СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТОЛЩИНЫ ОТЛОЖЕНИЙ НА ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ТРУБОПРОВОДОВ Российский патент 2009 года по МПК F17D1/16 G01B17/02 

Изобретение относится к методам неразрушающего контроля и может быть использовано на химических и нефтехимических предприятиях, тепловых, геотермальных и атомных энергоустановках.

Известны способы для определения толщины слоя отложений на внутренней поверхности трубопроводов с помощью ультразвукового оборудования. В частности, к такому способу можно отнести способ измерения толщины слоя отложений на внутренних стенках водопроводных труб [1]. Способ определения толщины отложений заключается в измерении интенсивности прошедших через трубу ультразвуковых колебаний и сравнении ее с интенсивностью ультразвуковых колебаний, прошедших через такую же трубу, заполненную такой же жидкостью, но не имеющую отложений, и по этому сравнению судят о толщине отложений в трубе и о внутреннем проходном сечении трубы.

К недостаткам таких способов можно отнести сложность аппаратурного исполнения, а также необходимость сравнения ультразвукового сигнала, прошедшего через трубу, при наличии отложений и сигнала, прошедшего через трубу, без отложений. Это приводит к определенным затруднениям в работе при оперативной реализации данного способа. Для определения интенсивности ультразвукового сигнала через трубу без отложений необходимо либо заранее до образования отложений проверить сигнал через нее, либо подготовить такую же трубу с водой, но без отложений.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является метод технической диагностики образования отложений на теплопередающей поверхности котлов и конденсаторов турбин [2]. Данный способ определения толщины отложений на внутренней поверхности теплового оборудования заключается в определении температурного напора и тепловой мощности теплообменного аппарата при наличии отложений, температурного напора и тепловой мощности теплообменного аппарата с соответствующей чистой (без отложений) внутренней поверхностью трубы и их сравнении. О толщине отложений судят по изменению термосопротивления теплопередающей стенки теплообменного оборудования.

К недостаткам данного способа определения отложений на внутренней поверхности теплообменного оборудования можно отнести необходимость сравнивать показания измерений до и после образования отложений, а также зависимость результатов измерений от тепловой мощности теплообменного оборудования. Это приводит к снижению точности определения толщины отложений и к невысокой оперативности технического исполнения.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение точности определения толщины отложений на внутренней поверхности трубопроводов, расширение области возможного применения его и оперативность технического исполнения.

Поставленная задача решается благодаря тому, что в способе определения толщины отложений на внутренней поверхности трубопроводов, включающем измерение температуры поверхности трубопровода, на трубопроводе соосно с ним устанавливают источник тепла в виде кольца, снимают градиент температуры в направлении от источника тепла вдоль трубопровода на его поверхности, по которому судят о размерах отложений внутри трубопровода.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 - схема расположения источника тепла и точек на поверхности трубопровода, в которых измеряется температура. На фиг.2 - примерная схема изменения температуры вдоль наружной поверхности трубопровода при разных значениях толщины отложений в трубопроводе.

Способ осуществляется следующим образом. На исследуемом трубопроводе 1 соосно с ним на его наружной поверхности помещен источник тепла 2 в виде кольца (фиг.1).

Тепло излучается источником равномерно по всему кольцу. Начиная с места расположения источника тепла 2, в 4-5 местах измеряется температура (T₁, Т₂, Т₃, Т₄, Т₅) наружной поверхности трубопровода вдоль нее, и строится график зависимости данной температуры от расстояния до источника тепла 2 (фиг.2). Далее по форме кривой изменения температуры судят о размерах отложений внутри трубопровода. Такая оценка позволяет оперативно определить приближенные размеры толщины отложений внутри трубопровода.

