判断单元判断采集的压力在预设时间内没有减小时,用于生成严密性测试成功信号;当第二判断单元判断采集的压力在预设时间内减小时,用于生成严密性测试失败信号;
显示单元,用于实时显示与采集时间对应的压力值(压力时间曲线)、与采集时间对应温度值(温度时间曲线)、与采集时间对应的流量值(当前试压介质的注入流量)以及容积变化量对应的压力值(压力容积曲线);
存储单元,用于存储与采集时间对应的压力值、与采集时间对应温度值、与采集时间对应的流量以及与容积变化量对应的压力值;
打印单元,用于打印压力时间曲线、温度时间曲线、当前试压介质的注入流量压力容积曲线与采集时间对应的压力值(P-V)、与采集时间对应温度值(T-t)、与采集时间对应的流量(与容积变化量对应的压力值压力时间变化关系和/或温度时间变化关系和/或流量时间变化关系和/或压力容积变化关系。
本领域技术人员根据上面揭示的内容,可对本装置进行变化。譬如,将第一采集单元101、第二采集单元102、第一计算单元103、第二计算单元104、第一判断单元105和第一处理单元106、第二判断单元、第二处理单元集成在试压数据自动控制采集装置中。由试压数据自动控制采集装置执行试压数据(压力、温度、流量)采集、试压数据处理(容积计算、压力变化量计算、容积变化量计算等)、压力容积图试压控制(根据压力变化量与容积变化量的比值控制试压压力)、与计算机通讯(将采集和处理后的试压数据传输给计算机进行显示和存储)、控制执行机构(高压水泵和高压空气泵)的工作状态以及管道严密性试压的控制。
而存储单元、显示单元和打印单元可集成在计算机中,通过计算机实时显示、存储、打印与采集时间对应的压力值、与采集时间对应的温度值、流量值、以及与容积变化量对应的压力值。
本装置的实际构成如图4所示,它包括:计算机401、试压数据自动控制采集装置402、注水泵403、流量计404、压力传感器405、温度传感器406、清管器收发装置407,另还包括储水罐408和蓄水池409。试压数据自动控制采集装置402与计算机401连接,流量计404、压力传感器405的输出与试压数据自动控制采集装置402的输入连接,多个温度传感器406通过无线通信与试压数据自动控制采集装置402的输入连接,注水泵403和清管器收发装置407的输入与试压数据自动控制采集装置402的输出连接;注水泵403与连有蓄水池409的储水罐408连接。
计算机401、试压数据自动控制采集装置402、注水泵403、流量计404、压力传感器405、温度传感器406、清管器收发装置407均有市销产品选择。
其中:
计算机401,用于完成各种参数的设定、工况显示、报警显示、压力时间变化曲线、流量时间变化曲线、温度时间变化曲线保存、绘制以及实时或历史显示,各种工程报表的生成及打印;
试压数据自动控制采集装置402,用于根据计算机401配置的参数,开启注水泵403,对管道进行注水加压,控制注水泵403、流量计404和压力传感器405进行管道强度试压和管道严密性试压,以及控制清管器收发装置407对试压前的管道进行清理;
流量计404、压力传感器405和温度传感器406分别检测管道中水的注入体积、压力以及温度,并将检测的注入体积、压力和温度传输给试压数据自动控制采集装置402。
试压数据自动控制采集装置402根据计算机401配置的参数,开启注水泵403,对管道进行注水加压。流量计404、压力传感器405和流量传感器406分别检测管道中水的注入体积、压力以及温度,并将检测的注入体积、压力和温度传输给试压数据自动控制采集装置402。试压数据自动控制采集装置402根据采集的注入体积计算管道中水的容积,当管道中水的容积等于管道容积时,试压数据自动控制采集装置402关闭注水泵403,当稳压时间结束时,试压控制装置402开启注水泵403,继续对管道进行注水加压。试压数据自动控制采集装置402根据管道中水的压力和水的容积,计算管道的压力容积曲线的标准斜率和割线斜率,当割线斜率与标准斜率的斜率偏移量大于2%时,试压数据自动控制采集装置402关闭注水泵403,停止管道的强度试压。
