NO161464B - Fremgangsmaate og apparat for inspeksjon av en roerledning. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte og et apparat for inspeksjon av rørledninger for derved å oppnå infor-masjon om deres innhold.

Denne inspeksjon er særlig anvendbar ved undersøkelse av rør-ledninger som fører både gass og væske, hvor arten av fluid-strømningen avhenger av de respektive strømningsmengder av de to komponenter, alt fra små gassbobler fordelt i væsken til et tynt omkretssjikt av væske langs rørledningens vegg.

Ved foreliggende oppfinnelse er det frembragt en fremgangsmåte for inspeksjon av en rørledning som fører en væske, med det formål å fastlegge arten av dens innhold, idet frem-gangsmåten går ut på å måle den midlere densitet langs minst en korde tvers over rørledningen, samt å måle fordelingen av væske rundt rørledningens omkrets.

Den midlere densitet måles for.trinnsvis langs flere korder over rørledningen, og kan fastlegges ut i fra svekningen av gammastråler, røntgenstråler eller nøytroner.

Omkretsfordelingen av væske fastlegges fortrinnsvis ved å fastlegge nærvær eller fravær av væske på et antall steder rundt rørledningens omkrets. Dette kan oppnås ved anvendelse av ultrasoniske bølger, nemlig enten ved å bringe ultrasoniske trykkbølger til forplantning gjennom rørledningens vegg og bestemme amplityden av den reflekterte bølge fra rørvegg-ens innside, eller ved å bringe ultrasoniske platebølger til forplantning fra en sender langs et avsnitt av rørveggen, i omkretsretningen eller aksialt, idet amplityden bestemmes av den bølge som mottas av en mottager anbragt i avstand fra senderen.

Foreliggende oppfinnelse omfatter også et apparat for utfør-else av denne fremgangsmåte for inspeksjon.

Oppfinnelsen vil nå bli nærmere beskrevet ved hjelp av utfør-elseseksempler og under henvisning til de vedføyde tegninger, hvorpå: Figurene la til viser skjematisk strømningsmønsteret som

ld kan opptre i en vertikal rørledning.

Figur 2 viser grafisk de strømningshastigheter for gass og væske hvor de angitte strømnings-mønstere i figurene la_ til ld kan opptre. Figurene 3a til viser skjematisk strømningsmønsteret som kan

3f_ opptre i et horisontalt rør.

Figur 4 viser grafisk de strømningshastigheter for gass og væske hvor strømningsmønstrene i figurene 3a_ til 3f_ kan opptre. Figur 5 viser skjematisk et apparat for inspeksjon

av en rørledning.

Når en blanding av gass og væske strømmer i en rørledning kan de to faser danne et stort antall forskjellige strømnings-mønstre, og det spesielle mønster som opptrer vil være av-hengig av de fysiske egenskaper av vedkommende væske og gass, rørledningens dimensjoner og mengdestrømmen av de to faser. Sådanne strømningsmønstre er f.eks. beskrevet i en artikkel av Y. Taitel og A.E. Dukler i A.I.Ch.E. Journal, bind 22, nr. 1 (janauar 1976) samt i en artikkel av Y. Taitel, A.E. Dukler og D. Bornea i A.I.Ch.E. Journal, bind 26, nr. 3 (mai 1980).

Det skal nå henvises til figurene la_ til ld, hvor typiske strømningsmønstre er vist for det tilfellet gass og væske strømmer oppover i en vertikal rørledning. Figur la_ viser "boblestrømning", hvor gassfasen er fordelt som innbyrdes adskilte bobler i en kontinuerlig væskefase. Figur lb viser "pluggstrømning", hvor størstedelen av gassen danner store pluggformede bobler nesten så brede som rørledningen. Mellom disse store bobler og veggen foreligger en tynn væskefilm som faller nedover. Figur l£ viser "kjernestrømning", hvor strømningen er meget mer kaotisk og deler av væskefasen veks-ler i strømningsretning og kjernes rundt. Figur ld viser "ringstrømning", som er kjennetegnet ved kontinuerlig gass-fase langs rørledningens midtområde, mens væskefasen danner en tynn film langs rørveggen med en bølget overflate. Deler av væskefasen kan foreligge i form av dråper som trekkes med gassen, og under visse forhold kan disse danne lange skum-bunter.

