способ контроля герметичности шарового крана запорно-регулирующей арматуры магистрального трубопровода и устройство для его реализации (варианты)

Формула изобретения

1. Способ контроля герметичности шарового крана запорно-регулирующей арматуры магистрального трубопровода, заключающийся в подсоединении к полости контролируемого крана дренажной трубки и измерении статических давлений в трубопроводах высокого и низкого давлений магистрального трубопровода, а также в полости шарового крана, отличающийся тем, что последовательно во времени с дренажной трубкой сначала соединяют трубопровод низкого давления магистрального трубопровода и в установившемся режиме измеряют в нем расход q₁ транспортируемой среды через первое по потоку уплотнение шарового крана, потом - трубопровод высокого давления с последующим измерением расхода q₂ через второе уплотнение шарового крана, а затем измеряют суммарный расход q транспортируемой среды, проходящей через первое и второе уплотнения шарового крана, и сравнивают значение измеренного суммарного расхода q с суммой q₁+q₂ ранее измеренных значений расходов, и для случаев, когда q q₁+q_2, диагностируют наличие утечки транспортируемой среды через шаровой кран в атмосферу.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что время появления установившихся режимов при измерении расходов q₁, q₂ и q определяют соответственно по равенству статических давлений в полости контролируемого крана и трубопроводе низкого давления, в полости крана и трубопроводе высокого давления и в трубопроводах высокого и низкого давлений.

3. Устройство для контроля герметичности шарового крана запорно-регулирующей арматуры, содержащее дренажную трубку с первым запорным вентилем, пневматически соединенную с полостью крана, и три преобразователя статических давлений, подключенных к трубопроводам высокого и низкого давлений, а также - к полости шарового крана, отличающееся тем, что дополнительно содержит импульсные трубки высокого и низкого давлений, первый и второй расходомеры и пять дополнительных запорных вентилей, при этом импульсная трубка высокого давления через последовательно соединенные второй вентиль и первый расходомер соединена с дренажной трубкой с одной стороны первого запорного вентиля и через третий вентиль соединена с дренажной трубкой с другой стороны первого запорного вентиля, а импульсная трубка низкого давления через четвертый вентиль соединена с дренажной трубкой и третьим вентилем с одной стороны первого вентиля и через последовательно соединенные пятый вентиль и второй расходомер соединена с дренажной трубкой с другой стороны первого вентиля, причем выход второго расходомера дополнительно соединен через шестой вентиль с атмосферой.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что импульсные трубки соединены с дренажной трубкой в одной точке.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что импульсные трубки, дренажная трубка и первый вентиль дренажной трубки соединены в одной точке через крестовину.

6. Устройство по п.3, отличающееся тем, что в качестве расходомеров применяют проточные расходомеры.

7. Устройство по п.3, отличающееся тем, что запорные вентили выполнены в виде дистанционно-управляемых вентилей.

8. Устройство по п.3, отличающееся тем, что в качестве расходомеров применяются нереверсивные расходомеры.

9. Устройство по п.3, отличающееся тем, что перед расходомерами установлены фильтрующие элементы.

10. Устройство для контроля герметичности шарового крана запорно-регулирующей арматуры, содержащее дренажную трубку с первым запорным вентилем, пневматически соединенную с полостью крана и три преобразователя статических давлений, подключенные к трубопроводам высокого и низкого давлений, а также к полости шарового крана, отличающееся тем, что дополнительно содержит импульсные трубки высокого и низкого давлений, реверсивный расходомер и пять дополнительных запорных вентилей, при этом второй вентиль установлен в импульсной трубке высокого давления, а реверсивный расходомер - в дренажной трубке, импульсная трубка высокого давления соединена через третий вентиль с дренажной трубкой со стороны первого вентиля и через второй вентиль соединена с дренажной трубкой со стороны реверсивного расходомера, импульсная трубка низкого давления соединена через четвертый вентиль с дренажной трубкой со стороны первого вентиля и через пятый вентиль соединена с дренажной трубкой со стороны реверсивного расходомера, соединенного также через шестой вентиль с атмосферой.

11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что импульсные трубки соединены с дренажной трубкой в одной точке.

12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что импульсные трубки соединены с дренажной трубкой через крестовину.

13. Устройство по п.10, отличающееся тем, что в качестве реверсивного расходомера применяется проточный реверсивный расходомер.

14. Устройство по п.10, отличающееся тем, что запорные вентили выполнены в виде дистанционно-управляемых вентилей.

15. Устройство по п.10, отличающееся тем, что перед реверсивным расходомером с двух сторон установлены фильтрующие элементы.

