Способ оценки технического состояния трубопровода Российский патент 2024 года по МПК F16L58/00 G01N3/60 G01N11/04 

Изобретение относится к области гидравлики и диагностики трубопроводов, а именно, к способам оценки технического состояния напорных металлических (из стали и серого чугуна) трубопроводов холодного водоснабжения, в том числе, трубопроводов питьевой воды.

Существует целый ряд повреждающих факторов (таких, как коррозия металлических стенок трубопровода, механические дефекты труб, их абразивный износ, образование внутренних отложений на стенке труб и прочие), которые обуславливают поврежденность металлического трубопровода в процессе его эксплуатации и могут привести к его разрушению.

От степени поврежденности трубопровода зависит состояние его функционирования.

Актуальной задачей является разработка способов оценки технического состояния трубопровода по выбранному критерию поврежденности, применяемых для анализа пригодности трубопровода для его дальнейшего функционирования и принятия своевременных мер по предотвращению аварийной ситуации.

Известен способ оценки технического состояния нефте- и газопроводов [RU 2526595].

Данный способ включает количественную оценку интегрального показателя технического состояния трубопровода, позволяющую классифицировать состояние функционирования трубопровода как работоспособное, неработоспособное и предельное, а также планировать необходимые корректирующие мероприятия.

Для определения указанного интегрального показателя выполняют внутритрубное техническое диагностирование (ВТД) и комплексное коррозионное обследование трубопровода. По результатам ВТД устанавливают в зависимости от диаметра трубопровода коэффициент пропорциональности между показателем технического состояния и относительным количеством дефектных труб. В ходе комплексного коррозионного обследования трубопровода выявляют участки с поврежденным защитным покрытием путем измерения по трассе трубопровода с шагом, не превышающим 10 м от внешнего источника. По полученным данным устанавливают коэффициент пропорциональности между относительным количеством дефектных труб и относительной протяженностью поврежденного защитного покрытия. По установленным параметрам определяют интегральный показатель технического состояния, характеризующий поврежденность трубопровода.

Однако рассматриваемый способ является трудоемким, требует обработки большого массива данных и применим для трубопроводов, транспортирующих нефть и газ, но не для трубопроводов холодного водоснабжения.

Известен способ оценки технического состояния металлического стального трубопровода, в частности, трубопровода холодного водоснабжения [RU 2666574], который выбран в качестве ближайшего аналога.

Согласно данному способу о техническом состоянии трубопровода судят по его поврежденности, обусловленной коррозией его металлических стальных стенок.

В качестве критерия поврежденности трубопровода выбрана интенсивность коррозии металла в исследуемой системе водоснабжения.

Согласно данному способу производят количественную оценку указанного критерия поврежденности трубопровода, которую осуществляют с помощью индикаторного образца, выполненного в виде пластины, изготовленной из стали.

При этом определяют фоновое содержание цинка и/или меди на поверхности указанной пластины.

Затем размещают индикаторный образец под струей воды в исследуемой системе водоснабжения и выдерживают пластину до образования прочно прикрепленных к ее поверхности продуктов коррозии.

Далее извлекают индикаторный образец, высушивают его и определяют содержание цинка и/или меди в составе коррозионного осадка на поверхности индикаторного образца.

Сравнивают полученное количественное значение показателя интенсивности коррозии с фоновым содержанием цинка и/или меди на поверхности индикаторного образца, которое принимают за базисное значение указанного параметра при указанном сравнении. Об интенсивности коррозии судят по увеличению содержания цинка и/или меди в составе коррозионного осадка на поверхности индикаторного образца.

На основании проведенного сравнения оценивают техническое состояние трубопровода (сильная коррозия, слабая коррозия, коррозия отсутствует) и планируют соответствующие корректирующие мероприятия.

Недостатком данного способа является то, что оценка поврежденности трубопровода основана на исследовании только одного повреждающего фактора - коррозии металла, что снижает точность оценки технического состояния трубопровода.

Технической проблемой, решаемой при реализации изобретения, является повышение точности оценки технического состояния трубопровода и возможности его функционирования.

Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что в способе оценки технического состояния трубопровода, включающем определение количественного значения критерия поврежденности трубопровода, используемого для оценки его технического состояния, сравнение полученного количественного значения критерия поврежденности трубопровода с его базисным значением, выбранным в качестве базы для сравнения, и оценку технического состояния трубопровода на основании указанного сравнения, согласно изобретению в качестве критерия для оценки технического состояния трубопровода используют коэффициент гидравлической эффективности его эксплуатации К_эф, который учитывает изменение гидравлических характеристик трубопровода в зависимости от толщины слоя внутренних отложений в нем, при этом измеряют характеристики трубопровода, включающие толщину слоя внутренних отложений в трубопроводе и фактический расход потока в нем, определяют расчетное количественное значение указанного критерия с учетом измеренных характеристик трубопровода по формуле

,

где:

i_p - расчетный гидравлический уклон трубопровода или расчетные потери напора на трение по длине трубопровода на момент начала его эксплуатации,

- расчетный внутренний диаметр трубопровода на момент начала его эксплуатации,

V_p - расчетная скорость потока в трубопроводе на момент начала его эксплуатации,

i_ф - фактический уклон трубопровода или фактические потери напора на трение по длине трубопровода на момент измерения его характеристик,

- фактический внутренний диаметр трубопровода с учетом толщины слоя внутренних отложений на момент измерения его характеристик,

V_ф - фактическая скорость потока в трубопроводе на момент измерения его характеристик,

сравнивают полученное расчетное количественное значение указанного критерия К_эф с его базисным значением К_{эф базис}, величина которого выбрана К_{эф базис} = 0,95, и по результатам указанного сравнения оценивают техническое состояние трубопровода, характеризующее возможность его функционирования, причем в случае, когда К_эф≥0,95, техническое состояние трубопровода оценивают как работоспособное, а в случае, когда К_эф≤0,95, техническое состояние трубопровода оценивают, как критическое, требующее для обеспечения его работоспособности проведения мероприятий по предупреждению дальнейшего образования внутренних отложений в трубопроводе.

Принципиально важным в заявляемом способе является то, что для оценки технического состояния трубопровода в качестве критерия его поврежденности используют коэффициент гидравлической эффективности эксплуатации трубопровода К_эф.

Указанный коэффициент К_эф применяется в гидравлических исследованиях, является безразмерной величиной и характеризует изменение гидравлических характеристик трубы в зависимости от толщины слоя внутренних отложений [см., например, ж. Инженерные системы, №4, 2022 г.. стр. 26 - 28, патент RU 2807163].

Внутренние отложения на стенке трубопровода возникают вследствие воздействия на трубопровод в процессе его эксплуатации целого ряда факторов, обусловленных наличием в текучей среде механических примесей, веществ неорганической и органической природы, а также протекающими в указанной среде физико-химическими и микробиологическими процессами.

В результате указанного воздействия на внутренней поверхности трубопровода накапливаются отложения, включающие осадки нерастворимых химических соединений, механические взвеси, продукты коррозии металла, посторонние примеси, микробиопленки, образующиеся как следствие жизнедеятельности бактерий, и прочее.

Внутренние отложения на стенке трубы (нарост) ведут к сужению внутреннего диаметра трубы, изменению значений гидротехнических характеристик труб, повышению давления выше установленного рабочего значения, и, в крайнем случае, на каком - то участке могут полностью «забить» просвет трубы и привести к ее прорыву.

Таким образом техническое состояние трубопровода в сильной степени зависит от величины слоя внутренних отложений в нем.

Используемый в заявляемом способе критерий поврежденности К_эф рассчитывается по формуле:

и характеризует отношение значений характеристик расчетного гидравлического потенциала (i_p, V_p) трубопровода на момент начала его эксплуатации к значениям фактического гидравлического потенциала находящегося в эксплуатации трубопровода (i_ф, V_ф) с отложениями на момент его исследования.

Указанные выше гидравлические характеристики металлического трубопровода, на основании которых вычисляется коэффициент гидравлической эффективности эксплуатации трубопровода К_эф, рассчитываются по известным в гидравлике формулам с использованием результатов измерения фактического расхода в трубопроводе q_ф и фактической толщины слоя внутренних отложений в нем δ_ф.

Следует отметить, что используемый в заявляемом изобретении критерий поврежденности К_эф, характеризующий изменение гидравлических характеристик трубы в зависимости от толщины внутренних отложений, является комплексным показателем технического состояния трубопровода, поскольку на величину указанного показателя оказывает влияние целый ряд повреждающих факторов, обуславливающих возникновение внутренних отложений в трубопроводе. Это повышает точность и качество оценки технического состояния трубопровода, характеризующего возможность его функционирования.

Используемое в заявляемом способе базисное значение для коэффициента гидравлической эффективности эксплуатации трубопровода К_{эф базис} = 0,95 получено на основании обработки большого массива опытных данных (экспертных оценок), накопленных специалистами в области эксплуатации металлических трубопроводов холодного водоснабжения за длительный период (10-15 лет) эксплуатации.

Таким образом, техническим результатом, полученным при реализации заявляемого способа, является повышение точности оценки технического состояния трубопровода и возможности его дальнейшего функционирования.

Способ осуществляют следующим образом.

