RU2854501C1 - Способ определения объема отложений в трубопроводе - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области обслуживания и эксплуатации наружных магистральных и распределительных трубопроводов круглого сечения. Может применяться в теплоснабжении, водоснабжении (наружных сетях) и нефтеснабжении для определения фактических размеров проходного (живого) сечения трубопровода при условиях эксплуатации. Способ определения объема отложений в трубопроводе основан на зависимости изменения объема капельной жидкости, находящейся в ограниченном пространстве, от изменения статического давления. Из трубопровода, отключенного с обеих сторон, предварительно удаляют воздух. Далее манометром измеряют начальное избыточное статическое давление капельной жидкости. Из закрытого резервуара насосом дополнительно подают в трубопровод известный объем капельной жидкости, после чего манометром и термометром измеряют соответственно конечное избыточное статическое давление и температуру капельной жидкости. Объем отложений в трубопроводе определяют по уравнению. Техническим результатом изобретения является повышение точности и надежности определения объема отложений на внутренней поверхности трубопровода с помощью устройств, предназначенных для измерения избыточного статического давления (манометра) и температуры (термометра) капельной жидкости. 1 ил.

Description

Изобретение относится к области обслуживания и эксплуатации наружных магистральных и распределительных трубопроводов круглого сечения. Может применяться в теплоснабжении, водоснабжении (наружных сетях) и нефтеснабжении для определения фактических размеров проходного (живого) сечения трубопровода при условиях эксплуатации.

Известен способ определения объема отложений в трубопроводе, основанный на использовании обратной зависимости между скоростью движения потока жидкости в трубопроводе и площадью его проходного сечения (RU № 2445545, МПК F17D 3/00, опубл. 20.03.2012 г.). С помощью переносного ультразвукового расходомера в заданных точках, равномерно расположенных по длине трубопровода, измеряют скорость движения потока и объемный расход жидкости, который имеет постоянное значение. По результатам технических измерений объем отложений в трубопроводе определяют по уравнению (приведены оригинальные обозначения и авторские пояснения физических величин):

, , (1)

где - длина трубопровода, ;

- внутренний диаметр чистого трубопровода, ;

- постоянный расход по трубопроводу, ;

- скорость движения потока жидкости в i-ой точке измерения, ;

- количество точек измерения скорости движения жидкости по трубопроводу.

Недостатком данного способа является необходимость проведения многократных измерений скорости движения потока жидкости в различных точках трубопровода, количество которых не регламентировано. Для измерений скорости движения потока и объемного расхода жидкости требуется переносной расходомер. Результаты технических измерений имеют приближенные значения, так как движение потока жидкости в напорном трубопроводе, как правило, турбулентное, а скорость движения потока жидкости изменяется по сечению трубопровода.

Наиболее близким к заявленному изобретению является способ определения объема отложений в трубопроводе, заключающийся в установке двух датчиков давления соответственно в начале и в конце трубопровода с целью определения потерь давления на трение (RU № 2816953, МПК F17D 3/00, опубл. 08.04.2024 г. ). В перекрытый с одной стороны трубопровод передвижным насосным агрегатом закачивают высоковязкую жидкостью. Вязкость закачанной жидкости отличается от вязкости жидкости в трубопроводе с постоянным объемным расходом при турбулентном режиме течения. Далее фиксируют время заполнения полости трубопровода между датчиками давления закачиваемой жидкостью. Объем отложений в трубопроводе определяют по уравнению (приведены оригинальные обозначения и авторские пояснения физических величин):

, , (2)

где - средний по длине внутренний диаметр трубопровода, ;

- длина трубопровода, ;

- закачанный объем высоковязкой жидкости в трубопровод, , численно равный произведению объемного расхода жидкости на время заполнения пространства трубопровода между датчиками давления.

