СИСТЕМА И СПОСОБ КОНТРОЛЯ НАГРУЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ УЧАСТКА МАГИСТРАЛЬНОГО ТРУБОПРОВОДА Российский патент 2024 года по МПК F17D5/00 

Заявленная группа изобретений относится к области трубопроводного транспорта и может быть использована для постоянного или периодического мониторинга состояния магистрального трубопровода, в частности, для контроля механических напряжений, возникающих в стенках трубопровода, оценки запаса прочности трубопровода при различных режимах эксплуатации, а также при воздействии на трубопровод неблагоприятных геотехнических факторов.

Из уровня техники известны компенсаторы для трубопровода по патентам на полезную модель RU №116957 U1, МПК: F16L 51/00, опубл. 10.06.2012 и RU №141422 U1, МПК: F16L 51/00, опубл. 10.06.2014, включающие дугообразный упруго искривленный участок трубопровода, уложенный в траншею и изолированный от стенок траншеи упруго деформируемым материалом.

Известные компенсаторы для трубопровода позволяют осуществлять компенсацию напряжений в металле труб, возникающих от действия разности температур и изменения давления при эксплуатации трубопровода за счет свободных перемещений подземного трубопровода в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

Недостатком известных технических решений является отсутствие возможности мониторинга изменений напряженно-деформированного состояния объекта.

Из уровня техники также известен способ предохранения опасных участков магистральных трубопроводов от перенапряжения, включающий контроль основного трубопровода с помощью установленных на нем датчиков, врезку в опасный участок трубопровода предохранительнойкатушки, выполненной из трубы диаметром и длиной, равной диаметру основного трубопровода со сварным контрольным стыком посредине, и толщиной меньше толщины основного трубопровода в пределах от 30 до 60% толщины основного трубопровода и устройство для осуществления способа предохранения опасных участков магистральных трубопроводов от перенапряжения, содержащее основной трубопровод, сильфонный компенсатор и датчики, при этом предохранительная система включает две задвижки с системой автоматического аварийного закрытия, предохранительную катушку со сварным стыком, датчики контроля напряжений на последнем, датчики передачи сигналов разрушения контрольного шва на систему ААЗ и датчики передачи аварийной ситуации на диспетчерский пункт, (патент RU №2143631 C1, МПК: F16L 57/00, опубл.27.12.1999).

Из уровня техники известен способ предохранения опасных участков магистральных трубопроводов от перенапряжения, включающий контроль основного трубопровода с помощью установленных на нем датчиков, врезку в опасный участок трубопровода предохранительной катушки с концентратором напряжений в виде кольцевой проточки по диаметру трубопровода, при этом предохранительная катушка выполнена из трубы диаметром и толщиной, равными основному трубопроводу и устройство для осуществления способа предохранения опасных участков магистральных трубопроводов от перенапряжения, содержащее основной трубопровод, сильфонный компенсатор, предохранительную систему, состоящую из двух задвижек автоматического аварийного закрытия, предохранительную катушку и датчики, при этом предохранительная катушка снабжена искусственно созданным концентратором напряжений в виде кольцевой проточки, при этом глубина проточки определяется прочностью трубы при рабочем давлении (патент RU №2247891 С2 МПК: F16L 57/00, опубл. 10.03.2005).

Вышеуказанный способ и устройство предохранения участков магистральных трубопроводов от перенапряжения могут быть приняты в качестве прототипа.

Технические решения, раскрытые в наиболее близком аналоге заявляемой группы изобретений, обеспечивают предохранение участков магистральных трубопроводов от напряжений, однако не решают проблему осуществления возможности мониторинга изменений напряженно-деформированного состояния объекта.

Технической проблемой, на решение которой направлена заявленная группа изобретений, является создание способа и системы, обеспечивающих постоянный или периодический мониторинг механических напряжений на участках магистрального трубопровода.

Техническим результатом, достигаемым при осуществлении заявленной группы изобретений, является повышение безопасности эксплуатации магистрального трубопровода и своевременной организации его восстановления за счет обеспечения возможности определения запаса прочности и эксплуатационной надежности посредством компенсатора магистрального трубопровода и анализа возникновения предельных напряженных состояний.