На выбранном участке сети холодного водоснабжения осуществляют техническую диагностику металлического изношенного трубопровода в процессе его эксплуатации, при этом измеряют фактическую толщину слоя отложений δ_ф в трубопроводе и фактический расход рабочей среды q_ф в нем.

Измерение осуществляют, в частности, с помощью ультразвукового переносного расходомера в комплекте с толщиномером.

На основании технической документации определяют расчетный внутренний диаметр трубопровода на момент ввода его в эксплуатацию.

Используют полученные данные для вычисления значений расчетных и фактических гидравлических характеристик трубопровода, а также расчетного количественного значения коэффициента гидравлической эффективности эксплуатации трубопровода К_эф по известным в гидравлике формулам.

При этом полученные данные заводят в вычислительное устройство, в частности, в ПК, с помощью которого осуществляют автоматизированный расчет значений указанных величин по специальной программе.

Сравнивают расчетное количественное значение К_эф с его базисным значением

К_{эф базис} = 0,95.

В случае, когда К_эф ≥ 0,95, техническое состояние трубопровода оценивают как работоспособное.

В случае, когда К_эф < 0,95, техническое состояние трубопровода оценивают, как критическое, требующее для обеспечения его работоспособности проведения мероприятий по предупреждению дальнейшего образования слоя внутренних отложений в трубопроводе.

Для сравнительного анализа расчетного количественного значения К_эф с базисным значением К_{эф базис} = 0,95, может быть использовано вычислительное устройство, в частности, ПК, с помощью которого указанное сравнение осуществляется в автоматизированном режиме по специальной программе.

Пример 1.

Осуществляли оценку технического состояния металлического трубопровода сети холодного водоснабжения, характеризующую возможность его функционирования, в процессе эксплуатации трубопровода на выбранном участке сети.

Проводили техническую диагностику трубопровода на выбранном участке водопроводной сети, в ходе которой измеряли фактическую толщину слоя внутренних отложений δ_ф и фактический расход потока жидкости q_ф в изношенном трубопроводе с отложениями:

величина δ_ф составила 2,0 мм;

величина q_ф составила 0,15 м³/с.

На основании технической документации определяли расчетный внутренний диаметр трубопровода на момент ввода его в эксплуатацию (нового трубопровода).

Величина составила 0,400 м;

Полученные данные заводили в ПК.

На основании полученных данных определяли значения фактических гидравлических характеристик i_ф, , V_ф изношенного трубопровода и расчетных гидравлических характеристик i_p, , V_p нового трубопровода, а также значение коэффициента гидравлической эффективности эксплуатации трубопровода К_эф по известным в гидравлике формулам, используя для расчета величину фактического внутреннего диаметра изношенного трубопровода , которая составила 2,0 мм и величину расхода жидкости q_ф, равную 0,15 м³/сек.

Расчет осуществляли с помощью ПК по специальной программе.

Расчетное значение К_эф составило 0,98.

Сравнивали расчетное значение К_эф с базисным значением К_{эф базис} = 0,95.

К_эф=0,98>К_{эф базис} = 0,95.

По результатам сравнения оценили техническое состояние трубопровода, как работоспособное.

Пример 2.

Осуществляли оценку технического состояния металлического трубопровода сети холодного водоснабжения, характеризующую возможность его функционирования, в процессе эксплуатации трубопровода на выбранном участке сети.

Проводили техническую диагностику трубопровода на выбранном участке водопроводной сети, в ходе которой измеряли толщину фактического слоя внутренних отложений δ_ф и фактический расход потока жидкости q_ф в изношенном трубопроводе с отложениями:

величина δ_ф составила 7,0 мм;

величина q_ф составила 0,15 м³/с.

На основании технической документации определяли расчетный внутренний диаметр трубопровода на момент ввода его в эксплуатацию (нового трубопровода).

Величина составила 0,400 м;

Полученные данные заводили в ПК.

На основании полученных данных определяли значения фактических гидравлических характеристик i_ф, , V_ф изношенного трубопровода и расчетных гидравлических характеристик i_p, , V_p нового трубопровода, а также значение коэффициента гидравлической эффективности эксплуатации трубопровода К_эф по известным в гидравлике формулам, используя для расчета величину фактического внутреннего диаметра изношенного трубопровода , которая составила 0,386 м и величину расхода жидкости q_ф, равную 0,15 м³/сек.

Расчет осуществляли с помощью ПК по специальной программе.

Расчетное значение К_эф составило 0,87.

Сравнивали расчетное значение К_эф с базисным значением К_{эф базис} = 0,95.

0,87 < К_{эф базис} = 0,95.

По результатам сравнения оценили техническое состояние трубопровода, как критическое, требующее для обеспечения его работоспособности проведения мероприятий по предупреждению дальнейшего образования слоя внутренних отложений в трубопроводе.