Недостатком данного способа является необходимость использования высоковязкой жидкости, которая отличается по своим физическим свойствам от жидкости, движущейся в трубопроводе. Для регистрации потерь давления на участке трубопровода необходима установка двух датчиков давления соответственно в начальной и конечной точках трубопровода, которые могут быть расположены на удаленном расстоянии друг от друга. При значительном объеме закачанной высоковязкой жидкости для больших диаметров и длин трубопроводов требуются насосные агрегаты высокой производительности. Технически сложным является обеспечение полного равенства объемных расходов высоковязкой жидкости и жидкости, движущейся в трубопроводе, которое бы исключало возможные диффузионные процессы между двумя различными веществами.

Техническим результатом изобретения является повышение точности и надежности определения объема отложений на внутренней поверхности трубопровода с помощью устройств, предназначенных для измерения избыточного статического давления (манометра) и температуры (термометра) капельной жидкости.

Технический результат достигается тем, что перекрывают трубопровод с отложениями на внутренней поверхности и капельной жидкостью с обеих сторон отключающими устройствами, предварительно удалив из него воздух, измеряют начальное избыточное статическое давление капельной жидкости в трубопроводе, подают из закрытого резервуара в трубопровод дополнительный объем капельной жидкости известной величины, измеряют конечное избыточное статическое давление и температуру капельной жидкости в трубопроводе, определяют объем отложений на внутренней поверхности трубопровода по уравнению:

, , (3)

где - внутренний диаметр трубопровода без отложений, ;

- длина трубопровода, ;

- объемный модуль упругости капельной жидкости при средней величине измеряемого избыточного статического давления и температуре в трубопроводе, ;

- дополнительный объем капельной жидкости, подаваемой из закрытого резервуара насосом в трубопровод, ;

и - соответственно начальное и конечное избыточное статическое давление капельной жидкости в трубопроводе, ;

- температура капельной жидкости в трубопроводе, .

Изобретение поясняется графически (фиг. 1). На фигуре 1 изображен продольный разрез трубопровода круглого сечения с отложениями на внутренней поверхности и капельной жидкостью, где 1 - трубопровод; 2 - отложения; 3 - капельная жидкость; 4 - отключающие устройства; 5 - штуцер; 6 - манометр; 7 - термометр; 8 - закрытый резервуар; 9 - питательный трубопровод; 10 - насос; - внутренний диаметр трубопровода 1 без отложений 2; - длина трубопровода 1; - объем капельной жидкости 3 в закрытом резервуаре 8; - избыточное статическое давление капельной жидкости 3 в трубопроводе 1 в i-ый момент проведения технических измерений при ; - температура капельной жидкости 3 в трубопроводе 1.

Трубопровод 1 с отложениями 2 на внутренней поверхности и капельной жидкостью 3 перекрыт с обеих сторон отключающими устройствами 4. Внутренний диаметр и длина трубопровода 1 без отложений 2 соответственно равны и . В верхней части трубопровода 1 расположены штуцер 5 для спуска воздуха с отключающим устройством 4, манометр 6 для измерения избыточного статического давления при и термометр 7 для измерения температуры капельной жидкости 3. Закрытый резервуар 8 с капельной жидкостью 3 объемом подключен к трубопроводу 1 с помощью питательного трубопровода 9, на котором установлен насос 10 и расположено отключающее устройство 4.

Объем отложений в трубопроводе определяют в следующей последовательности (фигура 1):

1. Трубопровод 1 с внутренним диаметром и длиной , имеющий отложения 2 на внутренней поверхности и капельную жидкость 3, перекрывают с обеих сторон отключающими устройствами 4.

2. На секционированном участке из трубопровода 1 удаляют воздух в окружающую среду через штуцер 5. После стравливания воздуха из трубопровода 1 в окружающую среду штуцер 5 перекрывают с помощью отключающего устройства 4.

3. С помощью манометра 6 измеряют начальное избыточное статическое давление капельной жидкости 3 в трубопроводе 1.