Указанный технический результат достигается тем, что система для контроля нагруженного состояния участка магистрального трубопровода, содержащая компенсатор, установленный на участке магистрального трубопровода, согласно изобретению она снабжена блоком преобразователя, блоком обработки информации, передающим устройством телемеханики и диспетчерским пунктом, связанными друг с другом посредством проводов, при этом компенсатор представляет собой уложенный на опоры по упруго искривленному контуру участок магистрального трубопровода, состоящий из двух прямолинейных участков, сопряженных между собой криволинейным участком, по границам которого врезаны две интеллектуальные вставки, каждая из которых состоит из измерительного патрубка и блока вторичныхпреобразователей, связанных между собой соединительными кабелями, при этом каждый измерительный патрубок выполнен в виде отрезка трубопровода с установленными на нем по периметру под углом 120° тремя розетками, в корпусе каждой из которых закреплены один датчик для измерения температуры стенки трубопровода и три тензодатчика, выполненные с возможностью контроля напряженно-деформированного состояния магистрального трубопровода и передачи сигнала о нагруженном состоянии его участка на блок вторичных преобразователей, при этом последний выполнен с возможностью преобразования частотного сигнала датчиков температуры и тензодатчиков в цифровой вид и формирования информации о возникновении и величине напряженно-деформированного состояния магистрального трубопровода, вызванного расширением и/или сжатием стенок магистрального трубопровода, причем блок обработки информации, выполнен с возможностью определения на основании полученной информации количества циклов знакопеременных нагрузок компенсатора, а также возникновения предельного либо близкого к предельному напряженного состояния магистрального трубопровода, а передающее устройство телемеханики выполнено с возможностью передачи полученной информации на диспетчерский пункт.

Указанный технический результат достигается также посредством способа контроля нагруженного состояния участка магистрального трубопровода с использованием вышеуказанной системы устанавливают на участке магистрального трубопровода компенсатор, представляющий собой уложенный на опоры по упруго искривленному контуру участок магистрального трубопровода, состоящий из двух прямолинейных участков, сопряженных между собой криволинейным участком, по границам которого осуществляют врезку двух интеллектуальных вставок, каждая из которых состоит из измерительного патрубка и блока вторичных преобразователей, связанных между собой соединительными кабелями, при этом каждый измерительный патрубок выполнен в виде отрезка трубопровода сустановленными на нем по периметру под углом 120° тремя розетками, в корпусе каждой из которых закреплены один датчик для измерения температуры стенки трубопровода и три тензодатчика, для контроля напряженно-деформированного состояния магистрального трубопровода, которые передают сигнал о нагруженном состоянии магистрального трубопровода за счет отклонения компенсатора от состояния покоя на блок вторичных преобразователей, при этом последний выполняет преобразование частотного сигнала датчиков температуры и тензодатчиков в цифровой вид для получения информации о возникновении и величине напряженно-деформированного состояния магистрального трубопровода, вызванного расширением и/или сжатием его стенок, далее от блока вторичных преобразователей информацию передают на блок обработки информации, где проводят ее обработку с определением количества циклов знакопеременных нагрузок компенсатора, а также с определением возникновения предельного либо близкого к предельному напряженного состояния магистрального трубопровода, осуществляют запись полученной информации и ее передачу посредством передающего устройства телемеханики на диспетчерский пункт.

Дополнительно контроль напряженно-деформированного состояния магистрального трубопровода осуществляют периодически или постоянно.

Описание сущности изобретения.

В местах расположения участков трубопроводов, установленных на опорах, необходимо определять величину продольных перемещений, возникающих от воздействия внутреннего давления и изменения температуры металла труб. Продольные перемещения должны учитываться при расчете указанных конструктивных элементов, присоединяемых к трубопроводу. Для уменьшения продольных перемещений трубопровода предусматривают различные мероприятия, в том числе установку открытых компенсаторов.

