Патент на изобретение №2296310

(54) СПОСОБ ИСПЫТАНИЙ ТРУБОПРОВОДА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к испытаниям на прочность участков трубопроводов, и может быть использовано при испытаниях трубопроводов. Способ заключается в моделировании изменения во времени испытательного давления, скорости его подъема, температуры среды в объеме испытываемого трубопровода, дальнейшем сравнении указанных параметров с заданными допусками, рассчитанными с учетом прочности материала труб. По результатам моделирования задают предельные значения параметров регулирования режимов работы перекачивающей установки. В процессе испытаний трубопровода непрерывно регистрируют и контролируют их изменение, управляют работой перекачивающей установки в течение каждого из интервалов времени заполнения и последующего нагнетания среды в испытываемый трубопровод до заданных предельных значений испытательного давления. Устройство включает испытываемый трубопровод, расходомер, перекачивающую установку со всасывающим и нагнетательным трубопроводами, каналы измерения давления, температуры среды в трубопроводе, а также давлений всасывания, нагнетания и скорости вращения вала привода перекачивающей установки, имитатор нагрузки трубопровода давлением и электронные блоки: хранения информации, вычисления параметров испытаний, формирования управляющих команд и блок диагностирования и управления, связанный с исполнительными механизмами, управляющими режимами испытаний трубопровода. Технический результат заключается в повышении точности, увеличении надежности испытаний, исключая риск превышения предельного давления и разрыва трубопровода при его испытании. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

(56) (продолжение):

CLASS=”b560m”испытания ВСН 0011-88, Москва, 1990, стр.26-32. SU 1570466 А1, 15.03.1994. SU 1226099 А1, 23.04.1986.

Изобретение относится к транспорту газа, нефти, нефтепродуктов по магистральным газопроводам и нефтепродуктопроводам и может быть использовано при вводе в эксплуатацию новых трубопроводов и при реабилитации действующих.

Процесс сооружения новых и реабилитация старых трубопроводов включает в себя обязательные предпусковые испытания, так как заводские испытания отдельных труб не могут выявить все дефекты, которые проявляются во время эксплуатации и могут привести к разрушению трубопровода. Таким образом, в результате испытаний трубопровода выявляются не только технологические заводские дефекты, но и дефекты, возникающие в процессе транспортировки и складирования труб, производства сварочно-монтажных и изоляционно-укладочных работ.

Известен способ испытаний магистральных трубопроводов, включающий заполнение испытываемого участка до давления, равного давлению природного газа в действующем трубопроводе, подъем давления в объеме испытываемого участка трубопровода до испытательного давления путем закачки воды в полость трубопровода, выдержку и сброс давления и контроль за изменением давления объема и температуры закачиваемой воды в процессе испытаний [1].

Недостаток этого способа заключается в отсутствии возможности контроля параметров испытаний в режиме реального времени с целью сопоставления контролируемых параметров установленным допускам по условиям прочности материала труб, что не позволяет в процессе испытаний устанавливать параметры нагружения трубопровода с требуемой точностью. Например, скорость подъема давления в верхних пределах (более 80% от испытательного давления) не должна превышать 4% в минуту от максимального испытательного давления, для чего требуется регистрировать давление и объем нагнетаемой в трубопровод среды через каждые 7 секунд. Кроме того, указанный выше способ не позволяет исключить стресс-коррозионные разрушения металла трубопроводов в процессе их эксплуатации, а при использовании эспандированых труб, снижающих стресс-коррозионные разрушения, данный способ не применим, так как при испытании давление не доводится до давлений, соответствующих напряжениям растяжения, близким к пределу текучести.

Наиболее близким к предлагаемому способу испытаний трубопровода решением по технической сущности и достигнутому результату является способ испытаний трубопровода [2], основанный на нагнетании среды перекачивающей установкой из источника в испытываемый трубопровод с давлением, равным давлению в источнике, с последующим подъемом давления до заданной величины и регистрацией расхода, температуры, давления среды, причем в качестве среды используют воду или атмосферный воздух.

Указанный способ обеспечивает проведение испытаний при последовательном нагружении трубопровода до давлений, соответствующих напряжениям растяжения 50%, 85% и до 100% предела текучести.

Недостатком такого способа является то, что способ не предусматривает моделирование процесса нагнетания среды в трубопровод с регистрацией изменения во времени испытательного давления в зависимости от объема среды до начала испытаний, для определения рабочих параметров, характеризующих процесс испытаний, а так же соответствующих параметров работы перекачивающей установки с учетом гидравлических характеристик всасывающего, нагнетательного и испытываемого трубопроводов, что не позволяет в процессе испытаний обеспечить требуемую точность регулирования объема закачиваемой среды для поддержания заданных предельных значений испытательного давления.