在管道强度试压过程中,试压数据自动控制采集装置402还将注入体积、压力温度、容积等参数传输给计算机401,由计算机401计算实时压力时间曲线、温度时间曲线、流量时间曲线以及压力容积曲线,并将压力时间曲线、温度时间曲线、流量时间曲线以及压力容积曲线对应的压力时间变化关系、温度时间变化关系、流量时间变化关系以及压力容积变化关系进行存储及打印。
这里:
流量计404、压力传感器405、温度传感器406谓之数据采集单元,它与管道连接,用于采集管道中试压介质的体积变化量和管道的管道压力值;
多个计算单元、判断单元和第二处理单元称之谓数据处理单元,即计算机401,它与数据采集单元连接,用于将采集的试压介质体积变化量和管道压力值传输给压力容积控制单元;
压力容积控制单元(指的是中PLC控制器,它发出指令控制泵的操作)与试压执行装置和数据处理单元连接,根据采集的试压介质体积变化量和管道压力值,判断管道的压力容积曲线的割线斜率与压力容积曲线的标准斜率的差是否大于预定值;如果,压力容积曲线的割线斜率与压力容积曲线的标准斜率的差大于预定值,通知试压执行装置停止将试压介质注入管道;
注水泵403是试压执行装置,与管道连接,用于将试压介质注入到管道。
本发明在具体试压时,其试压方法依次包括:
将试压介质注入管道;
采集管道中试压介质的体积变化量;
采集管道的管道压力值;
根据采集的试压介质体积变化量和管道压力值,判断管道的压力容积曲线的割线斜率与压力容积曲线的标准斜率的差是否大于预定值;
若判断结果为是,停止将试压介质注入管道,结束管道的强度试压。
本发明利用压力容积曲线的割线斜率与标准斜率的偏移量,控制管道强度试压阶段的管道试压压力时,即使在压力容积曲线刚进入非线性阶段时,只要压力容积曲线的割线斜率与标准斜率的偏移量不大于2%,则继续增加管道的试压压力,使管道强度试压阶段检测使管道压力更加接近管道的最高试压压力。同时,能够在最接近管道设计运行压力的状态下,进行管道严密性试压。
本发明使强度试压阶段的管道压力更接近管道的实际最高试压压力,使管道试压压力在超过了规定的最低屈服强度(SMYS)状态下,不会超过管道材料的实际屈服强度。
附图说明
图1管道试压方法的流程图
图2压力容积曲线示意图
图3管道试压装置的结构框图
图4管道试压装置的架构示意图
图5试压控制装置控制单元的电原理图
其中101-第一采集单元 102-第二采集单元
103-第一计算单元 104-第二计算单元
105-第一判断单元 106-第一处理单元
301-采集试压介质在某一时刻的流量和压力步骤
302-计算试压介质在该时刻的容积步骤
303-计算试压介质的压力变化量与容积变化量的比值步骤
304-判断比值与标准值的差是否大于预设值步骤
305-停止向管道注入试压介质步骤
401-计算机 402-试压数据自动控制采集装置
403-注水泵 404-流量计
405-压力传感器 406-温度传感器
407-清管器收发装置
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,下面结合实施方式和附图,对本发明做进一步详细说明。在此,本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明,但并不作为对本发明的限定。
实施例.本例提供一种管道试压控制装置,并在中哈管道某段试验,以下结合附图对本发明进行详细说明。
本例提供的一种管道试压装置,如图1所示。该装置包括:第一采集单元101、第二采集单元102、第一计算单元103、第二计算单元104、第一判断单元105和第一处理单元106。第一采集单元101输出接第一计算单元103的输入,第一计算单元103的输出接第二计算单元104,的一输入,同时第二采集单102的输出也接第二计算单元104另一输入,第二计算单元104输出依次串接第一判断单元105和第一处理单元106。
