Способ определения герметичности запорных арматур нефтепровода

Изобретение относится к трубопроводному транспорту и может быть использовано при испытании затворов запорных арматур нефтепроводов на герметичность. В полости трубопровода при закрытых запорных арматурах создают давление по ступенчатой диаграмме, обеспечивая разность давлений в местах установки арматур. После завершения создания давления по ступенчатой диаграмме фиксируют время и наибольшее давление в секции трубопровода. Из-за перетока рабочего агента через закрытую запорную арматуру будет происходить выравнивание давлений в секциях. Измеряют время выравнивания давления и величину давления. Затем открывают запорные арматуры между секциями и закачивают рабочий агент, повышая давление до зафиксированного ранее наибольшего давления, при этом измеряют объем дополнительно закачанного агента. По результатам измерений вычисляют объем утечек запорных арматур за единицу времени и делают вывод о герметичности запорных арматур. Технический результат изобретения - упрощение определения герметичности запорной арматуры при одновременном повышении точности. 2 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к трубопроводному транспорту, позволяющее определить герметичность перекрытия полости нефтепровода запорной арматурой.

Известен способ определения герметичности запорной арматуры на специальном стенде (ГОСТ 5762-2002. Арматура трубопроводная промышленная. Задвижки на номинальное давление не более PN 250. Общие технические условия. М.: ИПК издательство стандартов, 16 с.; ГОСТ 9544-2005. Арматура трубопроводная запорная. Классы и нормы герметичности затворов. М.: Стандартинформ, 2008, 12 с.), который может быть использован только для новой или капитально отремонтированной арматуры.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является способ определения герметичности запорной арматуры путем вычисления двух констант, характеризующих герметичность каждой арматуры (Азметов Х.А., Самойлов В.Б. К проверке исправности линейной арматуры магистральных нефтепродуктопроводов / Труды Всесоюзного научно-исследовательского института по сбору, подготовке и транспорту нефти и нефтепродуктов. - Уфа: ВНИИСПТнефть, 1972, с.78-82).

Недостаток - сложность определения герметичности запорной арматуры и низкая точность.

Технический результат изобретения - упрощение определения герметичности запорной арматуры при одновременном повышении точности.

Технический результат в способе определения герметичности запорных арматур нефтепровода достигается тем, что в образованной ступенчатой диаграмме давления, ограниченной запорными арматурами в положении закрыто, производят измерение граничных значений и времени изменения давления от верхней до нижней границы и измерение объема рабочего агента при закачке в нефтепровод и повышении в нем давления от нижней до верхней границы в положении открыто запорных арматур, при этом объемы утечек запорных арматур определяют из соотношения

,

где V_З - объем закачанного рабочего агента;

L - суммарная протяженность участка нефтепровода, на котором определяется герметичность запорных арматур;

p_B, p_H - соответственно верхнее и нижнее граничные значения давления рабочего агента;

p_i - давление рабочего агента в i-той секции;

L_i - длина i-той секции между запорными арматурами;

n - количество одновременно испытываемых запорных арматур;

i - номера секции и арматур,

а объем утечки запорных арматур за единицу времени определяют соотношением

где t₁, t₂ - время изменения давления нефти от p_i до p_H.

Сущность способа заключается в следующем. В полости нефтепровода при закрытых запорных арматурах создают давление по ступенчатой диаграмме, обеспечивая разность давлений в местах установки арматур (фиг.1). Считается, что в процессе определения герметичности запорных арматур рабочий агент не вытекает из полости нефтепровода в окружающую среду и сопрягаемые участки нефтепровода. Из-за перетока рабочего агента через закрытую запорную арматуру будет происходить выравнивание давлений в секциях до p_H. Замеряя начальные и конечные давления и фиксируя время их достижения, можно определить объемы утечек запорных арматур.

При давлении p_H и открытых запорных арматурах в полость нефтепровода протяженностью L закачивают рабочий агент до достижения давлением нефти p_B с одновременным измерением объема закачки. Таким образом, предлагаемый способ устраняет необходимость вычислений констант, характеризующих герметичность каждой арматуры, деформацию нефтепровода и объема рабочего агента под действием давления.

Принцип реализации способа следующий. В нефтепровод 1 (фиг.1 и фиг 2) в левую крайнюю секцию 2 при положении запорных арматур 3 открыто и закрытой запорной арматуре, установленной на границе правой крайней секции 4, пунктом управления 5 подается команда на устройства подачи 6 рабочего агента, который через кран 7 с обратным клапаном осуществляет подачу рабочего агента. При достижении в i-той секции нефтепровода 1 какого-то давления p_i, измеряемого датчиком 8, блок управления подает команду на отключение устройства подачи рабочего агента. Измерение давлений p_i датчиками производится в каждой секции. Затем запорное устройство переводится в положение закрыто. Таким образом, в нефтепроводе 1 создается давление по возрастающей ступенчатой диаграмме (фиг.1), ограниченной запорными арматурами.

После завершения создания давления по ступенчатой диаграмме и закрытия всех арматур фиксируется время t₁ и наибольшее давление в секции p_B нефтепровода 1. Из-за негерметичности запорных арматур происходит выравнивание давлений в секциях до p_H. Время выравнивания давлений t₂ и давление p_H фиксируются. Затем устройством подачи 5 при всех открытых запорных арматурах в нефтепровод 1 подается рабочий агент с обеспечением повышения давления от p_H до p_B и измерением объема закачки рабочего агента V_З.