Применение компенсаторов на опорах решает задачу исключения нагрузок, вызванных продольным перемещением магистрального трубопровода. Однако, при этом возникает риск, связанный с вертикальными перемещениями в результате соскальзывания трубопровода с опор, разрушением опор и изменением высотного положения опор, связанным с пучением и просадкой грунтов. Для всестороннего анализа рисков и обеспечения безопасной эксплуатации магистрального трубопровода предложена заявленная группа изобретений осуществления контроля нагруженного состояния компенсаторов в продольном и вертикальном направлении с установкой на компенсаторе интеллектуальных вставок для магистральных трубопроводов.

Каждая интеллектуальная вставка обеспечивает постоянный или периодический контроль механических напряжений, возникающих в стенках трубы, оценку надежности трубопровода при различных режимах эксплуатации. Также контроль механических напряжений осуществляется при воздействии на трубопровод неблагоприятных геотехнических факторов, например, при нарушении условий залегания трубопровода на оползневых участках, на участках активных карстовых процессов суффозного и термического происхождения, на береговых участках, на подрабатываемых территориях и т.п.

Постоянный или периодический мониторинг магистрального трубопровода с применением интеллектуальных вставок позволяет своевременно выявлять изменения в продольном и вертикальном направлении участков МТ, установленных на опорах, в режиме реального времени и в случае возникновения предельного, либо приближенного к предельному напряженного состояния МТ (вызванного разрушением опор, их смещением и т.д.) проводить мероприятия, направленные на восстановление безопасной эксплуатации магистрального трубопровода.

Для решения вышеуказанных проблем предлагается установка на компенсаторе интеллектуальных вставок, оборудованных системой розеток с тензодатчиками, что позволит обеспечить непрерывный, а такжеоперативный мониторинг и контроль механических напряжений, возникающих в стенках трубы, оценку запаса прочности трубопровода при различных режимах эксплуатации.

Кроме того, интеллектуальные вставки с розетками и тензодатчиками вводятся в конструкцию компенсатора для определения количества циклов знакопеременной нагрузки, которые выдержал компенсатор за время своей эксплуатации, что определяет время его замены и техническое состояние в целом.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена система для контроля нагруженного состояния участка, при помощи которой может быть реализован заявленный способ контроля нагруженного состояния участка магистрального трубопровода. Система для контроля нагруженного состояния участка трубопровода включает связанные между собой конструктивные элементы, обозначенные следующими позициями:

1 - магистральный трубопровод,

2 - компенсатор,

3, 4 - интеллектуальные вставки,

5 - розетки,

6 - блок вторичных преобразователей,

7 - блок обработки информации,

8 - передающее устройство телемеханики.

Система для контроля нагруженного состояния участка магистрального трубопровода включает компенсатор 2, установленный на участке магистрального трубопровода 1 и выполненный в виде уложенного на опоры по упруго искривленному контуру участок магистрального трубопровода, состоящий из двух прямолинейных участков, сопряженных между собой криволинейным участком.

В компенсатор 2 по его границам врезаны две интеллектуальные вставки 3, 4. Такая установка интеллектуальных вставок обеспечивает возможность подтверждения полученной информации об определении запаса прочности и эксплуатационной надежности компенсатора магистральноготрубопровода, а также проведения анализа возникновения предельных напряженных состояний, что повышает эффективность работы компенсатора. Каждая интеллектуальная вставка 3, 4 состоит из измерительного патрубка и блока вторичных преобразователей, связанных между собой соединительными кабелями, при этом каждый измерительный патрубок выполнен в виде отрезка трубопровода с установленными на нем по периметру под углом 120° тремя розетками, в корпусе каждой из которых закреплены один датчик для измерения температуры стенки трубопровода и три тензодатчика для непрерывного или периодического контроля напряженно-деформированного состояния трубопровода. Такая установка розеток обеспечивает возможность сбора статистических данных пригодных для обработки и проведения анализа возникновения предельных напряженных состояний, что способствует повышению эффективности работы компенсатора.