本装置的实际构成如图4所示,它包括:计算机401、试压数据自动控制采集装置402、注水泵403、流量计404、压力传感器405、温度传感器406、清管器收发装置407,另还包括储水罐和蓄水池。试压数据自动控制采集装置402与计算机401连接,流量计404、压力传感器405的输出与试压数据自动控制采集装置402的输入连接,多个温度传感器406通过无线通信与试压数据自动控制采集装置402的输入连接,注水泵403和清管器收发装置407的输入与试压数据自动控制采集装置402的输出连接;注水泵403与连有蓄水池的储水罐连接。
其中:
计算机401选用工控机:industrial computer 610;
试压数据自动控制采集402选用DH3816静态应变测试系统、SJC002-2数据处理卡、PCL-818HG A/D板等;
控制注水泵403选用试验泵2D1-SY113/63;
流量计404选用TDF 15A 160BL1B;
压力传感器405选用YB15A1,0.1级,0-45Mpa;
清管器收发装置407用试验站内已有的设备。
而本实施例中存储单元、显示单元和打印单元均集成在计算机401中,通过计算机401实时显示、存储、打印与采集时间对应的压力值、与采集时间对应的温度值、流量值、以及与容积变化量对应的压力值。
控制单元的电原理图如图5所示。试压数据自动控制采集装置402的硬件控制单元主要由芯片LM3109、LM3310和LM3312构成。芯片LM3109的Q0、Q1、Q2、Q3端与L端之间分别接DS2、DS3、DS4、OUT插座,CCM与N端连接后及L端分别接DC/DC的N端和L端,该N端和L端之间还并接有DS1和通过开关S1接AC220V插座,10端和11端各经开关S2和S3后共同接GND端以及LM3310和LM3312的GND端,CCM端接+24V后接LM3310和LM3312的+24V;LM3310的10_、11_、12_、13_端相连后接DC/DC的GND端,而10+、11+、12+、13+端与插座13、12、11、10相接;LM3312的10_与10+、11_与11+、12_与12+、13_与13+分别接至RES3、RES2、RES1、RES0。
芯片LM3109是具有24通道数字量输入、16通道数字量输出的CPU模块,用于与计算机401通讯,采集压力和流量信号,数据处理以及压力容积控制的实现,芯片LM3109的输出口用于控制抽水泵103的启/停,报警和注水指示显示。芯片LM3310是具有4通道模拟量的输入模块,主要用于采集端口I0-I3输入的压力和流量信号。芯片LM3312是具有4通道模拟量的输入模块,主要用于采集端口RES0-RES3输入的流量信号。在图5中,直流开关电源(输入为220V交流,输出为+24V直流)是芯片LM3310和LM312的电源,可减少对CPU模块LM3109的干扰。
试压数据自动控制采集装置402根据计算机401配置的参数,开启注水泵403,对管道进行注水加压。流量计404、压力传感器405和流量传感器406分别检测管道中水的注入体积、压力以及温度,并将检测的注入体积、压力和温度传输给试压数据自动控制采集装置402。试压数据自动控制采集装置402根据采集的注入体积计算管道中水的容积,当管道中水的容积等于管道容积时,试压数据自动控制采集装置402关闭注水泵403,当稳压时间结束时,试压控制装置402开启注水泵403,继续对管道进行注水加压。试压数据自动控制采集装置402根据管道中水的压力和水的容积,计算管道的压力容积曲线的标准斜率和割线斜率,当割线斜率与标准斜率的斜率偏移量大于2%时,试压数据自动控制采集装置402关闭注水泵403,停止管道的强度试压。
在管道强度试压过程中,试压数据自动控制采集装置402还将注入体积、压力温度、容积等参数传输给计算机401,由计算机401实时压力时间曲线、温度时间曲线、流量时间曲线以及压力容积曲线,并将压力时间曲线、温度时间曲线、流量时间曲线以及压力容积曲线对应的压力时间变化关系、温度时间变化关系、流量时间变化关系以及压力容积变化关系进行存储及打印。
