WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

t x В работе показано, что погрешность вследствие линеаризации составляет не более 10 % от максимального давления.

Для капельной жидкости в уравнениях (2.2) можно принять =const и заменить эти уравнения следующими:

p v - = + 2 av ;

x t (2.3) p v - = c2.

t x Аналогия между движением реальной жидкости в трубах и распределением электрического тока по кабелю позволяет использовать математический аппарат, развитый в электротехнике, для описания распространения импульса давления или скорости в трубопроводной системе.

Предполагая, что выполнены условия разложимости давления р (х, t) и средней скорости v( x,t )) в ряды Фурье, что справедливо для физически осуществимых процессов, решение уравнений (2.3) ищется в виде:

p( x,t ) = pk ( x,t ) = ak ( x ) eikt, k =- k =(2.4) v( x,t ) = vk ( x,t ) = bk ( x )eikt, k =- k = где pk ( x, t ), vk ( x, t ) – k-е гармоники давления и скорости на момент времени t на расстоянии х от начала координат; ak ( x ), bk ( x )— комплексные амплитуды этих гармоник, соответственно равные:

t +T ak ( x ) = p( x, )e-ik d, T t (2.5) t +T 1 bk ( x ) = ( x, )e-ik d, =, T T t где – частота периодического процесса с периодом T, – текущее время.

В результате преобразований получены соотношения pk (x2,t) - pk (x1,t)chk (x2 - x1 ) + Zkvk (x1,t)shk (x2 - x1 ) = 0 ;

(2.6) pk (x1,t) vk (x2,t) - vk (x1,t)chk (x2 - x1 ) + shk (x2 - x1 ) = 0, Zk где k – комплексная постоянная распространения волнового процесса, Zk – комплексный импеданс простого трубопровода бесконечной длины.

Трубопроводная система имеет достаточно сложную структуру и состоит из конструктивных участков, т.е. простых трубопроводов и конструктивных узлов – устройств, нарушающих однородность магистралей (например, к ним относятся места изменения поперечного размера труб, разветвления, резкие повороты, места установки насосов, задвижек, кранов, гидроаккумуляторов и т.п.). В работе приведено решение телеграфного уравнения (2.3) в виде соотношений. Использование этих соотношений позволяет решать задачи о периодических движениях жидкости при общем виде начальных и граничных условий, в том числе для сложных систем трубопроводов.

Разработанная математическая модель использована для решения задачи при распространении импульса давления прямоугольной формы в трубопроводной системе конечной длины.

В работе приведены результаты расчетов процесса распространения импульсов давления прямоугольной формы длительностью в трубопроводе постоянного диаметра d и длины l «без утечек» (рисунок 1), правый конец которого закрыт. Далее описаны результаты теоретических исследований распространения импульса давления прямоугольной формы при наличии «утечки» (рисунок 2). По результатам исследований можно определить расстояние до утечки и другие параметры.

.3.3.0677277 р, Па..2.fp [ x2, ( m1h4 ) ]..1.1.1740677 105 1.0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.m1h0 100 7.4 10- t, c Рисунок 1 - Распределение давления по времени в сечении х0 = 0,1 м для трубопровода постоянного диаметра d = 12,7 мм длиной l = 40 м, заполненного водой, с закрытым правым концом.10 3.3.0681234.10 р, Па.10 2.pp ( x5, h4 m1).10.10 1.1.3419193 105 1.0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.m1h0 100 7.5 10- t, c Рисунок 2 - Распределение давления по времени в сечении х0 = 0,1 м для трубопровода постоянного диаметра d = 12,7 мм длиной l = 40 м, заполненного водой, с закрытым правым концом и «утечкой» на расстоянии х = 25 м Также рассмотрены задачи распространения импульса давления в трубопроводе при наличии поворотов. Построены графики распространения импульсов давления в рассмотренных моделях.

Для оценки волновых процессов, которые могут происходить в реальном нефтепродуктопроводе, выполнено математическое моделирование процесса распространения импульса давления по нефтепродуктопроводу в режиме перекачки. Расчеты по модели показали, что сканирующий импульс от 0,2 до 0,5 МПа может быть использован для обнаружения места утечки.

Третья глава посвящена лабораторным исследованиям волновых процессов в трубопроводе и разработке нового способа определения утечки, основанного на использовании сканирующего импульса.

Для проверки результатов счета по теоретической модели и в связи с тем, что процесс распространения импульсов давления – довольно сложный динамический процесс, с учетом основных положений теории подобия была разработана экспериментальная установка (рисунок 3).