Компенсатор 2 с двумя интеллектуальными вставками 3, 4, на которых установлены розетки 5, связан по каналу передачи информации с блоком вторичных преобразователей 6, соединенным через блок обработки информации 7 с передающим устройством телемеханики 8.

Розетки 5 предназначены для измерения напряженно-деформированного состояния магистрального трубопровода, вызванного растяжением и/или сжатием стенки компенсатора. Измеренную информацию о сигнале нагруженного состояния магистрального трубопровода посредством компенсатора розетки 5 передают с определенной периодичностью на блок вторичных преобразователей 6, который соединен с блоком обработки информации 7, с последующей передачей на передающее устройство телемеханики 8 и от последнего на диспетчерский пункт (на чертеже не показан).

Заявленный способ контроля нагруженного состояния участка магистрального трубопровода осуществляют следующим образом.

На участке магистрального трубопровода 1, которые выявляют по предварительно произведенным расчетам, устанавливают компенсатор 2, вкоторый осуществляют врезку двух интеллектуальных вставок 3, 4, выполненных в виде измерительного патрубка и блока вторичных преобразователей трубопровода с установленными на ней розетками 5. Посредством розеток в заданные моменты времени осуществляют измерение напряженно-деформированного состояния магистрального трубопровода 1, вызванного растяжением и/или сжатием стенок магистрального трубопровода.

Далее измеренную информацию передают в виде сигнала о нагруженном состоянии компенсатора 2 на блок вторичных преобразователей 6 и проводят первичную обработку полученной информации в блоке обработки информации 7. Затем по каналам передачи информации через передающее устройство телемеханики 8 она передается в диспетчерский пункт. С помощью компьютерной программы осуществляется анализ полученной информации и определение количества циклов знакопеременных нагрузок, которые выдержал компенсатор 2 за время своей эксплуатации, а также обнаружение возникновения предельного либо близкого к предельному напряженного состояния магистрального трубопровода 1.

Передающее устройство телемеханики 8 передает на диспетчерский пункт информацию, определенную блоком обработки информации 7, о величине циклической нагрузки данного компенсатора 2, а также о значении оставшегося срока безопасной эксплуатации компенсатора 2 исходя из нормативных требований. Кроме того, блок обработки информации 7 может определять момент возникновения продолжающегося опасного нагружения компенсатора 2, при котором срок его безопасной эксплуатации резко сокращается.

В случае возникновения риска аварийной ситуации, при которой возникло предельное либо близкое к предельному напряженное состояние компенсатора 2, передающее устройство телемеханики 8 сформирует и направит оператору в диспетчерский пункт предупреждающий сигнал для оперативного устранения критического напряжения в компенсаторе 2.

Таким образом, заявленная группа изобретений обеспечивает возможность определения запаса прочности и эксплуатационной надежности за счет компенсатора магистрального трубопровода, а также своевременный анализ возникновения предельных напряженных состояний, влияющий на безопасную эксплуатацию магистрального трубопровода и позволяющий оперативно организовать устранение аварийных ситуаций.