По этой причине указанный способ испытаний ограничивает геометрический объем испытываемого трубопровода величиной 6000 м³, что, например, эквивалентно участку магистрального газопровода диаметром 1400 мм и длиной 3 км.

Наиболее близким к предлагаемому устройству для осуществления способа испытаний трубопровода по технической сущности и достигнутому результату является устройство для испытаний трубопровода [3], имеющее испытываемый трубопровод, перекачивающую установку со всасывающим, нагнетательным трубопроводами и расходомером, содержащее датчики давлений в конце и начале испытываемого трубопровода, объема нагнетаемой среды, давлений всасывания и нагнетания, частоты вращения вала привода перекачивающей установки, температур стенки трубопровода и грунта на глубине его укладки, регистратор времени, связанные с преобразователями, подсоединенными к логическим устройствам, выполненным в виде генератора тактовых импульсов и аналого-цифрового преобразователя, соединенных с вычислительным блоком, выход которого подключен к блоку диагностирования и управления процессом испытаний трубопровода.

Недостаток указанного устройства заключается в том, что устройство не связано с исполнительными механизмами и не обеспечивает управление работой перекачивающей установки в зависимости от изменения испытательного давления среды из источника в объеме контролируемого участка трубопровода с точностью и допусками, удовлетворяющими требования стресс-теста, что не исключает риск разрыва трубопровода при его испытании под давлением, соответствующим напряжениям, превышающим предел текучести материала труб.

Целью изобретения является повышение точности контроля параметров испытаний и эффективности управления режимами работы перекачивающей установки.

Поставленная цель решена тем, что в способе испытаний трубопровода, основанном на нагнетании среды перекачивающей установкой из источника в испытываемый трубопровод с давлением, равным давлению в источнике, с последующим подъемом давления до заданной величины и регистрацией расхода, температуры, давления среды, согласно изобретению первоначально рассчитывают параметры испытаний трубопровода, моделируют изменение во времени испытательного давления, скорости его подъема, расхода среды, температуры среды в объеме заполняемого средой трубопровода, обеспечивающих стационарность процесса нагружения трубопровода, рассчитывают время прохождения импульса давления при нагружении испытываемого трубопровода, указанные параметры сравнивают с заданными допусками, рассчитанными с учетом прочности материала труб, сварных соединений, и по результатам моделирования устанавливают предельные значения параметров регулирования режимов работы перекачивающей установки с учетом потерь давления во всасывающем, нагнетательном и испытываемом трубопроводах, задают значения рабочих параметров процесса испытаний, непрерывно регистрируют и контролируют их изменение в процессе испытаний, фиксируют появление их пороговых значений, устанавливают соответствующие этим пороговым значениям параметры управления режимами работы перекачивающей установки в течение каждого из интервалов времени заполнения и последующего нагнетания среды в испытываемый трубопровод до заданных предельных значений испытательного давления, выдержки всего объема среды до стабилизации давления и выравнивания температуры по длине трубопровода.

Причем иммитируют нагрузки трубопровода и моделируют параметры испытаний еще до заполнения трубопровода средой, рассчитывают частоту и период прохождения импульсов, пропорциональных расходам среды, иммитируют производительность перекачивающей установки в пределах рабочего регулирования путем генерации указанных выше импульсов от внешнего источника импульсного тока и с учетом паспортного значения константы преобразования импульсного выхода расходомера, в дальнейшем используемого в процессе испытаний, рассчитывают рабочие характеристики испытаний в виде графиков зависимости испытательного давления от объемов среды, нагнетаемой в испытуемый трубопровод, и по заданному алгоритму рассчитывают характеристики работы перекачивающей установки в заданных диапазонах регулирования по производительности и частоте вращения вала привода.

Для осуществления указанного способа испытаний трубопровода предложено устройство, подключенное к испытываемому трубопроводу, перекачивающей установке со всасывающим, нагнетательным трубопроводами и расходомером, содержащее датчики давлений в конце и начале испытываемого трубопровода, объема нагнетаемой среды, давлений всасывания и нагнетания, частоты вращения вала привода перекачивающей установки, температур стенки трубопровода и грунта на глубине его укладки, регистратор времени, связанные с преобразователями, подсоединенными к логическим устройствам, выполненным в виде генератора тактовых импульсов и аналого-цифрового преобразователя, соединенных с вычислительным блоком, выход которого подключен к блоку диагностирования и управления процессом испытаний трубопровода, согласно изобретению устройство дополнительно содержит иммитатор нагрузки трубопровода, блок хранения информации и связанный с ним блок сравнения, вход которого соединен с вычислительным блоком, а выход подключен к блоку диагностирования и управления, а также блок формирования управляющих команд с узлом управления перекачивающей установки, выход которого связан с входом блока диагностирования и управления процессом испытаний трубопровода.