Выпуск воздуха 5 Насос IBM PC Из бака 3 ГИ Дренаж b a Вставка с отверстием d c Компрессор e В бак g f 1-6 – краны; a, b, d, e, f – места установки датчика; с – вставка с отверстием (утечкой);

ГИ – генератор импульсов Рисунок 3 – Схема испытательного стенда Для проведения лабораторных экспериментов разработана методика проведения испытаний и требования к точности, быстродействию и объему запоминающего устройства. На основании требований подобраны аппаратура и датчики давления. В качестве датчиков давления выбраны интеллектуальные датчики давления МТУ фирмы «Грант» и «НТ-Центр» с приведенной погрешностью 0,025% и частотою дискретизации 2,5 мс. Эксперименты проведены с использованием компьютеров IBM PII, PIII и специального программного обеспечения, что позволяет накопить базу данных проведенных экспериментов.

Исследованы волновые процессы на лабораторном стенде при распространении импульсов давления различной амплитуды и длительности, с утечкой и без нее.

На рисунке 4 представлены результаты опытов с датчиком в начале трубопровода при наличии и при отсутствии утечки. На 13,2 секунде опыта открытием отверстия на вставке с организована утечка. На секунде с помощью ГИ посылается импульс повышенного давления. Через одну секунду открытием дренажного крана 3 в генераторе сбрасывается давление.

Передний фронт Задний Опыт фронт без утечки Открытие отверстия утечки Рисунок 4 – Графики изменения давления без утечки и с утечкой Анализ передних фронтов повышения давления (рисунок 5) показывает, что при наличии утечки появляется импульс пониженного давления через 0,025 с от момента посылки волны повышенного давления.

Этот интервал времени соответствует времени пробега волны повышенного давления от датчика до утечки и возвращения отраженного отрицательного импульса назад к датчику давления.

0,Рисунок 5 - Совмещение переднего фронта волны повышенного давления опытов 15б и Сравнение задних фронтов – понижения давления (рисунок 6) показывает, что при наличии утечки появляется импульс пониженного давления через 0,025 с от момента посылки волны пониженного давления.

Далее видны волны пониженного давления, образованные накладкой множества отраженных от различных неоднородностей волн.

Анализ результатов теоретических и экспериментальных исследований показывает на удовлетворительную сходимость их результатов и подтверждает принципиальную возможность обнаружения утечек из трубопроводов с помощью сканирующих импульсов давления.

Заключительный раздел третьей главы посвящен разработке нового способа определения утечек из трубопроводов. На способ диагностирования получен патент RU 2197679 C2.

С помощью предлагаемого способа возможно решение технической задачи повышения вероятности и скорости определения места утечки, зондирования утечек на больших расстояниях от источника гидроударных волн.

0,Рисунок 6 - Совмещение заднего фронта волны повышенного давления опытов 15б и Сущность изобретения заключается в том, что место утечки жидкости из трубопровода определяют по интервалу времени между зондирующей и отраженной гидроударными волнами, которые, согласно изобретению посылают с амплитудой 50 – 6,5106 Па и частотой колебаний в диапазоне от 0,004 Гц до 500 кГц, а расстояние до места утечки определяют по формуле X = v / 2, где X – расстояние до места утечки; – время прохождения волны от источника до приемника; v – скорость волны.

При этом характер утечки определяют по изменению амплитудночастотной и фазо-частотной характеристик отраженного сигнала волнового поля.

Предлагаемое изобретение может быть использовано для диагностики состояния магистральных трубопроводов, а также трубопроводов в нефтедобывающих, нефтеперерабатывающих и нефтехимических производствах.

Четвертая глава посвящена промышленным испытаниям способа определения утечки основанного на использовании сканирующего импульса.

В первом разделе дается характеристика нефтепродуктопровода «Уфа–Камбарка» и существующей системы контроля утечек, разработанной ООО «Компания Телекомнур». Система контроля утечек предназначена для обнаружения утечек на нефтепродуктопроводах на участках между соседними перекачивающими станциями и должна решать следующие задачи:

• оперативное выявление аварийной ситуации на магистральном нефтепродуктопроводе (МНПП), обусловленной негерметичностью МНПП, с определением места утечки;

• оперативное выявление несанкционированных врезок в МНПП с определением места врезки;

• предоставление оперативной информации об утечке или врезке оператору ПС и предупреждение оператора с выдачей звукового и светового сигнала.

Информацией для обнаружения утечек в основной комплектации являются показания датчиков давления. Для контроля давления используются датчики избыточного давления со встроенным контроллером.

Выход измерителя давления преобразуется в цифровую форму с разрешением 0,0001 МПа, частотой опроса до 3 Гц.

Для обнаружения утечек используют метод, который основан на обнаружении “волны расширения”, образуемой при возникновении утечки.