当管道强度试压结束后,试压数据自动控制采集装置402根据压力传感器405检测的压力数据以及预设的试压时间(譬如24小时),监测预定的试压时间内的管道压力是否稳定,若管道压力在试压时间内减小,则表示管道存在泄漏点;如果管道压力在试压时间内保持稳定,则表示管道没有泄漏点,严密性试压成功,整个管道的试压检验成功。
本实施例中,稳压状态是指将管道注满试压介质后,在设定的稳压时间内停止对管道注入试压介质时管道的状态为稳压状态。本领域技术人员公知的是,为缩短强度试压时间,需要先将管道注满试压介质后,再继续向管道注入试压介质(如通过高压水泵向管道继续注水),通过控制注入管道的试压介质的压力,对管道进行强度试压。
对注满试压介质的管道继续注入试压介质时,管道的压力容积曲线会逐渐由线性状态转变为非线性阶段。在本实施例中,当试压压力低于0.72SMYS(规定的最低屈服强度)时,压力容积图中线性变形阶段的斜率为试压控制采用的标准值E1,预设值为压力容积图割线斜率与标准斜率的最大漂移量d。试压介质的压力变化量与容积变化量的比值为压力容积图的割线斜率,在本例实施中,割线斜率E2=E1(1-d)。
因此,在压力容积图上便可确定一条从坐标原点开始,斜率为E2的直线。当管道内可能含有空气,在压力容积图在初始试压阶段,压力与容积变化的线性不明显时,采用求标准值E1的曲线与压力坐标轴(Y轴)的交点作为割线的原点。随着试压压力的增加,该直线必定与管道实际的压力容积曲线相交,当试压压力达到此交点后将立即停止试压。图2所示为X70钢管的压力容积曲线。
从本实施例中发现,在进行管道强度试压时,即使管道的压力容积曲线进入非线性阶段后,只要压力容积曲线的割线斜率与标准斜率的偏移量(割线斜率与标准斜率的差)不大于2%,如表1所示。虽然,管道试压压力超过了规定的最低屈服强度(SMYS),但是,并没有超过管道材料的实际屈服强度。
表1
本实施例利用压力容积曲线的割线斜率与标准斜率的偏移量,控制管道强度试压阶段的管道试压压力时,即使在压力容积曲线刚进入非线性阶段时,只要压力容积曲线的割线斜率与标准斜率的偏移量不大于0.02(2%),则继续增加管道的试压压力,使管道强度试压阶段检测使管道压力更加接近管道的最高试压压力。同时,能够在最接近管道设计运行压力的状态下,进行管道严密性试压。
本实施例在对管道进行试压时,如图3所示,是按下述方法进行的:
步骤301,根据预设的采集时间,采集试压介质在某一时刻的流量和压力;
步骤302,根据采集的流量计算试压介质在该时刻的容积;
步骤303,根据计算的容积和采集的压力,计算该时刻对应的试压介质的压力变化量与容积变化量的比值;其中,压力变化量等于试压介质在该时刻的压力与试压介质在稳压状态的压力的差,容积变化量等于试压介质在该时刻的容积与试压介质在稳压状态下的容积的差;
步骤304,判断比值与标准值的差是否大于预设值,若判断结果为是,则进入步骤305;
步骤305,停止向管道注入试压介质。
本实施例中,稳压状态是指将管道注满试压介质后,在设定的稳压时间内停止对管道注入试压介质时管道的状态为稳压状态。本领域技术人员公知的是,为缩短强度试压时间,需要先将管道注满试压介质后,再继续向管道注入试压介质(如通过高压水泵向管道继续注水),通过控制注入管道的试压介质的压力,对管道进行强度试压。
在本实施例中,试压介质的压力变化量与容积变化量的比值为压力容积图的割线斜率,标准值为压力容积图的标准斜率,预设值为压力容积图割线斜率与标准斜率的最大漂移量,该最大漂移量等于0.02(2%)。
