Результат интеллектуальной деятельности: Способ оценки качества осушки полости трубопровода

Изобретение относится к транспорту углеводородных продуктов по трубопроводам и может быть использовано при эксплуатации, ремонте и реконструкции магистральных трубопроводов.

При эксплуатации газопроводов и ряда нефтепродуктопроводов существует обязательное требование по отсутствию в полости трубопровода воды в жидкой фазе и требование по массовому влагосодержанию в полости трубопровода перед подачей в нее транспортируемого продукта, поскольку при содержании влаги в транспортируемом продукте выше установленных требований и при определенных термобарических условиях (низких температурах и высоких давлениях), возникает опасность выпадения конденсирующих водяных паров с газом в виде инея (газогидратов) и постепенного уменьшения проходного сечения газопровода, что ведет к возникновению местных сопротивлений и закупорки трубопровода. Для предотвращения образования на стенке трубопровода газогидратов необходимо, чтобы температура точки росы (ТТР) газа по воде была ниже, чем температура грунта на глубине заложения трубопровода.

Основными способами осушки полости трубопроводов являются: осушка путем продувки полости трубопровода осушенным газообразным веществом (природным газом, азотом либо воздухом) до достижения определенной ТТР на выходе из трубопровода; осушка вакуумированием, основанная на уменьшении давления в осушаемой полости для понижения температуры кипения воды и последующей откачке водяных паров.

В большинстве случаев для осушки протяженных трубопроводов применяют способ осушки продувкой. Однако при низкой температуре грунта на уровне заложения трубопровода эффективность осушки продувкой снижается, так как жидкость в полости трубопровода переходит в твердое агрегатное состояние (лед, газогидраты), и, следовательно, существенно уменьшается интенсивность испарения и влагосодержание среды внутри полости трубопровода.

Исходя из вышеизложенного, возникает необходимость оценки качества проведения осушки при низких температурах грунта на уровне заложения трубопровода.

Известен способ осушки полости трубопровода (патент №2562873, F26B 7/00, F17D 3/12, опубл. 10.09.2015), в котором при проведении осушки путем продувки трубопровода осушающим воздухом влагосодержание осушаемого воздуха понижают посредством осушителей воздуха, которые устанавливают на байпасных линиях линейных крановых узлов осушаемого трубопровода. При этом продувку осуществляют до достижения нормированного значения ТТР осушающего воздуха на выходе из осушаемого трубопровода от минус 15°С до минус 30°С. После этого продувку прекращают не менее чем на 12 часов, после чего возобновляют продувку осушаемого трубопровода с отключенными осушителями воздуха, с непрерывным измерением содержания влаги в осушающем воздухе на выходе из осушаемого трубопровода. В процессе измерения фиксируют момент времени, свидетельствующий о наличии мест скопления воды, в который содержание влаги в осушающем воздухе превышает нормированное значение ТТР. Затем определяют расчетным путем расстояние от места скопления воды до начала осушаемого трубопровода, удаляют воду в местах скопления воды из полости осушаемого трубопровода и продолжают продувку осушаемого трубопровода до достижения нормированного значения ТТР осушающего воздуха на выходе из осушаемого трубопровода.

Недостатком известного способа является того, что при низких температурах грунта на уровне заложения трубопровода вода в полости трубопровода перейдет в твердое агрегатное состояние (лед, газогидраты), для которого характерна низкая интенсивность испарения и низкое значение влагосодержания. При приостановке осушки не менее чем на 12 часов, при условии существования небольших по площади локальных зон газогидратообразования или ледообразования в полости трубопровода, возникает вероятность того, что содержание влаги в осушающем воздухе около этих зон не достигнет того значения, которое может быть зафиксировано при измерении на выходе из осушаемого трубопровода после возобновления осушки, как превышающее нормативное значение. Таким образом, по результатам измерения невозможно достоверно сделать вывод об отсутствии воды в виде льда или в виде газогидратов в полости трубопровода.

Известен способ контроля качества осушки трубопроводов (СТО Газпром 2-3.5-1048-2016 Осушка полости магистральных газопроводов в различных природно-климатических условиях. С-П.: ВНИИГАЗ с. 19-20), который заключается в удалении остаточной воды из трубопровода в жидкой фазе путем многократного пропуска на открытый конец трубопровода пенополиуретановых поршней. Поршни пропускают до тех пор, пока не выйдет первый сухой поршень, при этом допускают увеличение массы поршня за счет насыщения влагой не более чем на 10% от первоначальной (до его запасовки в камеру приема оцениваемого трубопровода).

Недостатком указанного способа является то, что выполнение условия по допустимой массе поршня на выходе из трубопровода не гарантирует отсутствие влаги во внутренней полости трубопровода ниже нормативного уровня, так как при прохождении через трубопровод пенополиуретановый поршень может получить механические повреждения, которые приведут к частичной потере его начальной массы, и, соответственно, значение массы жидкости, впитавшейся поршнем при прохождении его по трубопроводу, может превышать отметку в 10% от начальной массы пенополиуретанового поршня.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является разработка способа, обеспечивающего эффективный контроль качества осушки полости трубопровода, находящегося в условиях низких температур грунта на глубине его заложения.