Описание изобретения к патенту

Изобретения относятся к трубопроводному транспорту и могут быть использованы для испытаний герметичности шаровых кранов запорно-регулирующей арматуры (ЗРА).

Известен способ того же назначения, заключающийся в импульсной инжекции в поток транспортируемого газа у входа в ЗРА порции индикаторного газа, образующей метку, и регистрации с помощью датчиков концентрации, расположенных на известном расстоянии друг от друга вдоль трубопровода, времени распространения метки при прохождении ей ЗРА. Кроме того, определяют также величину пространственного уширения метки после прохождения ею ЗРА.

По времени запаздывания и величине уширения метки судят об объемном расходе транспортируемого газа через закрытый шаровой кран ЗРА, т.е. о величине утечки газа и герметичности шарового крана /Патент РФ № 2317482, кл. F17D 5/02, 2007/.

Известна система аналогичного назначения, содержащая инжектор индикаторного газа и датчики концентрации индикаторного газа, расположенные по разные стороны ЗРА на известном расстоянии от инжектора /Патент РФ № 2309323, кл. F17D 5/02, 2007/.

В аналоге измеряют время прохождения индикаторным газом (меткой) известного расстояния, а также концентрацию индикаторного газа в метке, по которым судят о расходе транспортируемого газа через закрытый негерметичный затвор шарового крана ЗРА, то есть о герметичности крана.

Недостатком аналогов способа и устройства является низкая точность определения расхода газа через ЗРА, связанная с размытостью метки, и невозможностью определения расхода газа отдельно через каждое уплотнение ЗРА, а также невозможностью определения расхода газа, уходящего через запорно-поворотный вентиль крана в атмосферу.

Известен способ того же назначения, заключающийся в подсоединении к полости контролируемого крана дренажной трубки и измерении статических давлений в трубопроводах высокого и низкого давлений магистрального трубопровода, а также во внутренней полости шарового крана /Обзорная информация. Сер. Транспорт и подземное хранение газа. - М.: ООО «ИРЦ Газпром», 2002, с.22-25/.

Данный способ принят за прототип. В прототипе способа статическое давление измеряют в дренажной трубке при открытом и закрытом дренажном вентиле. Это позволяет составить систему уравнений, решая которую можно определить расход газа через поврежденные уплотнения шарового крана без идентификации номера поврежденного уплотнения.

Известно устройство того же назначения, принятое за прототип обоих вариантов устройства, содержащее дренажную трубку с первым запорным вентилем, пневматически соединенную с полостью крана, и три преобразователя статического давления, подключенных к трубопроводам высокого и низкого давлений, а также к полости шарового крана /Обзорная информация. Сер. Транспорт и подземное хранение газа. - М.: ООО «ИРЦ Газпром», 2002, с.22-25, рис.8/.

В прототипе вариантов устройства к дренажной трубке подсоединяется камера, в крышке которой выполнено калиброванное отверстие и измеряется скорость истечения газа из этого калиброванного отверстия, выраженная через физические параметры газа.

Затем по математическому соотношению определяют расход газа через негерметичный затвор ЗРА безотносительно к конкретному поврежденному уплотнению.

Недостатками прототипов способа и устройства являются невысокая точность измерений расхода газа, связанная с большим количеством допущений при составлении уравнений, из которых определяется расход газа, и невозможность прямых измерений расходов газа через каждое уплотнение крана ЗРА в отдельности, включая уплотнение, отделяющее внутреннюю полость крана от атмосферы.

Техническим результатом, получаемым от внедрения изобретений, является обеспечение возможности измерений расходов газа через каждое уплотнение крана в отдельности, включая уплотнение, отделяющее внутреннюю полость крана от атмосферы.

Данный технический результат в части способа достигают за счет того, что в известном способе контроля герметичности шарового крана запорно-регулирующей арматуры магистрального трубопровода, заключающемся в подсоединении к полости контролируемого крана дренажной трубки и измерении статических давлений в трубопроводах высокого и низкого давлений магистрального трубопровода, а также в полости шарового крана, последовательно во времени с дренажной трубкой сначала соединяют трубопровод низкого давления магистрального трубопровода и в установившемся режиме измеряют в нем расход q₁ транспортируемой среды через первое по потоку уплотнение шарового крана, потом - трубопровод высокого давления с последующим измерением расхода q₂ через второе уплотнение шарового крана, а затем измеряют суммарный расход q транспортируемой среды, проходящей через первое и второе уплотнения шарового крана, и сравнивают значение измеренного суммарного расхода q с суммой q₁+q₂ ранее измеренных значений расходов, и для случаев, когда q q₁+q₂, диагностируют наличие утечки транспортируемой среды через шаровой кран в атмосферу.