Иммитатор нагрузки трубопровода выполнен в виде генератора электрических импульсов в диапазонах частот и периодов, пропорциональных расходу среды и давлениям в начале и конце испытываемого трубопровода, вход иммитатора подключен к сети постоянного тока, а выход связан с входом соответствующих преобразователей сигналов от датчиков давлений, расхода среды, регистратора времени.

Блок хранения информации содержит группу запоминающих устройств по числу параметров, предельные значения которых ограничивают испытания трубопровода, выходы запоминающих устройств подключены к входу блока сравнения.

Блок сравнения информации включает решающие устройства по числу сопоставляемых параметров и подключенных к логическим устройствам, а также связанные с генератором тактовых импульсов два логических устройства, вход одного из которых соединен с выходом блока хранения информации, вход другого – с выходом вычислительного блока, выход решающих устройств подключен к входу блока диагностирования и управления процессом испытаний трубопровода.

Блок формирования управляющих команд включает решающие устройства по числу управляющих команд «пуск», «рабочий режим», «регулирование», «останов», кран-регулятор, генератор тактовых импульсов и два логических устройства, вход одного из которых соединен с выходом блока диагностирования и управления, а выход – с входами решающих устройств, вход другого логического устройства связан с выходами решающих устройств, а его выходы соединены с краном-регулятором и узлом управления перекачивающей установки, выход крана-регулятора связан с входом узла управления перекачивающей установки, выход которой подключен к входу блока диагностирования и управления технологическим процессом испытаний трубопроводов.

На чертеже схематично представлено предлагаемое устройство для испытаний трубопровода, где 1 – датчик давления в конце трубопровода, 2 – датчик давления в начале трубопровода, 3 – датчик объема нагнетаемой в трубопровод среды, 4 – регистратор времени, 5 – датчик давления всасывания перекачивающей установки, 6 – датчик давления нагнетания перекачивающей установки, 7 – датчик частоты вращения вала привода перекачивающей установки, 8 – датчик температуры стенки трубопровода, 9 – датчик температуры грунта на глубине укладки трубопровода, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 – преобразователи сигналов от соответствующих датчиков 1, 2, 3, 5, 6, 7, 8; 19 – иммитатор нагрузки трубопровода, 20, 21, 22, 23, 24 – логические устройства, 25 – генератор тактовых импульсов, 26 – аналого-цифровой преобразователь, 27 – вычислительный блок, 28 – логическое устройство, 29, 30, 31, 32, 33 – функциональные преобразователи, 34 – логическое устройство, 35, 36, 37, 38, 39, 40 – вычислительные устройства, 41, 42, 43, 44, 45, 46 – запоминающие устройства, 47 – блок сравнения, 48 – логическое устройство, 49, 50, 51, 52, 53 – решающие устройства, 54 – генератор тактовых импульсов, 55 – логическое устройство, 56 – блок хранения информации, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63 – запоминающие устройства, 64 – блок диагностирования и управления, 65 – логическое устройство, 66 – блок формирования управляющих команд, 67, 68, 69, 70 – решающие устройства, 71 – логическое устройство, 72 – генератор тактовых импульсов, 73 – кран-регулятор, 74 – узел управления перекачивающей установки, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106 – каналы передачи информации.

Устройство испытаний трубопроводов содержит группу датчиков 1, 2, 3, 5, 6, 7, 8, 9 соответственно давлений в конце и начале испытуемого трубопровода, объема нагнетаемой среды, давлений всасывания и нагнетания перекачивающей установки, частоты вращения вала привода перекачивающей установки, температур стенки трубопровода и грунта на глубине его укладки и регистратор времени 4, выходы которых соединены с входами соответствующих преобразователей 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, а также устройство содержит иммитатор нагрузки трубопровода 19, выход которого связан с входами преобразователей 10, 11, 12, 13, в которых сигналы преобразуются в стандартную электрическую форму и заданный масштаб.

