Определение утечек через трубы

 

Изобретение относится к средствам измерения утечек через трубы. Изобретение включает устройство, имеющее уплотняющие мешки, соединенные соединительным звеном. Мешки в надутом состоянии образуют уплотненную камеру. Мешки могут не образовывать совершенное уплотнение, через них может происходить утечка при наличии перепада давлений. Остальная часть трубы образует испытываемую объемную камеру. Один датчик измеряет перепад давлений между камерами, а другой датчик измеряет давление в испытываемой камере. Информация об измеренном перепаде давления используется устройством управления для отслеживания изменения давления и регулирования уплотняющего давления с тем, чтобы поддерживать одинаковые давления даже в случае, если давление в испытываемой камере снижается из-за разрыва трубы. В альтернативной системе предусмотрены два отдельных устройства со схемами для облегчения создания двух временно уплотненных, находящихся под давлением камер с испытываемой камерой между ними. Изобретение направлено на обеспечение менее прерывистого и менее дорогого механизма для обеспечения точных испытаний находящихся под давлением труб на утечку. 3 с. и 17 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к измерению утечки через трубы, как правило, трубы для транспортировки текучих сред.

В трубах для транспортировки текучих сред, таких как, например, магистральные газопроводы, оказалось необходимым изолировать секции магистрали, транспортирующей газ, способами вырезания и обхода с последующим закупориванием. Это требует времени и затрат. Для труб, находящихся в эксплуатации, опять же приходится прерывать их эксплуатацию для определения утечек.

Данное изобретение относится к обеспечению менее прерывистого и менее дорогого механизма для обеспечения точных испытаний находящихся под давлением труб на утечку.

В соответствии с изобретением предложена система для испытаний на утечку труб, включающая средство для обеспечения временного уплотнения в первом месте, средство для обеспечения, по существу, одинакового давления между первым местом и соседним местом проведения испытаний для предотвращения прохождения текучей среды между ними, средство для определения любого снижения давления в месте проведения испытаний, являющегося указателем утечки из трубы, и средство для регулирования давления в первом месте для отслеживания любого снижения давления в месте проведения испытаний с тем, чтобы поддерживать, по существу, одинаковое давление между первым местом и местом проведения испытаний во время испытаний.

В соответствии с изобретением также предложен способ проведения испытаний на утечки в трубах, заключающийся в том, что обеспечивают временное уплотнение в первом месте, обеспечивают, по существу, одинаковое давление между первым местом и соседним местом проведения испытаний для предотвращения прохождения текучей среды между ними, определяют любое снижение давления в месте проведения испытаний, являющееся указателем утечки из трубы, и регулируют давление в первом месте для отслеживания любого снижения давления в месте проведения испытаний с тем, чтобы поддерживать, по существу, одинаковое давление между первым местом и местом проведения испытаний во время испытаний.

Теперь изобретение будет описано на примере со ссылками на прилагаемые чертежи, где фиг.1 изображает первый конкретный вариант осуществления изобретения, фиг.2 изображает более подробно показанную систему,
фиг.3 изображает условную схему управления слежением,
фиг. 4 изображает дополнительную систему с иллюстрацией двух испытательных узлов и
фиг.5 иллюстрирует альтернативную конфигурацию.

Система, показанная на фиг. 1, выполнена с возможностью обеспечения двух уплотненных объемов с видимым уплотнением между ними. Труба 10, обычно транспортирующая текучую среду под давлением, например природный газ, показана уплотненной на одном конце 11. Это уплотнение может быть постоянным или просто временным для обеспечения использования устройства для испытаний.

Устройство 12 для испытаний на утечку включает первый уплотнительный элемент 14 и второй элемент 15, соединенные соединительным звеном 16. Уплотнительные элементы 14 и 15 могут быть надувными мешками, которые в надутом состоянии образуют уплотнение с трубой, формируя уплотненную объемную камеру 18. На практике мешочные уплотнения могут быть несовершенными, и через них возможна утечка. В описанной ниже конфигурации есть такое протекающее уплотнение. Остальная часть трубы в направлении к уплотненному концу 11 образует испытываемую объемную камеру 19.