Время появления установившихся режимов при измерении расходов q₁, q₂ и q определяют соответственно по равенству статических давлений в полости контролируемого крана и трубопроводе низкого давления, в полости крана и трубопроводе высокого давления и в трубопроводах высокого и низкого давлений.

Технический результат в части первого варианта устройства достигают за счет того, что в известное устройство для контроля герметичности шарового крана запорно-регулирующей арматуры, содержащее дренажную трубку с первым запорным вентилем, пневматически соединенную с полостью крана, и три преобразователя статических давлений, подключенных к трубопроводам высокого и низкого давлений, а также - к полости шарового крана, дополнительно содержит импульсные трубки высокого и низкого давлений, первый и второй расходомеры и пять дополнительных запорных вентилей, при этом импульсная трубка высокого давления через последовательно соединенные второй вентиль и первый расходомер соединена с дренажной трубкой с одной стороны первого запорного вентиля и через третий вентиль соединена с дренажной трубкой с другой стороны первого запорного вентиля, а импульсная трубка низкого давления через четвертый вентиль соединена с дренажной трубкой и третьим вентилем с одной стороны первого вентиля и через последовательно соединенные пятый вентиль и второй расходомер соединена с дренажной трубкой с другой стороны первого вентиля, причем выход второго расходомера дополнительно соединен через шестой вентиль с атмосферой.

Импульсные трубки соединены с дренажной трубкой в одной точке.

Импульсные трубки, дренажная трубка и первый вентиль дренажной трубки соединены в одной точке через крестовину.

В качестве расходомеров применяют проточные расходомеры.

Запорные вентили выполнены в виде дистанционно-управляемых вентилей.

В качестве расходомеров применяются нереверсивные расходомеры.

Перед расходомерами установлены фильтрующие элементы.

Технический результат в части второго варианта устройства достигают за счет того, что известное устройство для контроля герметичности шарового крана запорно-регулирующей арматуры, содержащее дренажную трубку с первым запорным вентилем, пневматически соединенную с полостью крана и три преобразователя статических давлений, подключенные к трубопроводам высокого и низкого давлений, а также к полости шарового крана, дополнительно содержит импульсные трубки высокого и низкого давлений, реверсивный расходомер и пять дополнительных запорных вентилей, при этом второй вентиль установлен в импульсной трубке высокого давления, а реверсивный расходомер - в дренажной трубке, импульсная трубка высокого давления соединена через третий вентиль с дренажной трубкой со стороны первого вентиля и через второй вентиль соединена с дренажной трубкой со стороны реверсивного расходомера, импульсная трубка низкого давления соединена через четвертый вентиль с дренажной трубкой со стороны первого вентиля и через пятый вентиль соединена, с дренажной трубкой со стороны реверсивного расходомера, соединенного также через шестой вентиль с атмосферой.

Импульсные трубки соединены с дренажной трубкой в одной точке.

Импульсные трубки соединены с дренажной трубкой через крестовину.

В качестве реверсивного расходомера применяется проточный реверсивный расходомер.

Запорные вентили выполнены в виде дистанционно-управляемых вентилей.

Перед реверсивным расходомером с двух сторон установлены фильтрующие элементы.

Изобретения поясняются чертежами. На фиг.1 представлена схема первого варианта устройства, реализующего способ, а на фиг.2 - схема второго варианта устройства, реализующего способ.

Устройства по первому и второму вариантам способа содержат шесть запорных вентилей 1 6 (для удобства номера запорных вентилей в описании совпадают с номерами запорных вентилей обоих вариантов формулы изобретения).

Имеются также три преобразователя 7, 8, 9 статического давления, дренажная трубка 10, импульсная трубка 11 высокого давления и импульсная трубка 12 низкого давления.

В первом варианте устройства (фиг.1) содержатся два расходомера 13, 14 желательно проточных, установленных в импульсных трубках 11, 12 высокого и низкого давлений. Во втором варианте (фиг.2) имеется один реверсивный желательно проточный расходомер 15, установленный в дренажной трубке 10.

Уплотнения в шаровом кране представлены на чертежах римскими цифрами I, II, III.

Пневматические связи между элементами устройств представлены на чертежах.

Импульсные трубки 11, 12 высокого и низкого давлений соединяют соответственно трубопровод 16 высокого давления с трубопроводом 17 низкого давления в точке А.

Внутренняя полость 18 шарового крана (внутрикрановая полость) соединяется в точке А с помощью дренажной трубки 10 с импульсными трубками 11, 12 высокого и низкого давлений.

