Способ определения толщины отложений на внутренней стенке трубопроводов и технологического оборудования Российский патент 2023 года по МПК G01B17/02 

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано в области добычи и транспортировки нефте- газо- продуктопроводов, в области нефтехимических производств, на тепловых энергоустановках.

Одной из актуальных проблем в области добычи, транспортировки и хранения нефти и нефтепродуктов, а также иного сырья, является проблема отложений на внутренней стенке трубопроводов и технологического оборудования. Данные отложения выводят трубопроводы и оборудование из оптимального режима работы, а также могут выступать причинами их поломки. Отложения требуют периодической очистки и для организации проведения мероприятий по очистке отложений необходима информация об их толщине.

Известен способ определения толщины отложений по характеру затухания акустической энергии (RU, патент 2257510 С1). Согласно известному способу к внешней поверхности трубопровода подводят акустическую энергию и определяют характер затухания колебаний как для трубопровода с отложениями, так и для участков трубопровода с отложениями известной толщины. Сравнивая эти данные, судят о толщине отложений.

Недостаток данного способа заключается в том, что он не учитывает влияния других физических процессов и явлений (температуры и пр.) на затухание акустических колебаний, что приводит к снижению его точности.

Известен способ определения толщины отложений (который берется за прототип), основанный на измерении частоты колебаний участка объекта исследования (RU, патент 2781414 С1). Согласно известному способу на локальном участке объекта исследования возбуждают и регистрируют свободные колебания. Далее определяют резонансную частоту колебаний и сравнивают ее с частотой колебаний образца с отложениями известной толщины и по результатам сравнения делают вывод о толщине отложений.

Недостаток данного способа заключается в том, что частота колебаний имеет малую скорость изменения и зависит от внешних факторов, таких как температура.

Технический результат настоящего изобретения состоит в повышении точности определения толщины отложений на внутренней поверхности трубопроводов и технологического оборудования.

Технический результат достигается тем, что в способе определения толщины отложений на внутренней стенке трубопроводов и технологического оборудования, при котором на локальном участке объекта контроля возбуждают свободные колебания и регистрируют колебания и определяют их параметры, сравнивая с результатами калибровки устройства, предварительно ультразвуковым способом измеряют толщину стенки объекта контроля для исключения погрешности из-за коррозионного износа и наличия внутренних дефектов и калибруют устройство на образце той же толщины и с теми же акустическими свойствами, что и объект исследования, с отложениями той же природы, но различной толщины, для уточнения математической зависимости параметров колебаний от толщины отложений, отличающийся тем, что производят процесс измерения трех параметров колебаний – частоты колебаний, энергии колебаний и длительности колебаний, толщина отложений определяется по заранее построенным математическим зависимостям данных параметров колебаний от толщины отложений.

Для решения поставленной задачи на локальном участке объекта контроля возбуждают и регистрируют свободные колебания и проводят измерения резонансной частоты колебаний, энергии колебаний и длительности колебаний, полученный результат сравнивают с резонансной частотой, энергией и длительностью колебаний аналогичного объекта, имеющего отложения определенной толщины. Перед проведением измерений ультразвуковым способом измеряется толщина стенки трубопровода для исключения погрешности из-за коррозионного износа и наличия внутренних дефектов и калибруется устройство на образце той же толщины и с теми же акустическими свойствами, что и объект исследования, с отложениями той же природы, но различной толщины, для уточнения математической зависимости частоты колебаний, энергии колебаний и длительности колебаний от толщины отложений.

Проведенные экспериментальные исследования показали прямую отрицательную пропорциональную зависимость между частотой свободных колебаний, энергией колебаний и длительностью колебаний локального участка стенки трубопровода или любого другого технологического оборудования от толщины отложений на его внутренней стенке.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 изображена схема устройства: 1 – объект исследования, 2 – отложения, 3 – пьезоэлектрический преобразователь, 4 – возбудитель колебаний, 5 – приемник колебаний, 6 – корпус датчика, 7 – центральный процессор, 8 – дисплей, 9 – корпус устройства. На фиг. 2 показаны графики зависимостей параметров собственных – частоты колебаний, энергии колебаний и длительности колебаний от толщины отложений, полученные в результате экспериментальных исследований.

