Спосіб визначення витоку газу в запірній арматурі газопроводу

Изобретение относится к испытательной технике, а именно, к способам контроля герметичности виброакустическим методом запорной арматуры газопровода. Среди различных источников утечек газа существенную роль играет неплотность затвора запорной арматуры. Краны становятся негерметичны в процессе их эксплуатации от воздействия механических примесей, перемещающихся с транспортируемым газом. На линейных кранах, например, недопустимо нарушение или сбой конечного положения затвора на открытие, так как уплотнения седел затворов кранов, которые недооткрыты или перекрыты, будут нарушены при пропуске очистного устройства и не смогут обеспечить требуемую герметичность. Известно, что запорная арматура является одним из основных источников производственного шума. Шумы кранов часто превышают допустимые санитарные нормы и могут достигать 150 дБ. Особенно сильным источником шума являются краны, имеющие выход на свечу, при истечении газа из трубопровода в атмосферу. Создаваемые внутри запорной арматуры шумы несколько ослабляются при прохождении через стенки трубопровода. Турбулентный режим потока газа, особенно на кранах высокого давления, создает звуковые сигналы в диапазоне частот от 3 до 100 кГц. Величина частотного диапазона обратно пропорциональна размеру щели, и поэтому "микроутечки" обуславливают ультразвуковой диапазон турбулизированной струи, а "обычные" утечки - звуковой. Для крана учитывается снижение уровня шума стенками трубопровода. Шум, возникающий в кране, распространяется вниз и вверх по течению, он заставляет колебаться стенки трубопровода, которые в свою очередь возбуждают шум в окружающей атмосфере. Из-за звукопоглощения и звукоотражения от стенок трубопровода возбуждаемый β атмосфере шум по своему уровню значительно меньше возникающего внутри крана. Величина снижения уровня шума крана стенками трубопровода зависит от жесткости стенки и ее массы, размера и типа крана, расхода перетечки. Известен способ контроля исправности запорной арматуры [Авт.св. СССР № 1352274, кл. G 01 Μ 3/24, опублик. 15.11.87]. по которому определяют регулировочные характеристики задвижек путем фиксации положения задвижек в момент максимума акустического шума. Через арматуру пропускают рабочую среду. На арматуре регистрируют интенсивность шума при ступенчатом изменении положения запорного органа. Фиксируют орган при максимальной интенсивности шума и по этому значению судят об исправности арматуры. Однако, при ступенчатом изменении положения регулирования запорного органа нарушается технологический процесс транспортировки газа. Такое измерение возможно только при остановленном агрегате, компрессорной станции, что приводит к недопоставкам газа или требует обязательного резервного оборудования. Кроме того, приводит к дополнительным потерям газа, связанным с пропуском его через арматуру не в рабочем режиме. Наиболее близким аналогом к заявляемому способу является ультразвуковое обнаружение утечек в кранах ["Power engineering", - 1986. - Voli. 90. - № 8, - С. 35-38]. По данной публикации вибродиагностика позволяет осуществлять контроль состояния запорной арматуры сравнительно дешевым способом. Перетечки в арматуре обычно имеют турбулентный характер и генерируют ультразвуковые сигналы 8 диапазоне 10-100 кГц. Определяют уровень шума на входе и вы ходе крана, и по разности сигналов определяют герметичность или утечки в запорной арматуре. Однако для производства замеров требуется тарировка на стенде, что усложняет оборудование. Предложенным способом невозможно производить точные замеры утечки газа в условиях постороннего производственного шума на работающих компрессорных станциях. Кроме того, уменьшен частотный диапазон за счет фиксации только ультразвуковых колебаний. Задачей изобретения является определение недопустимой величины перетечки газа при повреждении уплотнения и неплотности затвора в запорной арматуре газопровода без остановки газоперекачивающих агрегатов. Поставленная задача решается с помощью функции частотной когеренции обнаружения течи в запорной арматуре для любых тр убопроводов и определения величины расхода по уровню мощности автоспектра виброскорости корпуса крана в заданных полосах частот. На фиг. 1 показана функция когерентности; на фиг. 2 -уровень автоспектра. Способ определения герметичности кранов осуществляется следующим образом. Устанавливают на кране два высокочастотных вибродатчика на расстоянии, равном половине длины волны средней частоты шума перетечки. При измерении используется частотный диапазон 12,5-100 кГц, составляющий три октавы. Однако при измерении принимается во внимание только двухоктавный диапазон, в зависимости от типа крана и величины перетечки. Для "больших" кранов - 12,5-50 кГц, для "малых" - 25-100 кГц. Анализирующая аппаратура позволяет получить любую характеристику виброакустического сигнала: среднеквадратичное значение (с.