Преобразователи 7, 8, 9 статических давлений подсоединяются соответственно к импульсной трубке 11 высокого давления, к дренажной трубке 10 и к импульсной трубке 12 низкого давления.

Запорные вентили 1, 2, 5 установлены соответственно в дренажной трубке 10, в импульсной трубке 11 высокого давления и в импульсной трубке 12 низкого давления.

Импульсные трубки 11, 12 высокого и низкого давлений соединяются в точке Б с дренажной трубкой 10 через вентили 3, 4.

В первом варианте устройства (фиг.1) выходы расходомера 14 и импульсной трубки 12 низкого давления соединяются в точке В, а от нее через вентиль 6 - с атмосферой.

Во втором варианте устройства (фиг.2) выходы реверсивного расходомера 15 и импульсной трубки 12 низкого давления соединены в точке В и через вентиль 6 - с атмосферой (точки А, В могут быть объединены).

Импульсные трубки 11, 12 высокого и низкого давлений могут быть объединены с дренажной трубкой 10 в точке Б через крестовину, а в точке А - через тройник.

Перед расходомерами 13, 14, 15 могут быть установлены фильтрующие элементы, а запорные вентили 1 6 могут быть выполнены дистанционно-управляемыми.

Способ реализуется в двух вариантах устройства следующим образом.

При контроле первого по ходу газа уплотнения I шарового крана сначала открывают вентиль 4 и выравнивают статические давления во внутрикрановой полости 18 (в дренажной трубке 10) и трубопроводе 17 низкого давления.

Равенство давлений Р ₂, Р₃ контролируют по показаниям преобразователей 8, 9 статических давлений.

Затем открывают вентили 1, 5 и закрывают (или держат закрытыми) вентили 2, 3, 4, 6. Газ из трубопровода 16 высокого давления устремится по направлениям сплошных стрелок в трубопровод 17 низкого давления, минуя дренажную трубку 10 с вентилем 1, расходомер 14, импульсную трубку 12 низкого давления с вентилем 5 (первый вариант, фиг.1), или через дренажную трубку 10 с вентилем 1 и реверсивным расходомером 15 и импульсную трубку 12 с вентилем 5 (второй вариант, фиг.2).

При этом расходомеры 14, 15 покажут расход q₁ газа через неисправное уплотнение I крана.

Закрывают все вентили и приступают к испытаниям уплотнения II крана.

Открывают вентиль 3 и выравнивают давления в трубопроводе 16 высокого давления и во внутрикрановой полости 18 (и в дренажной трубке 10).

Равенство статических давлений контролируют с помощью преобразователей 7, 8 статических давлений газа.

Затем при контроле уплотнения II крана держат открытыми вентили 1, 2 и закрытыми вентили 3, 4, 5, 6.

При этом газ устремляется по направлению штриховых стрелок из трубопровода 16 высокого давления через неисправное уплотнение II в трубопровод 17 низкого давления, минуя импульсную трубку 11 высокого давления, с вентилем 2 расходомер 13 и дренажную трубку 10 с вентилем 1 (первый вариант, фиг.1) или расходомер 15 (второй вариант, фиг.2).

При этом расходомеры 13, 15 покажут расход q ₂ через уплотнение II крана.

Дальнейшие испытания касаются определения величины утечки газа в атмосферу через уплотнение III между поворотным шпинделем крана и его корпусом (не оцифрованы).

Закрывают все вентили и затем открывают вентили 1, 6. Газ из трубопроводов 16, 17 высокого и низкого давлений через уплотнения I, II устремляется в дренажную трубку 10 и через вентиль 1, расходомер 14 (первый вариант, фиг.1) или через реверсивный расходомер 15 (второй вариант, фиг.2), а также через вентиль 6 - в атмосферу по направлению штрихпунктирных стрелок.

При этом расходомер 14 (фиг.1) или реверсивный расходомер 15 (фиг.2) покажут суммарный расход q через первое и второе уплотнения крана.

Сравнивают величину суммарного расхода q с суммой расходов q₁+q₂ через каждое из уплотнений I, II крана.

Для случаев, когда q q₁+q₂, диагностируют наличие утечки газа через уплотнение III в атмосферу.

Таким образом, с помощью способа и устройств для его реализации измеряются расходы q₁, q₂ транспортируемой среды через каждое из уплотнений по ходу газа в отдельности, суммарный расход q через эти уплотнения и расход газа через третье уплотнение, отделяющее внутреннюю полость крана от атмосферы.

Этим достигается поставленный технический результат.