Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПРОВЕРКИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ ТЕЧИ ТРУБОПРОВОДА

Изобретение относится к диагностике технического состояния сложных систем контроля технологических процессов и может быть использовано для проверки работоспособности системы контроля течи трубопровода, в частности трубопроводов ядерных энергетических установок с водяным теплоносителем.

Известно техническое решение, рассмотренное в патенте РФ на изобретение №2184369 «Устройство для измерения влажности воздуха», из описания которого известен способ проверки его работоспособности. Сущность способа заключается в дистанционном отключении чувствительных к измеряемым физическим величинам элементов первичных преобразователей от входов пространственно удаленных усилителей-преобразователей, подключении к ним эталонных имитаторов измеряемых физических величин и сравнении показаний измерительных каналов с подключенными эталонными имитаторами с параметрами самих эталонных имитаторов.

Недостаток способа заключается в том, что он не контролирует технического состояния чувствительных элементов первичного преобразователя, который эксплуатируется в условиях воздействия деструктивных факторов.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является способ, раскрытый в препринте Морозов С.А., Ковтун С.Н., Дврников П.А. и др. Система влажностного контроля течи (СКТВ) водяного теплоносителя. Препринт ФЭИ-3080. Обнинск, 2006, 20 с.

Сущность способа заключается в периодическом дистанционном отключении от входов усилителей-преобразователей каналов измерения относительной влажности и температуры воздуха, чувствительных к измеряемым физическим величинам элементов, емкостного сенсора относительной влажности воздуха и резистивного сенсора температуры воздуха, и дистанционном подключении вместо них эталонных имитаторов измеряемых физических величин, эталонного конденсатора и эталонного резистора, регистрации показаний измерительных каналов с подключенными эталонными имитаторами и сравнении воспроизведенных параметров эталонных имитаторов с параметрами самих эталонных имитаторов. Описанный способ позволяет контролировать линии связи между первичными преобразователями и пространственно удаленными усилителями-преобразователями измерительных каналов и сохранность характеристик усилителей-преобразователей в точке контроля, заданной параметрами имитаторов физических величин.

Недостатком известного технического решения является отсутствие комплексного контроля со стороны системы за работоспособностью чувствительных элементов первичных преобразователей и электрическими характеристиками измерительных каналов, а также отсутствие комплексной проверки алгоритма определения местоположения и массового расхода течи по показаниям задействованных на контролируемом участке трубопровода первичных преобразователей.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков, а именно обеспечение комплексного контроля со стороны системы за работоспособностью чувствительных элементов первичных преобразователей и электрическими характеристиками измерительных каналов, а также обеспечение комплексной проверки алгоритма определения местоположения и массового расхода течи.

Технический результат - расширение функциональных возможностей способа проверки работоспособности системы контроля течи трубопровода.

Для исключения указанных недостатков в способе проверки работоспособности системы контроля течи трубопровода, включающем воспроизведение системой параметров эталонного имитатора измеряемых системой физических величин, сравнение воспроизведенных параметров с заданными параметрами эталонного имитатора и выработку заключения о работоспособности системы, предлагается:

- перед каждой проверкой работоспособности системы задавать параметры эталонного имитатора течи в виде величин массового расхода и местоположения течи;

- рассчитывать временной и температурный режимы теплового воздействия на каждый первичный преобразователь температуры системы при течи с заданными эталонным имитатором массового расхода и местоположения течи;

- проводить тепловое воздействие на каждый первичный преобразователь температуры с соблюдением рассчитанных временного и температурного режимов и зарегистрировать воспроизведенные системой параметры эталонного имитатора;

- сравнить указанные параметры имитатора;

- признать работоспособность системы при условии совпадения воспроизведенных системой параметров эталонного имитатора течи в пределах допустимых нормированных погрешностей.

Сущность способа состоит в следующем.

Способ проверки работоспособности системы контроля течи трубопровода включает воспроизведение системой параметров эталонного имитатора измеряемых системой физических величин, сравнение воспроизведенных параметров с заданными параметрами эталонного имитатора и выработку заключения о работоспособности системы.

Параметры эталонного имитатора течи задают перед каждой проверкой работоспособности системы в виде величин массового расхода и местоположения течи.

Рассчитывают временной и температурный режимы теплового воздействия на каждый первичный преобразователь температуры системы при течи с заданными эталонным имитатором параметрами.

Проводят тепловое воздействие на каждый первичный преобразователь температуры с соблюдением рассчитанных временного и температурного режимов.

Регистрируют воспроизведенные системой параметры эталонного имитатора, сравнивают их с заданными параметрами эталонного имитатора течи и признают систему работоспособной при условии совпадения указанных параметров в пределах допустимых нормированных погрешностей.