Det skal nå henvises til figur 2, som viser grafisk de mengdestrømmer hvor de forskjellige strømningsmønstre i figur 1 kan opptre, idet aksene i den grafiske fremstilling angir henholdsvis væskens overflatehastighet (V Li) og gassens overf latehastighet (Vq), mens bokstavene a_ til d tilsvarer strømningsmønstrene i henholdsvis figurene la_ til ld (se hen-visningen fra mai 1980 ovenfor). Overflatehastigheten tilsvarer volumstrømmen dividert med rørledningens tverrsnitts-flate.

Det skal nå henvises til figurene 3a_ til 3f_, hvor typiske strømningsmønstre er vist for en horisontal rørledning, mens figur 4 angir grafisk de respektive overflatehastigheter V og V„ hvor de angitte strømningsmønstre i figur 3 kan opptre (se referansen fra januar 1976 ovenfor). Bokstavene A til F i Figur 4 tilsvarer de respektive strømningsmønstre i figurene 3a_ til 3f_. Figur 3a_ viser "boblestrømning" tilsvarende den strømning som er angitt i figur la_, bortsett fra at gassboblene her har en tendens til å strømme i den øvre del av rørledningen. Figur 3b viser "pluggstrømning" av samme art som angitt i Figur 3b. Figur 3c viser "sjiktstrømning", hvor væske- og gassfasene er fullstendig adskilt og grense-snittet er glatt. Ved høyere gasshastigheter begynner bølger å dannes på væskeoverfla ten, således at det opptrer "bølge-strømning" slik som vist i Figur 3d, mens ved enda høyere gasshastigheter noen av bølgene blir tilstrekkelig store til å nå toppen av rørledningen, slik at det dannes "klumpstrøm-ning" slik som angitt i Figur 3e_. Disse store bølger eller klumper er ofte skummet og beveger seg sammen med gassen med høy hastighet. Figur 3f_ viser "ringstrømning", som opptrer ved enda høyere gasshastigheter og som tilsvarer det angitte strømningsmønster i Figur ld_, bare med den forskjell at væskefilmen har en tendens til å være tykkere på bunnen av rørledningen enn på toppen.

De ovenfor beskrevne strømningsmønstre er hittil hovedsakelig vært studert ved anvendelse av optisk teknikk i gjennom-siktige rørledninger. Sådan teknikk er imidlertid åpenbart ikke anvendbar på praktiske rørledninger, som f.eks. fører blandinger av olje og naturgass, idet rørledningene er av stål med en veggtykkelse over 10 mm.

Det skal nå henvises til Figur 5, som viser et apparat 10 for å fastlegge arten av den foreliggende strømning inne i en rørledning 12, som er vist i tverrsnitt. Apparatet 13 omfatter en kilde 14 for gammastråler og anordnet for å bringe tre bunter av sådanne stråler til å trenge gjennom rørledningen 12 langs hver sin korde (vist som brutte linjer), mens tre gammastråledetektorer 16 er anordnet for å motta strålene etter deres passasje gjennom rørledningen 12. Apparatet 10 omfatter også fire ultrasoniske sendere 18 og fire ultrasoniske mottagere 20 montert på utsiden av rørledningen 12 og med samme innbyrdes avstand rundt dens omkrets, idet hver mottager 20 er anordnet midtveis mellom de to nærmeste sendere 18. I drift avgir hver sender 18 ultrasoniske plate-bølger (tilsvarende en Lamb-bølge) som vandrer i begge ret-ninger rundt veggen av rørledningen 12, for å detekteres av de nærmeste mottagere 20. Hvis et væskesjikt av tykkelse større enn noen få millimeter foreligger på vedkommende avsnitt av rørveggen som platebølgene forplantes gjennom, vil det opptre en modusforandring av bølgene, idet trykkbølger frembringes i væsken og platebølgenes amplityde avtar til 0 innenfor en forplatningsavstand på noen få bølgelengder.