Выходы преобразователей сигналов 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 и выход с генератора тактовых импульсов 25 соединены с входами логических устройств 20, 21, 22, 23, 24, распределяющих по заданной программе через определенные интервалы времени тактовые импульсы, поступающие от перечисленных выше преобразователей и формируемые генератором тактовых импульсов 25, причем выход преобразователя 10 подключен каналом 75 к входу логического устройства 20, выходы преобразователя 11 подключены каналами 76, 77 к входам логических устройств 20, 21, выходы преобразователя 12 подсоединены каналами 78, 79 соответственно к входам логических устройств 20, 23, выход преобразователя 13 связан каналами 80, 81, 82, 83 соответственно с входами логических устройств 21, 22, 23, 24, выходы преобразователей 14, 15, 16 подсоединены каналами 84, 85, 86 к входу логического устройства 23, а выходы преобразователей 17 и 18 подключены каналами 87, 88 к входу логического устройства 24. Выходы логических устройств 20, 21, 22, 23, 24 связаны общим каналом 89 с входами аналого-цифрового преобразователя 26, а его выход подключен каналом 90 к входу вычислительного блока 27.

Аналого-цифровой преобразователь 26 расшифровывает в заданной форме сигналы входного канала 89 и связан каналом 90 с входом вычислительного блока 27, рассчитывающего приращение параметров как при моделировании нагрузок, так и в процессе испытания трубопровода. Блок 27 содержит логическое устройство 28, функциональные преобразователи 29, 30, 31, 32, 33, логическое устройство 34, вычислительные устройства 35, 36, 37, 38, 39, 40 и запоминающие устройства 41, 42, 43, 44, 45, 46, причем вход блока 27 связан каналом 90 с выходом аналого-цифрового преобразователя 26, а выход блока 27 подключен каналом 91 к входу блока сравнения 47.

Выход логического устройства 28 соединен с входом функциональных преобразователей 29, 30, 31, 32, 33 сигналов об изменении значений объема среды, нагнетаемой в трубопровод, давления, температуры, времени, а также скорости вращения вала привода перекачивающей установки, а выход каждого из преобразователей 29, 30, 31, 32, 33 связан с входом логического устройства 34, преобразующим и распределяющим указанную информацию по решающим устройствам 35, 36, 37, 38, 39, 40, причем выход логического устройства 34 подключен к входу решающих устройств 35, 36, 37, 38, 39, 40.

Каждое из решающих устройств 35, 36, 37, 38, 39, 40 вычисляет по определенной программе и в заданном интервале времени соответственно параметры:

где V – объем нагнетаемой в трубопровод среды;

Р – давление в трубопроводе;

Т – время испытаний;

t – температура стенки трубопровода;

n – частота вращения вала привода перекачивающей установки;

n_ном – номинальное (паспортное) значение n.

Входы решающих устройств 35, 36, 37, 38, 39, 40 соединены с выходом логического устройства 34, выход каждого решающего устройства 35, 36, 37, 38, 39, 40 соединен с входом соответствующего запоминающего устройства 41, 42, 43, 44, 45, 46, а общий выход запоминающих устройств соединен каналом 91 с входом блока сравнения 47.

Блок сравнения 47, сопоставляющий вычисленные и заданные параметры испытаний, содержит два логических устройства 48, 55, генератор тактовых импульсов 54 и решающие устройства 49, 50, 51, 52, 53, причем входы блока сравнения 47 связаны каналом 91 с выходом вычислительного блока 27 и соединены каналом 103 с выходом блока хранения информации, а выход блока сравнения 47 подключен каналом 92 к входу блока диагностирования и управления 64.

Логическое устройство 48 блока сравнения 47, преобразующее информацию об изменении дифференциальных параметров испытаний, сформированных вычислительным блоком 27, выходным каналом 101 связано с решающими устройствами 49, 50, 51, 52, 53, имеющими общий входной канал 100, а входы логического устройства 48 подключены каналами 91, 104 соответственно к выходам вычислительного блока 27 и генератора тактовых импульсов 54.

Логическое устройство 55, преобразующее информацию о допустимых (предельных) значениях параметров испытаний, также связано выходным каналом 102 с входом решающих устройств 49, 50, 51, 52, 53, причем один из двух входов логического устройства 55 подключен каналом 103 к выходу блока хранения информации 56, а другой вход связан каналом 105 с выходом генератора тактовых импульсов 54. Генератор тактовых импульсов 54, формирующий тактовые импульсы и тем самым синхронизирующий работу логических устройств 48, 55, соединен с ними соответственно каналами 104 и 105.

Блок хранения информации 56 содержит запоминающие устройства 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63 по числу параметров, ограничивающих процесс испытаний, предельные значения которых вводят в указанные запоминающие устройства, выходы которых подключены каналом 105 к входу блока сравнения 47.