在本实施例的步骤302之前,还可根据预设的采集时间,采集试压介质在该时刻的温度。在本实施例的步骤304之前,还可根据采集时间、采集的试压介质压力、试压介质流量、计算的试压介质的容积,实时显示压力时间变化曲线、温度时间变化曲线、注入的试压介质的实际流量值以及压力容积变化曲线,以及存储与采集时间对应的压力值、与采集时间对应温度值,与所述采集时间对应的流量以及与容积变化量对应的压力值。在本实施例的步骤305之后,可对管道进行严密性测试。严密性测试的方法与现有技术相同,即判断采集的压力在预设时间内是否减小,若判断结果为采集的压力在预设的试压时间内减小,则管道的严密性试压失败,若判断结果为否,则管道的严密性试压成功。
本实施例的有益效果在于,利用压力容积曲线的割线斜率与标准斜率的偏移量,控制管道强度试压阶段的管道试压压力时,即使在压力容积曲线刚进入非线性阶段时,只要压力容积曲线的割线斜率与标准斜率的偏移量不大于2%,则继续增加管道的试压压力,使管道强度试压阶段检测使管道压力更加接近管道的最高试压压力。同时,能够在最接近管道设计运行压力的状态下,进行管道严密性试压。
本实施例经多次现场试验,证明它是一种使强度试压阶段的管道压力更接近管道的实际最高试压压力,使管道试压压力在超过了规定的最低屈服强度(SMYS)状态下,不会超过管道材料的实际屈服强度的管道试压装置。
Claims (2)
1.一种管道试压装置,其特征是它包括:计算机(401)、试压数据自动控制采集装置(402)、注水泵(403)、流量计(404)、压力传感器(405)、温度传感器(406)、清管器收发装置(407)、储水罐(408)和蓄水池(409);试压数据自动控制采集装置(402)与计算机(401)连接,流量计(404)、压力传感器(405)的输出与试压数据自动控制采集装置(402)的输入连接,多个温度传感器(406)通过无线通信与试压数据自动控制采集装置(402)的输入连接,注水泵(403)和清管器收发装置(407)的输入与试压数据自动控制采集装置(402)的输出连接;注水泵(403)与连有蓄水池(409)的储水罐(408)连接;
试压数据自动控制采集装置(402)根据计算机(401)配置的参数,开启注水泵(403),对管道进行注水加压;流量计(404)、压力传感器(405)和温度传感器(406)分别检测管道中水的注入体积、压力以及温度,并将检测的注入体积、压力和温度信号传输给试压数据自动控制采集装置(402);试压数据自动控制采集装置(402)根据采集的注入体积计算管道中水的容积,当管道中水的容积等于管道容积时,试压数据自动控制采集装置(402)关闭注水泵(403),当稳压时间结束时,试压数据自动控制采集装置(402)开启注水泵(403),继续对管道进行注水加压;试压数据自动控制采集装置(402)根据管道中水的压力和水的容积,计算管道的压力容积曲线的标准斜率和割线斜率,当割线斜率与标准斜率的斜率偏移量大于2%时,试压数据自动控制采集装置(402)关闭注水泵(403),停止管道的强度试压,并由计算机(401)进行存储及打印。
2.根据权利要求1所述的一种管道试压装置,其特征是试压数据自动控制采集装置(402)的控制单元主要由芯片LM3109、LM3310和LM3312构成;芯片LM3109的Q0、Q1、Q2、Q3端与L端之间分别接DS2、DS3、DS4、OUT插座,一个COM端与N端连接后接DC/DC的L端,L端接DC/DC的N端,芯片LM3109的N端和L端之间还并接有DS1,且并接开关S1后接AC220V插座,10端和11端各经开关S2和S3后共同接GND端以及LM3310和LM3312的GND端,另一个COM端接+24V后接LM3310和LM3312的+24V;LM3310的10_、11_、12_、13_端相连后接DC/DC的GND端,而10+、11+、12+、13+端与插座13、12、11、10相接;LM3312的10_与10+、11_与11+、12_与12+、13_与13+分别接至RES3、RES2、RES1、RES0。
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