Для измерения перепада давлений между камерами 18 и 19 предусмотрен датчик 20. Датчик 21 измеряет фактическое давление внутри испытываемой камеры 19. Еще один датчик 22 обеспечивает измерения атмосферного давления. Устройство 25 управления слежением принимает информацию о давлении от датчиков 20 и 21 и регулирует подающий клапан 27 для поддержания в уплотненной камере 18, по существу, такого же давления, как внутри остальной части трубы, образующей испытываемую камеру 19. Поскольку из испытываемого объема может происходить утечка из-за несовершенства в трубе (например, утечки на стыке или пористой коррозии), это может вызвать падение давления в камере 19, вследствие чего давление в камере 18 соответственно автоматически регулируется для предотвращения риска утечки через уплотняющий край мешка 15 при наличии перепада давлений.

Аналогично, если происходит утечка вокруг уплотняющего края мешка 14, измерение перепада давления заставит устройство управления слежением регулировать давление от подающего клапана 27 посредством трубки 17. Регулятор подачи будет иметь средство для выпуска газа, а также его подачи, чтобы поддерживать требуемое давление в уплотненном объеме.

Если в испытываемой уплотненной объемной части трубы есть утечка, устройство управления 25 будет отслеживать испытательное давление по мере его падения, так что падение давления в диапазоне давлений можно использовать для получения кривой зависимости утечки от давления.

Устройство обработки данных, изображенное в виде процессора 26, будет запоминать информацию для анализа. Оно может быть конфигурировано с использованием портативного компьютера.

Малые изменения перепада давлений, которые отслеживает и вносит обратно в магистраль устройство управления, укажут, что система работает правильно. Отсутствие изменений может быть указателем спущенного мешка 15.

На практике устройство 12 для испытаний должно быть соединено со шлангокабелем, который должен нести напорную трубу, а также источник для надувания мешков и соединения для датчиков. Шлангокабель, как правило, должен проходить через уплотнение на конце, удаленном от испытываемой объемной камеры.

Более подробная конфигурация системы, изображенной на фиг. 1, показана на фиг. 2.

Устройство 12 для испытаний показано имеющим мешки 14 и 15, соединенные посредством пружинного элемента 30 (например, спиральной пружины) для обеспечения гибкости во время введения с учетом колен трубы. Мешки в спущенном состоянии будут меньше диаметра направляющего элемента 31, который может быть формованной пластмассовой крышкой, способствующей введению. Крышка имеет достаточный диаметр для снижения риска внесения повреждений в следующие за ней спущенные мешки. Шлангокабель 32 будет выполнен из армированной пластмассы и несет пневматические линии считывания и управления (линии 1-5). На практике, снаружи трубопровода предусмотрены измерительные преобразователи 20 и 21, которые имеют прикрепленные к ним небольшие линии считывания.

Подаваемый под давлением газ принимается по линии 41 и может быть подан в пневматические линии через регуляторы R1-R3. Переключение линий осуществляют электромагнитные клапаны V1-V4.

Линия 1 подсоединена между испытываемым объемом и электромагнитными клапанами V3 и V4. Ее можно использовать для увеличения давления в испытываемом объеме (в месте 37) вплоть до максимального давления, задаваемого регулятором R1, посредством открытия клапана V3, или в качестве пути для калиброванной утечки - посредством открытия клапана V4. Эта последняя функция необходима для количественного представления испытываемого объема.

Линия 2 является линией считывания, подсоединенной между испытываемым объемом (заделка 36) и датчиком 21 абсолютного давления для получения опорного сигнала для контрольной точки следящего электропневматического (ЭП) регулятора 40. Ответвление от этой линии подсоединено к одной стороне датчика 20 перепада давлений.