Блок диагностирования и управления 64, в котором в режиме реального времени регистрируют и контролируют информацию, характеризующую технологический процесс испытаний, соединен одним входным каналом 92 с блоком сравнения 47, другой параллельно подключенный вход блока 64 связан каналом 99 с узлом управления перекачивающей установки 74, а выход блока диагностирования и управления 64 подключен каналом 93 к входу блока формирования управляющих команд 66.

Блок формирования управляющих команд 66 содержит логическое устройство 65, решающие устройства 67, 68, 69, 70, логическое устройство 71, генератор тактовых импульсов 72 и кран-регулятор 73, оборудованный узлом управления, причем вход блока формирования управляющих команд 66 соединен каналом 92 с выходом блока сравнения 47, а выходы подключены каналами 97, 98 к входам узла управления перекачивающей установки 74, причем выход узла управления 74 подключен каналом обратной связи 99 к входу блока диагностики и управления 64.

Логическое устройство 65, преобразующее технологическую информацию, соединено выходным каналом 94 с общим входом решающих устройств 67, 68, 69, 70, а входным каналом 93 – с блоком диагностики и управления 64.

Группа параллельно соединенных решающих устройств 67, 68, 69, 70, в процессе испытаний трубопровода по заданной программе вычисляющих параметры, необходимые для формирования команд «пуск», «рабочий режим», «регулирование», «останов» управления перекачивающей установкой, соединена входным каналом 94 с выходом логического устройства 65, а выход решающих устройств подключен каналом 95 к входу логического устройства 71.

Логическое устройство 71, распределяющее сигналы на узел управления перекачивающей установки 74 и на кран-регулятор 73, соединено одним входным каналом 95 с выходом решающих устройств 67, 68, 69, 70 и другим входным каналом 106 логическое устройство 71 подключено к генератору тактовых импульсов 72, синхронизирующему работу логического устройства 71, причем выход логического устройства 71 связан одним каналом 96 с краном-регулятором 73, а другой параллельно подключенный выход соединен каналом 97 с входом узла управления перекачивающей установки 74.

Кран-регулятор 73, оборудованный узлом управления, связан входным каналом 96 с логическим устройством 71, а выходным каналом 81 соединен с узлом управления перекачивающей установки 74, выход которой подключен каналом обратной связи 99 к входу блока диагностирования и управления 64.

Устройство работает в следующей последовательности. Первоначально, до момента включения в работу перекачивающей установки 74 моделируют поступление сигналов от датчиков 1, 2, 3, 4, характеризующих параметры процесса испытаний, соответственно давлений в начале и конце испытываемого трубопровода, объема нагнетаемой среды, времени, для чего от иммитатора 19 через преобразователи 10, 11, 12, 13 подают на логические устройства 20, 21, 22, 23 электрические импульсы с частотой, рассчитанной по заданному алгоритму и пропорциональной скорости подъема давления и расходу среды в трубопроводе. Причем, при работе устройства в режиме иммитации нагрузок трубопровода, до включения в работу перекачивающей установки, сигналы от датчиков 5, 6, 7, 8, 9 давления всасывания и нагнетания, частоты вращения вала привода перекачивающей установки, температуры стенки трубопровода и температуры грунта не иммитируются и соответствующие им элементы функциональной схемы устройства отключены.

Логические устройства 20, 21, 22, 23 по заданной программе направляют через определенные интервалы времени сигналы, поступающие с указанных выше преобразователей и формируемые генератором тактовых импульсов 25, на вход аналого-цифрового преобразователя 26.

Преобразованные в цифровую форму сигналы с выхода аналого-цифрового преобразователя 26 поступают на вход вычислительного блока 27.

Логическое устройство 28 вычислительного блока 27 распределяет сигналы по функциональным преобразователям 29, 30, 31, каждый из которых по заданному алгоритму определяет изменение параметров соответственно объема, давления, времени в зависимости от частоты импульсов, подаваемых иммитатором 19, причем преобразователи 32 и 33 отключены.

Сигналы с функциональных преобразователей 29, 30, 31 поступают в логическое устройство 34, распределяющее по заданной программе сигналы, характеризующие информацию об изменении во времени параметров испытаний, причем логическое устройство 34 направляет указанную информацию в решающие устройства 35, 36, 37, 38, 39, каждое из которых по заданному алгоритму рассчитывает текущие дифференциальные значения параметров испытании соответственно

Сигналы с решающих устройств 35, 36, 37, 38, 39 через соответствующие запоминающие устройства поступают на вход логического устройства 48 блока сравнения 47, причем вычислительное устройство 40 и запоминающее устройство 46 вычислительного блока 27 отключены.