Устройство работает следующим образом: для исключения погрешностей, обусловленных утонением стенки объекта исследования (1) в результате коррозионного износа и наличием в стенке внутренних дефектов, проводится ультразвуковая толщинометрия с использованием пьезоэлектрического преобразователя (3). Далее, для уточнения зависимости параметров колебаний локального участка объекта контроля от толщины отложений, проводится калибровка устройства. Датчик (6) ставится на настроечный образец той же толщины и с теми же акустическими характеристиками, что и объект контроля. Возбудитель колебаний (4) возбуждает свободные колебания на локальном участке образца. Свободные колебаний регистрируются приемником колебаний (5) и передаются на центральный процессор (7). Проводится измерение частоты колебаний, энергии колебаний и длительности колебаний. Далее, на образец наносятся отложения с исследуемого объекта контроля и снимаются показания. Показания снимаются с не менее 5 различных толщин. Центральный процессор, используя специальное разработанное программное обеспечение, проводит анализ результатов измерений и устанавливает зависимости между частотой свободных колебаний, энергией и длительностью колебаний локального участка образца и толщиной отложений (фиг. 2).

Процесс контроля осуществляется следующим образом: возбудитель колебаний (4) возбуждает свободные колебания на локальном участке объекта исследования (1), которые регистрируются приемником колебаний (5). Центральный процессор, используя установленные при калибровке устройства математические зависимости, выдает на дисплей (8) результаты измерений толщины отложений (2).

Пример выполнения способа для измерения толщины парафиновых отложений в насосно-компрессорной трубе Ø89х6,5 мм:

а) предварительно проводят измерение толщины стенки объекта контроля пьезоэлектрическим преобразователем. В случае обнаружения дефектов, выбирают другой участок для контроля. Измеренная фактическая толщина определяет выбор толщины настроечного образца для следующего этапа калибровки;

б) на настроечном образце датчиком возбуждают свободные колебания и проводят измерение частоты колебаний, энергии колебаний и длительности колебаний, полученные данные обрабатываются центральным процессором;

в) далее, на настроечный образец наносят парафиновые отложения толщиной 2,5 мм и повторяют операцию «б»;

г) повторяют операции «б» и «в» с толщинами парафиновых отложений 5; 7,5; 10; 12,5 и 15 мм;

д) на основании полученных измерений уточняют математическую зависимость частоты колебаний, энергии колебаний и длительности колебаний стенки трубопровода от толщины отложений;

г) на объекте контроля возбуждают свободные колебания, проводят измерение частоты колебаний, энергии колебаний и длительности колебаний и полученные данные обрабатывают центральным процессором;

е) результаты параметров колебаний стенки объекта контроля сравнивают с результатами, полученными при калибровке устройства и делают вывод о толщине отложений.

Аналогично процесс контроля осуществляется на технологическом оборудовании – технологической обвязке насоса, фильтра и т.д. Также данный способ осуществим для измерения толщины отложений, отличных от парафиновых – солевых, силикатных и др.

Измерения могут проводиться как разовый контроль толщины, так и в режиме непрерывного мониторинга с передачей информации на центральный пункт. Измерения могут проводиться как на магистральных трубопроводах, так и на технологических трубопроводах и технологическом оборудовании.

Использование: для определения толщины отложений на внутренней стенке трубопроводов и технологического оборудования. Сущность изобретения заключается в том, что на локальном участке объекта контроля возбуждают и регистрируют свободные колебания и определяют их параметры, сравнивая с результатами калибровки устройства, предварительно ультразвуковым способом измеряют толщину стенки объекта контроля для исключения погрешности из-за коррозионного износа и наличия внутренних дефектов и калибруют устройство на образце той же толщины и с теми же акустическими свойствами, что и объект исследования, с отложениями той же природы, но различной толщины, для уточнения математической зависимости параметров колебаний от толщины отложений, при этом производят процесс измерения трех параметров колебаний – частоты колебаний, энергии колебаний и длительности колебаний, толщина отложений определяется по заранее построенным математическим зависимостям данных параметров колебаний от толщины отложений. Технический результат: повышение точности определения толщины отложений на внутренних стенках трубопроводов и технологического оборудования. 2 ил.

Способ определения толщины отложений на внутренней стенке трубопроводов и технологического оборудования, при котором на локальном участке объекта контроля возбуждают и регистрируют свободные колебания и определяют их параметры, сравнивая с результатами калибровки устройства, предварительно ультразвуковым способом измеряют толщину стенки объекта контроля для исключения погрешности из-за коррозионного износа и наличия внутренних дефектов и калибруют устройство на образце той же толщины и с теми же акустическими свойствами, что и объект исследования, с отложениями той же природы, но различной толщины, для уточнения математической зависимости параметров колебаний от толщины отложений, отличающийся тем, что производят процесс измерения трех параметров колебаний – частоты колебаний, энергии колебаний и длительности колебаний, толщина отложений определяется по заранее построенным математическим зависимостям данных параметров колебаний от толщины отложений.