Линия 3 является линией считывания, подсоединенной между уплотненным объемом (заделка 38) и другой стороной датчика 20 перепада давлений. Измерение с помощью датчика 20 перепада давлений обеспечивает сигнал ошибки, который можно использовать для точной настройки следящего контроллера 25 (выполненного в виде портативного компьютера со связанным с ним экраном 25а).

Линия 4 соединяет выпускное отверстие следящего ЭП-регулятора с уплотненным объемом для управления давлением в уплотненном объеме (заделка 39).

Линия 5 обеспечивает надувание или спуск мешочных уплотнений посредством открывания нормально закрытых электромагнитных клапанов V1 или V2 соответственно.

Фиг. 3 изображает условно проиллюстрированную функцию управления слежением. В блоке вычитания 41 из абсолютного давления в испытываемом объеме, полученного из датчика 21, вычитается атмосферное давление, полученное из датчика 22, а результат вычитания фильтруется через фильтр 42. После усиления в усилителе 45 полученный результат принимается в качестве опорного сигнала для контрольной точки ЭП-регулятора. Перепад давлений, измеряемый измерительным преобразователем 20, будет усилен и проходит в качестве сигнала обратной связи в блок вычитания 43, чтобы он снова вызывал отслеживание давления ЭП-регулятором в случае измерения перепада давлений. Хотя система может быть реализована посредством жесткого монтажа, удобно, чтобы этой рабочей функцией управляло программное обеспечение.

Изобретение описано применительно к одной конфигурации, предназначенной для использования, как правило, с эксплуатируемыми трубами малого диаметра. Однако систему можно модифицировать таким образом, что она будет применима к газопроводным трубам большего диаметра, рассчитанным на более высокое давление. В такой конфигурации скомпонованы два разнесенных устройства, каждое со своей собственной уплотненной объемной камерой, определяющие между собой испытываемую объемную камеру. Это позволяет устройствам уплотнять каждый конец испытываемого объема и гарантирует отсутствие утечки из любого конца, когда давление в уплотненном объеме будет соответствовать давлению в испытываемом объеме, и отслеживание возможного падения давления из-за несовершенства трубы.

Расширенная конфигурация изображена на фиг.4 и включает два устройства 12а и 12b для испытаний. Каждое из них будет иметь связанные с ними схемы, показанные на фигурах. Устройства со связанным с ним шлангокабелем можно вводить в трубопровод через имеющие известную конструкцию передающие трубы 50 и 51 для спуска.

В альтернативной конфигурации, изображенной на фиг. 5, конструкция обладает преимуществом известных клапанов 60, 61, 62 и 63 с ирисовой диафрагмой. В этом устройстве мешки введены по отдельности. Однако в сочетании с датчиками и устройством управления слежением они обеспечивают конфигурацию с уплотненным и испытываемым объемами, аналогичную конфигурации, показанной на фиг. 4.

Формула изобретения

1. Система для испытаний на утечку труб, включающая средство для обеспечения временного уплотнения в первом месте в трубе, средство для обеспечения, по существу, одинакового давления между первым местом и соседним местом проведения испытаний в трубе для предотвращения прохождения текучей среды между ними, средство для определения любого снижения давления в месте проведения испытаний, являющегося указателем утечки из трубы, и средство для измерения и регулирования давления в первом месте для отслеживания любого снижения давления в месте проведения испытаний для поддерживания, по существу, одинакового давления между первым местом и местом проведения испытаний во время испытаний.

2. Система по п. 1, в которой средство для обеспечения временного уплотнения содержит первый уплотнительный элемент, отстоящий от второго уплотнительного элемента для формирования первой уплотненной камеры с внутренней стенкой трубы.

3. Система по п. 2, включающая третий и четвертый уплотнительные элементы для размещения в отстоящем месте для обеспечения второй уплотненной камеры, при этом часть трубы между первой и второй уплотненными камерами содержит испытываемую камеру.

4. Система по любому из пп. 1-3, в которой средство для обеспечения, по существу, одинакового давления включает источник текучей среды под давлением, клапанное средство для введения текучей среды в первое место и средство обнаружения перепада давлений, предназначенное для определения равенства давлений в первом месте и месте проведения испытаний.