Логическое устройство 48, по заданной программе преобразующее информацию о дифференциальных параметрах испытаний, направляет сигналы на вход решающих устройств 49, 50, 51, 52, 53 блока сравнения 47.

Одновременно, с запоминающих устройств 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63 блока хранения информации 56 через логическое устройство 55 блока сравнения 47 также поступает информация в указанные выше решающие устройства 49, 50, 51, 52, 53, характеризующая нормативные допустимые значения параметров испытаний, причем сигналы, поступающие с обоих логических устройств 48 и 55, формируются и синхронизируются одним общим генератором тактовых импульсов 54.

Предварительно, в запоминающие устройства 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63 блока хранения информации 56 вводят допустимые диапазоны изменения и предельные значения параметров, рассчитанные по заданным алгоритмам и учитывающие геометрические размеры и профиль прокладки испытываемого трубопровода, показатели прочности труб и сварных соединений, технические характеристики перекачивающей установки, а также класс и погрешность средств измерений, применяемых в процессе испытаний.

Решающие устройства 49, 50, 51, 52, 53 блока сравнения 47 по определенной программе сопоставляют указанные выше параметры, вычисляют отношение их текущих значений, формируемых вычислительным блоком 27, к рассчитанным в блоке хранения информации 56, допустимым значениям и направляют соответствующие сигналы на вход блока диагностирования и управления 64.

В блоке диагностирования и управления 64 по результатам иммитации режимов испытаний трубопровода определяют оптимальную длину испытываемого трубопровода, диапазоны регулирования перекачивающей установки, параметры нагружения трубопровода, обеспечивающие плавность подъема испытательного давления в пределах допустимой погрешности средств измерений, задают предельные параметры для управляющих команд и соответствующие сигналы по каналу 93 передают на вход блока формирования управляющих команд 66, по определенному алгоритму, формирующему команды «пуск», «рабочий режим», «регулирование», «останов» перекачивающей установки.

Причем нормируемые параметры в блоке диагностирования и управления 64 представляют в виде графика зависимости испытательного давления (dP_план) от объема среды заполняемого трубопровода (dV_план), рассчитанного по определенной программе с учетом допусков, характеризующих прочность материала труб, и для каждого интервала испытательных давлений, соответствующих напряжениям растяжения 50%-85% и 85%100% предела текучести материала труб, задают предельные параметры и шаг нагружения давлением Р.

Преобразованные в логическом устройстве 65 сигналы поступают в группу параллельно подключенных решающих устройств 67, 68, 69, 70, по заданной программе сопоставляющих текущие и рассчитанные в блоке диагностирования и управления 64 значения показателей, определяющих режимы работы перекачивающей установки в процессе испытаний.

Например, решающие устройства 67, 68, 69, 70 формируют команды управления режимами работы перекачивающей установки при выполнении следующих условий:

«пуск» – Р_всiР_всmin; Р_нгiР_imax

«рабочий режим» – Р_нгi=Р_imax;

«регулирование» – Р_всi>Р_всi-1; Р_нг>Р_imax, дается команда крану-регулятору 73 на снижение давления до величины Р_всi-1

Р_нгi<Р_imax, дается команда узлу управления перекачивающей установкой 74 на увеличение частоты вращения вала привода,

«останов» – Р_всiР_всmin; при i=2

где Р_всi, Р_всmin – давление всасывания перекачивающей установки и минимальное паспортное его значение; Р_нгi – давление нагнетания; Р_imax – максимальное расчетное испытательное давление; V – объем среды, нагнетаемой в трубопровод, фиксируемый расходомером, i – номер измерения.

Сигналы с решающих устройств 67, 68, 69, 70 поступают в логическое устройство 71, через определенные интервалы времени распределяющее их по заданной программе на вход узла управления краном-регулятором 73 и на вход узла управления перекачивающей установки 74, причем работу логического устройства 71 синхронизирует генератор тактовых импульсов 72.

В случае выполнения условий для формирования команд «пуск», «рабочий режим» логическое устройство 71 подает сигнал с соответствующего решающего устройства 67, 68 блока диагностирования и управления 66 через узел управления перекачивающей установки 74 на вход блока диагностирования и управления 64.