к.з.) уровня виброскорости и нормированный взаимный спектр - функцию когерентности - в любом частотном диапазоне. Функция когерентности отображает степень взаимной линейной связи между временными сигналами первого и второго канала (вибродатчика) и определена выражением: где f - частота колебаний; V1,2 - односторонний усредненный взаимный спектр; V1,1 и V2.2 - односторонний усредненный собственный спектр первого и второго канала соответственно. В предложенном изобретении введено понятие средней величины функции когерентности в заданном диапазоне частот Df=f2-f1 . Частота f1 и f 2 представляет нижнюю и верхнюю частоту двухактавного диапазона и для "больших" кранов равна соответственно f 1=12,5 и f2=50 кГц, а для "малых" - 25 и 100 кГц. Анализатор спектра позволяет получить взаимную функцию когерентности двух сигналов в любом g 2 диапазоне частот. Если средняя величина нормированной функции когерентности 1,2 в диапазоне 12,5-50 кГц превышает величину 0,13, то кран течет. Введено понятие технического крана Κι, представляющего величину разности между единицей и среднестатистической когерентности. Для герметичного крана коэффициент равен 0,87. Аналогичные результаты получены для двухактавного диапазона 12,5-100 кГц. Использование коэффициента технического состояния в виде K=1-7i,22, обусловлено коэффициент технического состояния крана равен: частотном состояния функцией тем, что где sm - уровни случайного шума; sm+с - суммарные уровни шума сигнала утечки и случайного шума. Функция когерентности является действительной функцией, значение которой находится в пределах от 0 до 1, т.е. и значение коэффициента технического состояния крана находится в пределах: 0 ≤ К ≤ 1. Для количественной оценки величины перетечки в кране используется с.к.з. уровня виброскорости первого канала в децибеллах в частотном диапазоне Δf: Двухактавный диапазон первого канала (вибродатчика) разбивается на шесть третьоктавных диапазонов частот Δf. Например, диапазон 12,5-50 кГц - на диапазоны со следующей нижней частотой: 12,5; 15; 20; 25; 31,5; 40 кГц. Кроме того, получены "нулевые" спектры виброскорости (с.к.з.) герметичного крана в шести третьоктавных частотны х диапазонах: 12,5; 15; 20; 25; 31,5; 40 кГц. Превышение нулевых уровней также свидетельствует о наличии утечки в кране. Для качественной оценки величины перетечки при испытании дефектного шарового крана получена зависимость уровня с.к.з. виброскорости, измеряемая вибродатчиком в третьоктавных полосах часто т от расхода утечки газа. Расход утечки газа крана сбрасывался в атмосферу и измерялся расходомером. Полученные экспериментальные точки аппроксимировались прямыми в логарифмических координатах. Значение с.к.з. виброскорости осреднялось по шести измеренным третьоктавным диапазонам в виде: где Vo(Df1) - нулевые уровни герметичного крана. А значение величины перетечки Q определяется зависимостью: I g Q=a+bVe, где а, b - коэффициенты аппроксимации; Ve - осредненные значения с.к.з. виброскорости в дБ. Осреднение обусловлено тем, что (рис. 2) "нулевые" уровни герметичного крана уменьшаются с увеличением частоты. Кроме того, максимальная амплитуда уровня шума с увеличением частоты (уменьшением расхода утечки) уменьшается, т.к. часто та утечки обратно пропорциональна площади негерметичного отверстия. Предлагаемый способ был опробован на. наземных и подземных кранах Тернопольской КС, установленных на трубах диаметром 700 мм и 1000 мм. Целью испытаний являлось обнаружение наличия перетечки в кране, установление нулевых уровней герметичного крана и определение величины расхода потерь газа в текущем кране при давлении на входе 40 кг/см 2, на выходе из крана 30 кг/см 2 и при давлении 44 кг/см 2 на входе, на выходе - 1 кг/см . В результате обработки виброакустического сигнала на анализаторе спектров вибросигналов установлено, что при значениях функции когерентности менее 0,13 - краны герметичны, превышение функции когерентности более 0,13 свидетельствует об утечке в кране. Аналогично и автоспектр соответствует си гналу текущего крана. Функция когерентности (рис. 1) представлена между двумя виброакустическими сигналами, полученными от датчиков, отстоящих на расстоянии 7 см на входе и выходе из крана. Функция когерентности и форма автоспектра (рис. 2) в абсолютных значениях виброускорения показывает, что в частотном диапазоне 12,5-50 кГц уровни функций виброакустического сигнала исследуемых кранов значительно превышают значения для герметичного крана. Таким образом, в исследуемых кранах обнаружена перетечка газа. Аналогичные испытания были проведены На Львовской и Рогатинской КС. Результаты испытаний показали надежность и эффективность предлагаемого способа определения герметичности запорной арматуры газопроводов.