Способ предназначен для проверки системы контроля течи трубопровода, в которой в качестве физического признака течи используется эффект повышения температуры, регистрируемый тремя термоэлектрическими преобразователями (ТЭП), установленными на известных расстояниях (X₁, Х₂ и Х₃) вдоль длины контролируемого участка трубопровода. ТЭП установлены в патрубках, нижние концы которых сочленены с пространством трубопровода, образованного зазором между внешним диаметром трубопровода и внутренним диаметром теплоизоляции. Система постоянно измеряет температуру воздуха в местах установки ТЭП. При наличии течи трубопровода образовавшийся пар в силу избыточного давления распространяется равномерно от места течи (X_T) в обе стороны по подизоляционному пространству трубопровода, при этом некоторая часть пара через патрубки выходит в окружающую среду, что приводит к повышению температуры воздуха в патрубках, которая регистрируется ТЭП. Поскольку ТЭП находятся на различных расстояниях от места течи, то моменты времени увеличения показаний соответствующих измерительных каналов будут различными и зависимыми от величины (расхода) течи. Моменты времени достижения измерительными каналами уставок по температуре фиксируются и используются в качестве входных данных в алгоритме вычисления параметров течи - расход и координаты места течи.

Для проверки работоспособности описанной системы необходимо выполнить следующие действия:

1. Задать параметры эталонной течи: эталонную величину расхода течи G_эт и эталонную координату места течи Х_эт, величины которых находятся внутри диапазонов измерения системой расхода и координаты места течи.

2. По заданным параметрам эталонной течи рассчитать временной и температурный режимы теплового воздействия на все ТЭП, для чего определить:

- среднюю скорость прохождения парогазового фронта (ПГФ) вдоль подизоляционного пространства по формуле

где ν - удельный объем перегретого газа при температуре подизоляционного пространства; S - площадь сечения подизоляционного пространства трубопровода;

- времена t₁, t₂, t₃ прохождения ПГФ расстояний от заданного эталонного места течи (Х_эт) до мест установок первичных преобразователей (Х₁, Х₂ и Х₃), что равносильно временам от момента начала течи до моментов теплового воздействия на первичные преобразователи, по формулам:

если

или по формулам:

если

- время искусственного теплового воздействия на термоэлектроды ТЭП (t_и.т.в.) по формуле

величину тока нагрева термоэлектродов ТЭП по формуле

где ΔT - величина уставки по температуре, определяется как превышение температуры над фоном; k - коэффициент пропорциональности между скоростью увеличения показаний температуры измерительными каналами и током нагрева термоэлектродов ТЭП.

3. Зафиксировать показания температур Т_ф1, Т_ф2 и Т_ф3 измерительными каналами при отсутствии течи (фоновые температуры).

4. Одновременно отключить все ТЭП от входов усилителей-преобразователей измерительных каналов и через времена t₁, t₂, t₃ подключить к источнику тока (источнику теплового воздействия) соответствующие ТЭП.

5. По истечении времени искусственного теплового воздействия на ТЭП (t_и.т.в) одновременно отключить их от источника тока и подключить ко входам усилителей-преобразователей измерительных каналов, зафиксировать показания температур, величины которых описываются формулами:

где i=1,2,3.

6. Рассчитать моменты времени , , превышения каждым измерительным каналом уставки по температуре ΔT по формуле

7. Определить воспроизводимые системой параметры эталонной течи и по соответствующим формулам

при

при

8. Сравнить воспроизведенные параметры течи X' и G' с заданными эталонными параметрами и проверить выполнение условий

где ΔG и ΔХ - пределы допускаемых нормированных абсолютных погрешностей соответственно расхода течи и координаты места течи.

9. Принять, что при выполнении условий (1) система с установленными на контролируемом участке ТЭП работоспособна.

Для проверки системы контроля течи трубопроводов ядерных энергетических установок с водяным теплоносителем в качестве допустимых нормированных погрешностей в выражении (1) использовать рекомендованные нормативными документами пределы определения расхода и координаты места течи, равные соответственно ±50%, ±2 м на длине контролируемого участка трубопровода.

Таким образом, способ проверки работоспособности системы контроля течи трубопровода вовлекает в сферу контроля чувствительные элементы первичных преобразователей и алгоритма работы системы по определению расхода и координаты места течи, а также дает возможность контролировать работоспособность системы во всех диапазонах контролируемых его расходов и координат мест течи путем задания соответствующих параметров эталонной течи при проведении периодических проверок ее работоспособности.

Покажем работоспособность способа на конкретном числовом примере.

В таблице 1 приведены исходные данные, необходимые системе для реализации алгоритма определения расхода и координаты места течи и проведения проверки своей работоспособности.

В таблице 2 приведены промежуточные результаты расчетов для проверки работоспособности предложенного способа.

Анализ полученных результатов расчета поэтапного выполнения способа показывает, что технические возможности системы обеспечивают как временные, так и температурные параметры искусственного теплового воздействия на первичные преобразователи во всем диапазоне измерений, а совпадение заданных параметров эталонной течи с воспроизведенными параметрами демонстрируют работоспособность способа.

Для технической реализации способа необходимо технические средства системы дополнить источником теплового воздействия на ТЭП в виде источника тока с возможностью программного управления величиной тока и программно-управляемым коммутатором, необходимым для дистанционного отключения ТЭП от входов измерительных каналов и подключения их к источнику теплового воздействия в заданном временном режиме.

Промышленная применимость способа обосновывается принципиальной возможностью использования способа в системах контроля течи по температуре, в частности трубопроводов первого контура ядерных энергетических установок с водяным теплоносителем.