В случае выполнения условий, соответствующих команде «регулирование», логическое устройство 71 направляет сигналы с решающего устройства 69 на узел управления краном-регулятором 73 при необходимости снижения давления и на узел управления перекачивающей установки при необходимости увеличения частоты вращения вала привода, причем сигнал с выхода узла управления крана-регулятора 73 также поступает на вход узла управления 74, где фиксируются новые значения давлений всасывания и нагнетания, а с выхода узла управления перекачивающей установки 74 сигналы поступают на вход блока диагностирования и управления 64, регистрирующего и диагностирующего указанные параметры, сопоставляя их с расчетными показателями.

В случае выполнения условий, соответствующих команде «останов», логическое устройство 71 подает сигнал с решающего устройства 70 на узел управления перекачивающей установки 74.

Все указанные выше сигналы, формируемые в блоке формирования управляющих команд 66, логическое устройство 71 через блок управления перекачивающей установки 74 возвращает в блок диагностирования и управления 64, фиксирующий окончание работы в режиме иммитации процесса испытаний, характеризующее соответствие расчетных и заданных в процессе иммитации значений параметров, с учетом точности средств измерений, их нормативным значениям, а также готовность к пуску перекачивающей установки и заполнению средой испытываемого трубопровода.

Блок диагностирования и управления 64 через логическое устройство 65, решающее устройство 67, логическое устройство 71 блока формирования управляющих команд 66 направляет сигнал в систему управления 74, обеспечивает пуск перекачивающей установки и нагнетание среды из предварительно заполненного из источника всасывающего трубопровода в испытываемый трубопровод до заданного нормативного испытательного давления, причем иммитатор 19 отключают и устройство работает непосредственно по сигналам, поступающим от датчиков 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9.

Работа функциональной схемы в режиме испытаний трубопровода отличается от представленной выше тем, что параллельно с сигналами от датчиков 1, 2, 3, 4 дополнительно в устройство испытаний трубопровода поступают сигналы от датчиков 5, 6, 7, 8, 9 соответственно давлений всасывания, нагнетания, частоты вращения вала привода перекачивающей установки, температуры стенки испытываемого трубопровода и температуры грунта на глубине его укладки.

Сигналы от датчиков 5, 6, 7, 8, 9, характеризующие текущие значения указанных выше параметров, через соответствующие преобразователи 4, 15, 16, 17, 18, логические устройства 23 и 24, распределяющие по заданной программе и формируемые генератором 25 импульсы, поступают в аналогово-цифровой преобразователь 26, который формирует информацию и направляет в цифровой форме сигналы в логическое устройство 28 вычислительного блока 27.

Логическое устройство 28 распределяет сигналы в функциональные преобразователи 32, 33, каждый из которых по заданному алгоритму, соответственно, вычисляет приращение давлений всасывания, нагнетания, частоты вращения вала привода перекачивающей установки, температуры стенки испытываемого трубопровода и температуры грунта на глубине его укладки, и далее с функциональных преобразователей 32, 33 через логическое устройство 34 сигналы поступают в решающие устройства 38, 39, 40, по заданному алгоритму вычисляют соответственно степень сжатия перекачивающей установки (отношение давлений нагнетания к давлению всасывания), (отношение приращения температуры стенки трубы к температуре грунта на глубине укладки трубопровода), ndT (изменение приращения частоты вращения вала привода перекачивающей установки в интервале времени dT).

Сигналы, характеризующие указанную выше информацию, поступают в запоминающие устройства 44, 45, 46 вычислительного блока 27 и далее на вход блока сравнения 47.

Далее устройство диагностики и управления процессом испытаний работает аналогично работе в режиме иммитации, описание которого приведено выше.

Таким образом, способ испытаний трубопровода и устройство для его осуществления позволяют достичь заявленной цели, повышают точность контроля параметров испытаний, исключают риск превышения давления, соответствующего напряжениям, превышающим предел текучести металла труб, а также повышают эффективность управления режимами работы перекачивающей установки, обеспечивая возможность многократного повторения любого этапа испытаний в последовательности «пуск», «рабочий режим», «останов».

Источники информации

1. Ведомственные строительные нормы. Строительство магистральных и промысловых трубопроводов. Миннефтегазстрой. Очистка полости и испытания ВСН 0011-88, Москва, 1990 г., стр.26-32.

2. Инструкция VdTUV. Гидроиспытания трубопроводов подземной прокладки методом измерения давления-температуры. 1051, стр.2-8, Изд. Союз технического надзора Германии 1038346, 4300 ESSEN 1, 1980 г.

3. Авторское свидетельство ЧССР CS 240264 B1, кл. G 01 H 7/00, 1987.