Обоснование соотношения по определению объема утечки через затворы закрытых запорных арматур

1. Определение параметров деформации нефтепровода и изменение объема рабочего агента.

Объем рабочего агента в секции между запорными арматурами, приведенный к нормальным условиям (Жуковский Н.Е. Полное собрание сочинений, т.VII. ОНТИ, 1937), составит

где D - внутренний диаметр нефтепровода;

L_i - длина i-той секции между запорными арматурами;

δ - толщина стенки нефтепровода;

p₁ - избыточное давление в секции;

β - коэффициент объемного сжатия нефти;

E - модуль упругости стали.

При закачке нефти в полость нефтепровода и создании в нефтепроводе давления p₂ объем рабочего агента в секции составит

Разность между объемами V₂ и V₁ равна объему закачки рабочего агента в полость секции нефтепровода для повышения давления от p₁ до p₂. Из (1) и (2) получим

С учетом того, что для реальных условий E=2100000 кг/см²; D=25÷100 см; δ=1,0÷2,0 см; p₁+p₂≤100 кг/см², составляющее уравнения (3) составит не более 10^-8 и этим составляющим можно пренебречь. Тогда соотношение (3) имеет вид

При известном объеме закачки V_З и известных p₁ и p₂ для определения параметров деформации нефтепровода и изменения объема рабочего агента имеем

Полученная зависимость позволяет определить комплексный параметр , характеризующий деформацию нефтепровода и изменение объема рабочего агента под действием давления путем измерений объема закачки в полость участка нефтепровода с внутренним диаметром D и протяженностью L_i и двух значений p₁ и p₂ в нефтепроводе.

2. Определение утечек через затворы запорных арматур

Рассмотрим схемы, представленные на фиг.1, фиг.2. Более рациональным для определения утечек является нагружение нефтепровода давлением по ступенчатой диаграмме. Как показано на фиг.1, первая секция, расположенная слева, нагружается наибольшим давлением p_B, вторая - давлением p₂, третья - p₃ и т.д. Причем p_B>p₂>p₃>…>p_n.

В первую секцию подключается устройство подачи рабочего агента, и устанавливаются датчики давления в каждой секции. Создание давления по ступенчатой диаграмме осуществляется следующим образом. Закрывается крайняя правая n-я запорная арматура (фиг.1). Устройством подачи в секции, ограниченной справа закрытой арматурой, создается давление p_n. После создания p_n закрывается следующая (n-1)-я арматура. В таком порядке закрываются запорные арматуры и создаются давления в секциях до первой секции, где давление p_B. После создания в первой секции давления p_B в этот же момент отключается устройство подачи рабочего агента, фиксируется время t₁ и начинается выравнивание давлений из-за пропуска жидкости через неплотности затворов. В общем случае все затворы запорных арматур, в т.ч. новых, в какой-то мере пропускают жидкость, что допускается действующими стандартами (см. ГОСТ 5762-2002, ГОСТ 9544-2005). В момент прекращения изменения давлений во всех секциях фиксируется время t₂ и давление p_H, равное по всему нефтепроводу протяженностью L.

Затем все запорные устройства переводятся в положение открыто и устройством подачи в полость нефтепровода подается нефть с обеспечением повышения давления в нефтепроводе от p_H до p_B и измерением объема подачи жидкости V₃.

Используя уравнение (4), утечка через первую запорную арматуру из первой секции во вторую составит

Утечка из второй секции в третью через вторую запорную арматуру составит

Утечка через третью запорную арматуру будет

Утечка из i-той секции в i+1-тую секцию через i-тую запорную арматуру составит

С учетом уравнений (5) и (6) соотношение (9) запишем в виде

или

Объем утечки i-той запорной арматуры за единицу времени будет

Полученные соотношения (11) и (12) позволяют определить объем утечки через затворы n-го количества запорных арматур путем создания в нефтепроводе с несколькими запорными арматурами давления по ступенчатой диаграмме, ограниченной испытываемыми запорными арматурами, измерения времени выравнивания давлений в нефтепроводе, а также объема закачки нефти в нефтепровод при заданном повышении давления в нем.

Способ определения герметичности запорных арматур нефтепровода, характеризующийся тем, что в образованной ступенчатой диаграмме давления, ограниченной запорными арматурами в положении закрыто, производят измерение граничных значений и времени изменения давления от верхней до нижней границы и измерение объема рабочего агента при закачке в нефтепровод и повышении в нем давления от нижней до верхней границы в положении открыто запорных арматур, при этом объемы утечек запорных арматур определяют из соотношения

где V_З - объем закачанного рабочего агента;
L - суммарная протяженность участка нефтепровода, на котором определяется герметичность запорных арматур;
p_B, p_H - соответственно верхнее и нижнее граничные значения давления рабочего агента;
p_i - давление рабочего агента в i-й секции;
L_i - длина i-й секции между запорными арматурами;
n - количество одновременно испытуемых запорных арматур;
i - номера секции и арматур,
а объем утечки запорных арматур за единицу времени определяют соотношением

где t₁, t₂ - время изменения давления нефти от p_i до p_H.