Минимально обнаруживаемую утечку можно определить с погрешностью не более ±300 м; время обнаружения – не более 3 мин с момента возникновения утечки.

Погрешность определения расстояния зависит от величины расхода в месте утечки, от расстояния до ее места и от скорости перекачки. Теоретическая погрешность определения места утечки составляет 0,1 % от длины контролируемого участка (при длине 130 км составляет 130 м). Алгоритм автоматического определения обеспечивает определение места утечки с точностью 1,5 % от длины контролируемого участка. Это определяется дискретностью опроса давления, влиянием скорости течения жидкости, погрешностью синхронизации датчиков и погрешностью обнаружителя. При этом влияние скорости течения составляет 0,1 %, влияние дискретности 1,3 %, погрешность обнаружителя 0,2 %.

Во втором разделе четвертой главы описана программа промышленного испытания способа диагностирования утечки.

Промышленные испытания были выполнены на нефтепродуктопроводе «Уфа–Камбарка» диаметром 325 мм. Датчик давления и источник сканирующего импульса были установлены на камере пуска разделителя на ЛПДС «Черкассы».

Утечку имитировали открытием задвижки на трубопроводе-отводе к нефтебазе «Подымалово». Расстояние от датчика давления до места утечки составляло 47000 м. Испытания выполнялись при перекачке автомобильного бензина АИ-92.

Была выполнена серия испытаний при различных значениях амплитуды и длительности сканирующего импульса. Испытания показали работоспособность предлагаемого способа определения утечек.

В работе выполнен спектральный анализ давления, замеренного с помощью высокочувствительного пьезоэлектрического датчика давления МТУ, установленного рядом с датчиком существующей СКУ на ЛПДС «Черкассы». В качестве примера (рисунки 7 и 8) показан характер изменения спектра исходного сканирующего импульса и отраженного от утечки импульса. На графиках наиболее отчетливо выделяется задний фронт сканирующего импульса (58-я секунда) и отраженный от утечки и возвратившийся на начало трубопровода задний фронт (144-я секунда).

Полученные результаты позволяют сделать вывод о том, что для выявления утечки с помощью сканирующего импульса весьма эффективным оказывается применение спектрального анализа и изучение характера изменения спектра давления во времени.

В заключение четвертой главы даются практические рекомендации по реализации полученных результатов исследований.

0,0,0,1 Гц 0,2 Гц 0,3 Гц 0,52 53 54 55 56 57 58 59 Время, с Рисунок 7 - Изменение во времени величин спектров давления исходного сканирующего импульса для частот 1, 2 и 3 Гц.

0,0,0,0,0,1 Гц 2 Гц 0,3 Гц 0,0,0,0,134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 Время, с Рисунок 8 - Спектры давления для интервала времени, соответствующего поступлению отраженного от утечки (открытого отвода на нефтебазу «Подымалово») Спектр, МПа Спектр, МПа

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 1. Предложенная в работе математическая модель волнового процесса, послужившая основой для разработки нового способа определения утечек и несанкционированных подключений, дает четкое представление о характере распространения импульсов давления в трубопроводах различной сложности с наличием утечек, поворотов, местных сопротивлений.

2. Разработанная экспериментальная установка и выполненные на ней исследования подтвердили обоснованность предложенной математической модели, а сопоставление результатов расчетов и экспериментов показали удовлетворительную сходимость.

3. Разработан новый способ обнаружения места утечки с помощью сканирующих импульсов давления (защищен патентом RU 2197679 C2), позволяющий идентифицировать утечку на ее второй стадии – истечение жидкости с практически постоянным расходом без быстрых перепадов давления, распространяющихся от места отбора.

4. Проведенные промышленные испытания разработанного способа обнаружения утечек из трубопроводов с помощью сканирующего импульса давления на участке трубопровода «Уфа–Камбарка» показали возможность его адаптации к существующей системе контроля утечек, основанной на контроле волновых процессов в трубопроводе.

Установлено, что для выявления утечки с помощью сканирующего импульса весьма эффективным оказывается применение спектрального анализа и изучение характера изменения спектра давления во времени.

Автор благодарит профессоров В. Ф. Галиакбарова и Г. Е. Коробкова за ценные советы и замечания, высказанные ими в процессе выполнения работы.

Основное содержание диссертации опубликовано в 9 научных трудах и 1 патенте РФ:

1. Гольянов А.А., Гольянов А.И. Системы контроля утечек из магистральных трубопроводов // Проблемы нефтегазовой отрасли: Материалы научно-методической конференции./ Редкол.: Ю.М. Абызгильдин и др. – Уфа:

Изд-во УГНТУ, 2000. – С. 174-176.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»