В частности, для предупреждения дальнейшего образования внутренних отложений в трубопроводе осуществляли ввод химического реагента в поток транспортируемой по трубопроводу жидкости, образующего на внутренней поверхности трубопровода препятствующую дальнейшему зарастанию трубопровода пленку,

В качестве указанного реагента использовали средство на основе полигексаметиленгуанидина гидрохлорида (ПГМГ - ГХ).

Указанный реагент способен к образованию на внутренней поверхности трубопровода стабильной микропленки, при этом он обладает сильными обеззараживающими свойствами и пригоден для использования даже в водопроводах питьевой воды.

Ввод указанного реагента осуществляли в два этапа: через осветители воды любого типа при ее коагулировании и через резервуары чистой воды при бактерицидной обработке воды, прошедшей через комплекс очистных сооружений.

На первом этапе реагент вводили через осветители воды в дозе 0,01-0,02 мг/л.

На втором этапе реагент вводили в трубопровод перед резервуаром чистой воды в дозе 0,05-0,06 мг/л.

Изобретение относится к области гидравлики и диагностики трубопроводов, а именно к способам оценки технического состояния напорных металлических (из стали и серого чугуна) трубопроводов холодного водоснабжения, в том числе трубопроводов питьевой воды. Сущность: осуществляют определение количественного значения критерия поврежденности трубопровода, используемого для оценки его технического состояния, сравнение полученного количественного значения критерия поврежденности трубопровода с его базисным значением, выбранным в качестве базы для сравнения, и оценку технического состояния трубопровода на основании указанного сравнения. В качестве критерия для оценки технического состояния трубопровода используют коэффициент гидравлической эффективности его эксплуатации, который учитывает изменение гидравлических характеристик трубопровода в зависимости от фактической толщины слоя внутренних отложений в нем, при этом измеряют характеристики трубопровода, включающие толщину слоя внутренних отложений в трубопроводе и фактический расход потока в нем, определяют количественное значение указанного критерия с учетом измеренных характеристик трубопровода по формуле. Сравнивают полученное расчетное количественное значение указанного критерия К_эф с его базисным значением К_{эф базис}, величина которого выбрана К_{эф базис}=0,95, и по результатам указанного сравнения оценивают техническое состояние трубопровода, характеризующее возможность его функционирования, причем в случае, когда К_эф≥0,95, техническое состояние трубопровода оценивают как работоспособное, а в случае, когда К_эф<0,95, техническое состояние трубопровода оценивают как критическое, требующее для обеспечения его работоспособности проведения мероприятий по предупреждению дальнейшего образования внутренних отложений в трубопроводе. Технический результат: повышение точности оценки технического состояния трубопровода и возможности его дальнейшего функционирования.

Способ оценки технического состояния трубопровода, включающий определение количественного значения критерия поврежденности трубопровода, используемого для оценки его технического состояния, сравнение полученного количественного значения критерия поврежденности трубопровода с его базисным значением, выбранным в качестве базы для сравнения, и оценку технического состояния трубопровода на основании указанного сравнения, отличающийся тем, что в качестве критерия для оценки технического состояния трубопровода используют коэффициент гидравлической эффективности его эксплуатации К_эф, который учитывает изменение гидравлических характеристик трубопровода в зависимости от фактической толщины слоя внутренних отложений в нем, при этом измеряют характеристики трубопровода, включающие толщину слоя внутренних отложений в трубопроводе и фактический расход потока в нем, определяют количественное значение указанного критерия с учетом измеренных характеристик трубопровода по формуле

,

где i_p - расчетный гидравлический уклон трубопровода или расчетные потери напора на трение по длине трубопровода на момент начала его эксплуатации,

- расчетный внутренний диаметр трубопровода на момент начала его эксплуатации,

V_p - расчетная скорость потока в трубопроводе на момент начала его эксплуатации,

i_ф - фактический уклон трубопровода или фактические потери напора на трение по длине трубопровода на момент измерения его характеристик,

- фактический внутренний диаметр трубопровода на момент измерения его характеристик,

V_ф - фактическая скорость потока в трубопроводе на момент измерения его характеристик, сравнивают полученное количественное значение указанного критерия К_эф с его базисным значением К_{эф базис}, величина которого выбрана К_{эф базис} = 0,95, и по результатам указанного сравнения оценивают техническое состояние трубопровода, характеризующее возможность дальнейшего его функционирования, причем в случае, когда К_эф≥0,95, техническое состояние трубопровода оценивают как работоспособное, а в случае, когда К_эф<0,95, техническое состояние трубопровода оценивают как критическое, требующее для обеспечения его работоспособности проведения мероприятий по предупреждению дальнейшего образования слоя внутренних отложений в трубопроводе.