Техническим результатом, на достижение которого направлено предполагаемое изобретение, является повышение эффективности контроля осушки трубопровода за счет получения более достоверных данных о наличии остатков влаги (льда, газогидратов) в полости трубопровода после его осушки, а также расширение арсенала технических средств для осуществления упомянутого контроля в трубопроводах, находящихся в условиях низких температур грунта на глубине его заложения.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в способе оценки качества осушки полости трубопровода, включающем перемещение пенополиуретанового поршня в осушенной полости трубопровода и выполнение измерений при выходе пенополиуретанового поршня из трубопровода, предварительно пенополиуретановый поршень пропитывают раствором метанола до начального значения концентрации. После выхода пенополиуретанового поршня из полости трубопровода от него отделяют водометанольный раствор, образовавшийся в результате насыщения влагой, находящейся в полости осушенного трубопровода. Измеряют концентрацию отделенного водометанольного раствора и по результатам сравнения полученного значения концентрации с начальным значением делают вывод о наличии или отсутствии остаточной влаги в полости трубопровода.

Предлагаемый способ основан на использовании свойств метанола. Метанол с водой смешивается во всех соотношениях, хорошо поглощает пары воды из газовой фазы, растворяет лед и газогидраты, также при использовании метанола возможна регенерация отработанного раствора, в том числе в случаях загрязнения механическими примесями.

При реализации предлагаемого способа используют стандартные пенополиуретановые поршни, снабженные упрочняющими элементами, применяемые при осушке и очистке магистральных трубопроводов.

На фиг. 1 изображен один из вариантов конструкции пенополиуретанового поршня, отражающий частный случай выполнения поршня.

На фиг. 2 представлена технологическая схема пропуска по участку линейной части магистрального газопровода пенополиуретанового поршня, насыщенного метанолом.

Способ осуществляют следующим образом.

Для реализации способа используют поршень (1), выполненный из пенополиуретана (2) и снабженный дополнительными упрочняющими элементами (3) различного исполнения из более жесткого материала (например, полиуретана) в целях уменьшения вероятности повреждения (разрушения) при прохождении поршня в трубопроводе. Поршень (1) помещают в герметичную емкость, наполненную водометанольным раствором, с концентрацией метанола не ниже 90%, в которой поршень выдерживают с целью пропитки. Затем поршень (1) извлекают из герметичной емкости, перемещают к камере запуска (4) оцениваемого участка трубопровода (6) и запасовывают поршень (1). С помощью азотной установки (5) перед запасованным поршнем создают азотную пробку для предотвращения образования взрывоопасной смеси с воздухом, находящимся в полости трубопровода (6). Кроме того, с помощью азотной установки (5) создают перепад давления, под действием которого поршень (1) перемещается по трубопроводу (6), в том числе и через открытые линейные краны (7), до поступления в камеру приема (8). При движении поршня (1) метанол, содержащийся в его пористом пространстве, взаимодействует с водой (при ее наличии в полости трубопровода) находящейся в различных агрегатных состояниях (газообразном, жидком, твердом), в том числе и с газогидратными соединениями. В процессе этого взаимодействия метанол поглощает воду, и его концентрация в образовавшемся водометанольном растворе уменьшается относительно начального значения. В процессе перемещения по участку трубопровода поршня (1) с помощью сигнализаторов (9) фиксируют прохождение поршня через контролируемое сечение. Свеча (10) предназначена для стравливания газа из полости трубопровода.

После поступления пенополиуретанового поршня (1) в камеру приема (8), его извлекают и помещают в герметичную емкость. Затем механическим способом отделяют от поршня (1) водометанольный раствор, берут пробу полученного водометанольного раствора и выполняют измерение концентрации метанола в полученном растворе с помощью измерительных приборов, например рефрактометра или ареометра.

Уменьшение концентрации метанола в растворе по сравнению с ее начальным значением свидетельствует о наличии воды в полости оцениваемого трубопровода. Сохранение начального значения концентрации метанола в растворе свидетельствует об отсутствии воды в полости оцениваемого трубопровода.

Из-за активного взаимодействия метанола с водой, находящейся в твердом агрегатном состоянии, способ позволяет достоверно определить наличие воды в виде льда, или в виде газогидратов в полости трубопровода при низких температурах грунта на уровне его заложения.

Кроме того, полученные при перемещении механические повреждения пенополиуретанового поршня (1) не оказывают влияния на результат измерений, поскольку концентрация водометанольного раствора, образовавшегося в пористой структуре поршня, не зависит от его повреждения (уменьшения массы поршня), что позволяет получить более достоверные данные о наличии остатков влаги (льда, газогидратов) в полости трубопровода после его осушки.

Пример осуществления способа.

На участке магистрального газопровода DN 1400 протяженностью 30 км была проведена осушка полости путем продувки предварительно осушенным воздухом при температуре грунта минус 5°С на глубине заложения трубопровода. После достижения на выходе из газопровода нормированной ТТР (минус 30°С) осушка была остановлена и при помощи азотной установки создана пробка в начале участка трубопровода протяженностью 2 км. Затем по трубопроводу под давлением азота был пропущен контрольный пенополиуретановый поршень плотностью 70 кг/м³, предварительно пропитанный водометанольным раствором с концентрацией 95%. Анализ пробы водометанольного раствора, отделенного из поршня после его пропуска по участку трубопровода, показал, что концентрация метанола снизилась до 85%. По результатам измерений был сделан вывод, что в полости трубопровода находится некоторое количество льда. После этого осушка полости трубопровода была продолжена с помощью продувки сухим азотом с последующим контролем посредством контрольного поршня, пропитанного метанолом. Осушку осуществляли до момента прекращения снижения концентрации метанола в контрольном пенополиуретановом поршне.