I drift av apparatet 10 frembringer gammastrålekilden 14 uav-brutt tre strålebunter, og hver av de tre detektorer 16 gir en kontinuerlig anvisning av absorpsjonsgraden langs de respektive korder, og således også av den midlere tetthet (eller tomromsandel) av rørledningens innhold langs vedkommende korde. Diametrale par av senderne 18 eksiteres vekselvis, og amplityden av de signaler som påvises av mottagerne 20 angir da nærvær eller fravær av væskesjikt på vedkommende avsnitt av rørledningens vegg mellom senderen 18 og mottageren 20. Vurdering av de anvisninger som gis av gammastråledetektorene 16 samt de som avgis fra de ultrasoniske mottagere 20 gjør det så mulig å utlede fordelingen av væske og gass inne i rørledningen 12, samt dens tidsvariasjoner, således at arten av det foreliggende strømningsmønster kan fastlegges. Apparatet 10 påvirker ikke strømningsmønsteret og krever ingen modifikasjon av selve rørledningen 12, således at det uten videre kan anvendes på praktiske rørledninger.

Det vil forstås at antallet korder som absorpsjonsgraden måles langs, kan være færre eller fler enn tre, samt at ori-enteringen av kordene kan være forskjellig fra den som er vist i figuren, og at gammastrålekilden 14 kan erstattes med en kilde for røntgenstråler eller nøytroner, idet detektorene 16 forandres tilsvarende.

Det vil videre forstås at antallet ultrasoniske sendere 18 og mottagere 20 kan avvike fra det som er beskrevet ovenfor, og at senderne 18 kan være anordnet for å bringe platebølgene til forplatning i rørledningens lengderetning i stedet for langs dens omkrets, idet mottagerne 20 plasseres tilsvarende.

En modifikasjon av apparatet 10 omfatter to sett sendere 18 og mottagere 20 i innbyrdes avstand langs rørledningen 12. Samordning av de anvisninger som frembringes av de to sett gjør det mulig å fastlegge bevegelsestakten, f.eks. for en væskeplugg langs rørledningen.

Claims (6)

1. Fremgangsmåte for inspeksjon av en rørledning (12) som fører en væske med det formål å fastlegge ledningens innhold, karakterisert ved at den midlere densitet måles langs minst en korde tvers over rørledningen, og også fordelingen av væske rundt rørledningens omkrets bestemmes.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at den midlere densitet måles langs flere korder tvers over rørledningen.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at væskefordelingen rundt ledningens omkrets bestemmes ved å fastlegge nærvær eller fravær av væske på flere steder rundt rørledningens omkrets.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 3, karakterisert ved at omkretsfordelingen bestemmes ved å bringe ultrasoniske trykkbølger til forplantning gjennom rørledningens vegg og bestemme amplityden av den reflekterte bølge fra veggens innside.

5. Fremgansmåte som angitt i krav 3, karakterisert ved at omkretsfordelingen bestemmes ved å bringe ultrasoniske platebølger til å vandre fra en sender (18) langs et avsnitt av rørvegggen, mens amplityden bestemmes av den mottatte bølge i en mottager (20) i avstand fra senderen.

6. Apparat for inspeksjon av en rørledning (12) som fører en væske med det formål å fastlegge rørledningens innhold, karakterisert ved at apparatet omfatter utstyr (14, 16) for å måle den midlere densitet langs minst en korde tvers over rørledningen, samt utstyr (18, 20) for å bestemme fordelingen av væske rundt rørledningens omkrets.