Формула изобретения

1. Способ испытаний трубопровода, основанный на нагнетании среды перекачивающей установкой из источника в испытуемый трубопровод с давлением, равным давлению в источнике, с последующим подъемом давления до заданной величины и регистрацией расхода, температуры, давления среды, отличающийся тем, что первоначально рассчитывают параметры испытаний трубопровода, моделируют изменение во времени испытательного давления, скорости его подъема, расхода среды, температуры среды в объеме заполняемого средой трубопровода, обеспечивающих стационарность процесса нагружения трубопровода, рассчитывают время прохождения импульса давления при нагружении испытуемого трубопровода, указанные параметры сравнивают с заданными допусками, рассчитанными с учетом прочности материала труб, сварных соединений и по результатам моделирования устанавливают предельные значения параметров регулирования режимов работы перекачивающей установки с учетом потерь давления во всасывающем, нагнетательном и испытуемом трубопроводах, задают значения рабочих параметров процесса испытаний, предварительно полученные в результате моделирования, непрерывно регистрируют и контролируют их изменение в процессе испытаний, фиксируют появление их пороговых значений, устанавливают соответствующие этим пороговым значениям параметры управления режимами работы перекачивающей установки в течении каждого из интервалов времени заполнения и последующего нагнетания среды в испытуемый трубопровод до заданных предельных значений испытательного давления, выдержки всего объема среды до стабилизации давления и выравнивания температуры по длине трубопровода.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что до заполнения трубопровода средой рассчитывают частоту и период прохождения импульсов, пропорциональных расходам среды, имитируют производительность перекачивающей установки в пределах рабочего регулирования путем генерации указанных выше импульсов от внешнего источника импульсного тока и с учетом паспортного значения константы преобразования импульсного выхода расходомера, в дальнейшем используемого в процессе испытаний, рассчитывают рабочие характеристики испытаний в виде графиков зависимости испытательного давления от объемов среды, нагнетаемой в испытуемый трубопровод, и по заданному алгоритму рассчитывают характеристики работы перекачивающей установки в заданных диапазонах регулирования по производительности и частоте вращения вала привода.

3. Устройство для испытаний трубопровода, подключенное к испытуемому трубопроводу, перекачивающей установке со всасывающим, нагнетательным трубопроводами и расходомером, содержащее датчики давлений в конце и начале испытуемого трубопровода, объема нагнетаемой среды, давлений всасывания и нагнетания, частоты вращения вала привода перекачивающей установки, температур стенки трубопровода и грунта на глубине его укладки, регистратор времени, связанные с преобразователями, подсоединенными к логическим устройствам, выполненным в виде генератора тактовых импульсов и аналого-цифрового преобразователя, соединенных с вычислительным блоком, выход которого подключен к блоку диагностирования и управления процессом испытаний трубопровода, отличающееся тем, что устройство дополнительно содержит имитатор нагрузки трубопровода, блок хранения информации и связанный с ним блок сравнения, вход которого соединен с вычислительным блоком, а выход подключен к блоку диагностирования и управления, а также блок формирования управляющих команд с узлом управления перекачивающей установки, выход которого связан со входом блока диагностирования и управления процессом испытания трубопровода.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что имитатор нагрузки трубопровода выполнен в виде генератора электрических импульсов в диапазоне частот и периодов, пропорциональных расходу среды и давлениям в начале и конце испытуемого трубопровода, вход имитатора подключен к источнику тока, а выход связан со входами преобразователей сигналов от датчиков давлений, расхода среды и регистратора времени.

5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что блок хранения информации содержит группу запоминающих устройств по числу параметров, предельные значения которых ограничивают испытания трубопровода, выход которых подключен к входу блока сравнения.

6. Устройство по п.3, отличающееся тем, что блок сравнения включает решающие устройства по числу сопоставляемых параметров и связанные с генератором тактовых импульсов два логических устройства, вход одного из которых соединен с выходом блока хранения информации, вход другого – с выходом вычислительного блока, причем выход решающих устройств подключен ко входу блока диагностирования и управления процессом испытаний трубопровода.

7. Устройство по п.3, отличающееся тем, что блок формирования управляющих команд включает логическое устройство, решающие устройства по числу команд управления режимами испытаний «пуск», «рабочий режим», «регулирование», «останов», кран-регулятор, генератор тактовых импульсов и два логических устройства, вход одного из которых соединен с выходом блока диагностирования и управления, а выход связан с входом решающих устройств, вход другого логического устройства соединен с выходом решающих устройств, а его выходы подключены к крану-регулятору и узлу управления перекачивающей установки, причем выход крана-регулятора соединен с входом узла управления перекачивающей установки, выход которого подключен к входу блока диагностирования и управления процессом испытаний трубопровода.

РИСУНКИ