Более точный расчет толщины отложений на внутренней поверхности трубопроводов выполняют следующим образом. Поток тепла с наружной поверхности трубопровода намного меньше, чем с внутренней (обычно трубопроводы теплоизолированы и сообщаются с воздухом). Поэтому градиент тепла создается, в основном, за счет съема тепла с внутренней поверхности трубопровода движущейся в нем жидкостью. Этот случай подобен теплопроводности вдоль стержня, обтекаемого жидкостью [3]. Зависимость температурного перепада вдоль трубопровода от расстояния до источника тепла описывается следующим уравнением

где Т_о - температура поверхности трубопровода вдали от источника, T₁ - температура поверхности трубопровода у источника тепла, T - температура поверхности трубопровода вблизи источника тепла на расстоянии х от него.

Величина m определяется коэффициентом k теплопередачи между жидкостью и внутренней стенкой трубопровода, теплопроводностью λ стенки трубопровода, а также площадью поперечного сечения Ω стенки трубопровода и длины Р его внутренней окружности

Коэффициент теплопередачи k находим из известной зависимости [4]:

где α - коэффициент теплоотдачи между жидкостью и стенкой трубопровода,

δ_отл, λ_отл - толщина и теплопроводность отложений соответственно.

Из уравнений (1) и (2) находим выражение для определения коэффициента теплопередачи k

Далее из выражения (3), при известных значениях k, α и λ_отл, определяем искомое значение δ_отл:

Коэффициент теплоотдачи α определяется из соотношения безразмерных чисел Нуссельта (Nu), Рейнольдса (Re) и Прандтля (Pr) для соответствующих условий гидродинамики потока жидкости в трубопроводе [3].

На фиг.2 семейство кривых представлено для турбулентного потока воды в трубопроводе диаметром 200 мм и толщиной стенки 5,5 мм при температуре воды примерно в пределах от 40 до 100°С. Для этих условий по расчету коэффициент теплоотдачи составляет α≈1000 Вт/(м²К).

Преимущество данного способа определения толщины отложений в трубопроводах по сравнению с прототипом заключается еще в том, что нет необходимости в измерении температуры жидкости внутри трубопровода.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить точность определения толщины отложений на внутренней поверхности трубопроводов, расширить область возможного его применения и поднять оперативность технического исполнения за счет того, что на исследуемом трубопроводе соосно с ним устанавливают источник тепла в виде кольца, снимают градиент температуры в направлении от источника тепла вдоль трубопровода на его поверхности, по которому и судят о размерах отложений внутри трубопровода.

Источники информации

1. Патент Российской Федерации RU 02098754 С1, М.Кл. G01B 17/02, 12.10.1997 г.

2. Плисскин Г.И. Метод технической диагностики образования отложений на теплопередающей поверхности котлов и конденсаторов турбин. // Теплоэнергетика, 1990 г., №2, с.34-36.

3. Кутателадзе С.С. Основы теории теплообмена. - Л.: Машгиз - 1962, с.72-74.

4. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача. - М.: Энергоиздат - 1981 г.

Изобретение относится к методам неразрушающего контроля и предназначено для определения толщины отложений на внутренних поверхностях трубопроводов. Сущность изобретения заключается в том, что в способе определения толщины отложений на внутренней поверхности трубопроводов, включающем измерение температуры поверхности трубопровода, на трубопроводе соосно с ним устанавливают источник тепла в виде кольца, снимают градиент температуры в направлении от источника тепла вдоль трубопровода на его поверхности и тем самым судят о размерах отложений внутри трубопровода. Технический результат - повышение точности определения толщины отложений на внутренней поверхности трубопроводов, расширение области возможного применения его и оперативность технического исполнения. 2 ил.

Способ определения толщины отложений на внутренней поверхности трубопроводов, включающий измерение температуры поверхности трубопровода, отличающийся тем, что на трубопроводе соосно с ним устанавливают источник тепла в виде кольца, снимают градиент температуры в направлении от источника тепла вдоль трубопровода на его поверхности, по которым судят о размерах отложений внутри трубопровода.