5. Система по п. 4, в которой средство для регулирования давления в первом месте для отслеживания снижения давления включает средство, подсоединенное к средству обнаружения перепада давлений и средству управления для включения клапанного средства для снижения давления в первом месте при падении давления в месте проведения испытаний.

6. Система по любому из пп. 1-5, включающая средство датчика атмосферного давления для выдачи информации о давлении, способствующей определению утечки.

7. Система по любому из пп. 1-6, в которой средство для обеспечения временного уплотнения включает первый и второй отстоящие друг от друга надувные мешки, обеспечивающие первое место между ними.

8. Система по п. 7, в которой имеется шлангокабельное средство, подсоединенное к мешкам для обеспечения дистанционного надувания и определения давления.

9. Система по п. 7 или 8, в которой первый и второй мешки упруго соединены для обеспечения прохождения по коленам в трубе, причем имеется средство защиты для предотвращения внесения повреждений в мешки в спущенном состоянии при пропускании их по трубе.

10. Система по любому из пп. 1-9, включающая электронное устройство управления для непрерывного определения давления в месте проведения испытаний и перепада давления между первым местом и местом проведения испытаний для непрерывного компенсирования любого снижения давления в месте проведения испытаний при одновременном непрерывном определении потерь абсолютного давления в месте проведения испытаний.

11. Система по п. 10, включающая запоминающее средство для хранения информации о параметрах.

12. Система по п. 10 или 11, включающая средство для регулирования информации об абсолютном давлении из места проведения испытаний в зависимости от измеренного атмосферного давления, средство фильтра для фильтрации измеренных сигналов и средство для выдачи сигнала отрегулированного давления текучей среды, предназначенного для управления давлением, в первом месте в зависимости от измеренных сигналов.

13. Система по п. 12, включающая средство обратной связи, учитывающее измерение перепада давлений.

14. Способ проведения испытаний на утечки в трубах заключающийся в том, что обеспечивают временное уплотнение а первом месте, обеспечивают, по существу, одинаковое давление между первым местом и соседним местом проведения испытаний для предотвращения прохождения текучей среды между ними, определяют любое снижение давления в месте проведения испытаний, являющееся указателем утечки из трубы, и измеряют и регулируют давление в первом месте для отслеживания снижения давления в испытываемом месте для поддерживания, по существу, одинакового давления между первым местом и местом проведения испытаний во время испытаний.

15. Способ по п. 14, включающий обеспечение первого уплотнения, отстоящего от второго уплотнения для определения первой уплотненной камеры с внутренней стенкой трубы.

16. Способ по п. 15, включающий обеспечение третьего и четвертого уплотнения, размещенных в отстоящем месте для обеспечения второй уплотненной камеры, при этом часть трубы между первой и второй уплотненными камерами содержит испытываемую камеру.

17. Способ по любому из пп. 14-16, включающий обеспечение источника текучей среды под давлением, введение текучей среды в первое место и обнаружение перепада давлений для определения, когда давление в первом месте и месте проведения испытаний одинаково.

18. Способ по любому из пп. 14-17, включающий измерение атмосферного давления для обеспечения информации о давлении, способствующей определению утечки.

19. Способ по любому из пп. 14-18, включающий непрерывное определение давления в месте проведения испытаний и перепада давлений между первым местом и местом проведения испытаний для непрерывного компенсирования любого снижения давления в месте проведения испытаний при одновременном непрерывном определении потерь абсолютного давления в месте проведения испытаний.

20. Устройство для уплотнения труб, включающее первый надувной мешок, опирающийся на опору, упругосоединенную со вторым надувным мешком, опирающимся на опору, для обеспечения согласования с коленами, направляющее средство на переднем конце устройства, способствующее перемещению устройства по трубе и способствующее защите мешков в спущенном состоянии для облегчения их перемещения по трубе, и шлангокабельное средство, проходящее от задней части устройства, для обеспечения дистанционного надувания мешков.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5