4. Из закрытого резервуара 8 по питательному трубопроводу 9 с помощью насоса 10 дополнительно подают в трубопровод 1 капельную жидкость 3 объемом . После опорожнения закрытого резервуара 8 питательный трубопровод 9 перекрывают с помощью отключающего устройства 4.

5. В результате подачи капельной жидкости 3 объемом из закрытого резервуара 8 в трубопровод 1 избыточное статическое давление капельной жидкости 3 в трубопроводе 1 закономерно увеличится. С помощью манометра 6 и термометра 7 измеряют соответственно конечное избыточное статическое давление и температуру капельной жидкости 3 в трубопроводе 1.

Пример конкретной реализации способа.

Определим объем отложений на внутренней поверхности подающего трубопровода системы централизованного теплоснабжения.

Исходные данные в соответствии с уравнением (3) следующие:

1. Внутренний диаметр трубопровода ().

2. Общая длина секционированного участка .

3. Капельная жидкость - вода.

4. Начальное избыточное статическое давление воды в трубопроводе по показанию манометра ().

5. Дополнительный объем воды, подаваемой в трубопровод из закрытого резервуара, составил ().

6. Конечное избыточное статическое давление воды в трубопроводе по показанию манометра ().

7. Температура воды в трубопроводе по показанию термометра .

8. При параметрах воды в трубопроводе , и средний объемный модуль упругости воды, согласно справочным данным, равен ().

С учетом исходных данных объем отложений на внутренней поверхности трубопровода по уравнению (3) составил:

.

При номинальном внутреннем объеме подающего трубопровода системы централизованного теплоснабжения ( и ), равном , фактический внутренний диаметр трубопровода составит (фактический внутренний объем трубопровода ). При этих условиях средняя толщина отложений по длине трубопровода равна .

Предлагаемый способ имеет следующие достоинства:

1. Не требует переносного измерительного оборудования. Для его реализации необходимы два измерительных прибора: манометр и термометр. Данные средства измерения (или закладные для них конструкции) могут находиться непосредственно на трубопроводе в течение всего периода эксплуатации.

2. Капельная жидкость в трубопроводе полностью соответствует капельной жидкости, дополнительно подаваемой в трубопровод из закрытого резервуара. Поэтому он не требует наличия высоковязких жидкостей (например, водного раствора полиакриламида) и может широко применяться для определения объема отложений в трубопроводе, где рабочей средой является вода или нефть.

3. Основан на известном физическом законе, справедливом для всех видов капельных жидкостей: относительное уменьшение объема капельной жидкости прямо пропорционально увеличению давления сжатия.

4. Объемный модуль упругости капельной жидкости, как и обратная ему величина - коэффициент объемного сжатия, практически остаются постоянными величинами при изменении давления или температуры. Поэтому при его реализации допускается принимать объемный модуль упругости капельной жидкости постоянным для широкого диапазона значений давления и температуры.θ

Claims (1)

1. Способ определения объема отложений в трубопроводе, включающий закачку жидкости насосным агрегатом в трубопровод с известными внутренним диаметром и длиной, измерение давления закачанной жидкости в трубопроводе датчиками давления, отличающийся тем, что перед подачей капельной жидкости в трубопровод секционированный участок перекрывают с обеих сторон отключающими устройствами, предварительно удалив из него воздух, манометром измеряют избыточное статическое давление капельной жидкости в трубопроводе до и после подачи дополнительного объема капельной жидкости из закрытого резервуара, термометром измеряют температуру капельной жидкости в трубопроводе, объем отложений в трубопроводе определяют по уравнению:

   , ,

   где - внутренний диаметр трубопровода без отложений, ;

   - длина трубопровода, ;

   - объемный модуль упругости капельной жидкости при средней величине измеряемого избыточного статического давления и температуре в трубопроводе, ;

   - дополнительный объем капельной жидкости, подаваемой из закрытого резервуара насосом в трубопровод, ;

   и - соответственно начальное и конечное избыточное статическое давление капельной жидкости в трубопроводе, ;

   - температура капельной жидкости в трубопроводе, .