Заявленная группа изобретений относится к области трубопроводного транспорта и может быть использована для постоянного и/или периодического мониторинга состояния магистрального трубопровода. Способ контроля нагруженного состояния участка магистрального трубопровода включает установку компенсатора на участке магистрального трубопровода и врезку двух интеллектуальных вставок. Интеллектуальная вставка состоит из измерительного патрубка и блока вторичных преобразователей, связанных между собой соединительными кабелями, при этом каждый измерительный патрубок выполнен в виде отрезка трубопровода с установленными на нем по периметру под углом 120° тремя розетками, в корпусе каждой из которых закреплены один датчик для измерения температуры стенки трубопровода и три тензодатчика, для контроля напряженно-деформированного состояния магистрального трубопровода, которые передают сигнал о нагруженном состоянии магистрального трубопровода за счет отклонения компенсатора от состояния покоя на блок вторичных преобразователей, при этом последний выполняет преобразование частотного сигнала датчиков температуры и тензодатчиков в цифровой вид для получения информации о возникновении и величине напряженно-деформированного состояния магистрального трубопровода, вызванного расширением и/или сжатием его стенок, далее от блока вторичных преобразователей информацию передают на блок обработки информации, где проводят ее обработку с определением количества циклов знакопеременных нагрузок компенсатора, а также с определением возникновения предельного либо близкого к предельному напряженного состояния магистрального трубопровода осуществляют запись полученной информации и ее передачу посредством передающего устройства телемеханики на диспетчерский пункт. Обеспечивается повышение безопасности эксплуатации магистрального трубопровода и своевременной организации его восстановления. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Система для контроля нагруженного состояния участка магистрального трубопровода, содержащая компенсатор, установленный на участке магистрального трубопровода, отличающаяся тем, что она снабжена блоком преобразователя, блоком обработки информации, передающим устройством телемеханики и диспетчерским пунктом, связанными друг с другом посредством проводов, при этом компенсатор представляет собой уложенный на опоры по упруго искривленному контуру участок магистрального трубопровода, состоящий из двух прямолинейных участков, сопряженных между собой криволинейным участком, по границам которого врезаны две интеллектуальные вставки, каждая из которых состоит из измерительного патрубка и блока вторичных преобразователей, связанных между собой соединительными кабелями, при этом каждый измерительный патрубок выполнен в виде отрезка трубопровода с установленными на нем по периметру под углом 120° тремя розетками, в корпусе каждой из которых закреплены один датчик для измерения температуры стенки трубопровода и три тензодатчика, выполненные с возможностью контроля напряженно-деформированного состояния магистрального трубопровода и передачи сигнала о нагруженном состоянии его участка на блок вторичных преобразователей, при этом последний выполнен с возможностью преобразования частотного сигнала датчиков температуры и тензодатчиков в цифровой вид и формирования информации о возникновении и величине напряженно-деформированного состояния магистрального трубопровода, вызванного расширением и/или сжатием стенок магистрального трубопровода, причем блок обработки информации выполнен с возможностью определения на основании полученной информации количества циклов знакопеременных нагрузок компенсатора, а также возникновения предельного либо близкого к предельному напряженного состояния магистрального трубопровода, а передающее устройство телемеханики выполнено с возможностью передачи полученной информации на диспетчерский пункт.

2. Способ контроля нагруженного состояния участка магистрального трубопровода посредством системы по п. 1, характеризующийся тем, что устанавливают на участке магистрального трубопровода компенсатор, представляющий собой уложенный на опоры по упруго искривленному контуру участок магистрального трубопровода, состоящий из двух прямолинейных участков, сопряженных между собой криволинейным участком, по границам которого осуществляют врезку двух интеллектуальных вставок, каждая из которых состоит из измерительного патрубка и блока вторичных преобразователей, связанных между собой соединительными кабелями, при этом каждый измерительный патрубок выполнен в виде отрезка трубопровода с установленными на нем по периметру под углом 120° тремя розетками, в корпусе каждой из которых закреплены один датчик для измерения температуры стенки трубопровода и три тензодатчика для контроля напряженно-деформированного состояния магистрального трубопровода, которые передают сигнал о нагруженном состоянии магистрального трубопровода за счет отклонения компенсатора от состояния покоя на блок вторичных преобразователей, при этом последний выполняет преобразование частотного сигнала датчиков температуры и тензодатчиков в цифровой вид для получения информации о возникновении и величине напряженно-деформированного состояния магистрального трубопровода, вызванного расширением и/или сжатием его стенок, далее от блока вторичных преобразователей информацию передают на блок обработки информации, где проводят ее обработку с определением количества циклов знакопеременных нагрузок компенсатора, а также с определением возникновения предельного либо близкого к предельному напряженного состояния магистрального трубопровода, осуществляют запись полученной информации и ее передачу посредством передающего устройства телемеханики на диспетчерский пункт.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что контроль напряженно-деформированного состояния магистрального трубопровода осуществляют периодически.

4. Способ по п. 2, отличающийся тем, что контроль напряженно-деформированного состояния магистрального трубопровода осуществляют постоянно.