ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ДАВЛЕНИЯ В ТРУБОПРОВОДЕ ОТ ИЗМЕНЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ

АННОТАЦИЯ

В работе представлен анализ исследования зависимости давления от изменения параметров гидравлических испытаний путем моделирования ситуации. При исследовании использовались две методики расчета.

Ключевые слова: гидравлические испытания, давление, температура жидкости.

Гидравлические испытания линейной части магистрального трубопровода на прочность и герметичность – один из важных этапов как при вводе в эксплуатацию, так и при его профилактическом испытании. При испытаниях особое внимание уделяют контролю давления в трубопроводе и температуры жидкости, т.к. для успешного испытания давление должно находиться на уровне испытательного, указанного в проекте.

Сложность заключается именно в стабилизации давления на протяжении всего процесса, на которую влияет прежде всего температура испытательной жидкости, которой свойственно изменение по причине снижения или повышения температуры окружающей среды. Таким образом, проблема стабилизации давления при проведении гидравлических испытаний является актуальной проблемой.

Для оценки зависимости между изменением температуры испытательной жидкости и давлением в испытуемом трубопроводе будем использовать следующую методику расчета [1]:

где Δt – изменение температуры, °С;

βt – коэффициент температурного расширения воды, ;

a – коэффициент расширения стали, ; ;

 – наружный диаметр трубопровода, мм;

E – модуль упругости металла, МПа; ;

δ – толщина стенки трубы, мм;

С – коэффициент объемного сжатия воды, ; .

Коэффициент βt зависит от температуры и вычисляется по формуле:

где  – температура воды в трубопроводе в начале проведения испытания, °С;

 – температура воды в трубопроводе в конце проведения испытания, °С.

Для расчетов примем d=20 мм, , тогда получим:

Если принять , то:

Аналогично выполним расчеты изменения давления при повышении температуры на 3, 4 и 5°С. Полученные результаты представим в таблице 1.

Таблица 1.

Результаты расчетов изменения давления по первой методике

Для сравнения данных результатов воспользуемся методикой, предложенной в [2]:

где γ – коэффициент температурного расширения воды,; ;

υ – коэффициент Пуассона; υ =0,3;

a – коэффициент расширения стали, ; ;

D – наружный диаметр трубопровода, мм;

t – толщина стенки трубы, мм;

B – коэффициент объемного сжатия воды, бар; B = 22500 бар;

E – модуль упругости металла, бар; .

Для расчетов примем: D = 530 мм, t = 20 мм. Полученные результаты расчетов изменения давления при увеличении температуры на 1, 2, 3, 4 и 5°С представлены в таблице 2.

Таблица 2.

Результаты расчетов изменения давления по второй методике

Гидравлические испытания на каждом из исследуемых участков проходят более 1 суток, что говорит о неизбежной разнице в температуре.

Смоделируем ситуацию, при которой время начала испытаний 20:00. Из-за изменения температуры атмосферного воздуха температура испытательной жидкости в начале испытаний 22°С и понижается до 15°С в 9:00 следующего дня, после повышается до 24°С к 20:00. Тогда изменение давления согласно (1) за 24 часа представлены в таблице 3, а результаты расчетов изменения давления за сутки согласно (2) представлены в таблице 4.

Таблица 3.

Расчет изменения давления по первой методике

Таблица 4.

Расчет изменения давления по второй методике

Полученные значения, рассчитанные по двум методикам, практически совпадают (рисунок 1).

Рисунок 1. График зависимости ΔP = f (ΔT) согласно (1) и (2)

На основе полученных данных можно сделать вывод, что давление в трубопроводе будет значительно изменяться при значительных перепадах температуры испытательной жидкости.

Рассмотрим вопрос оценки зависимости давления в трубопроводе от объема испытательной жидкости.

Вследствие повышения температуры объем воды увеличивается в результате теплового расширения. Эффект от этого процесса равнозначен закачке дополнительного объема воды в испытуемый участок трубопровода, что приводит к повышению давления. В [1] приводится отношение изменения объема испытательной жидкости к изменению давления в испытуемом трубопроводе:

где ΔV – приращение объема испытательной жидкости, ;

ΔP – приращение давления, бар;

V – объем трубопровода, .

Выразив из выражения ΔP и подставив в наше уравнение, получим выражение для определения изменения объема испытательной жидкости при изменении температуры на 1°С:

Результаты, полученные в соответствии с формулой (4) для определения изменения объема испытательной жидкости при повышении температуры на 1, 2, 3, 4 и 5°С при проведении гидравлических испытаний участка трубопровода представлены в таблице 5.

Таблица 5.

Изменение объема испытательной жидкости при проведении гидравлических испытаний

Аналогично проведем моделирование процесса, при котором время начала испытаний 20:00. Из-за изменения температуры атмосферного воздуха температура испытательной жидкости в начале испытаний 22°С и понижается до 15°С в 9:00 следующего дня, после повышается до 24°С к 20:00.

Результаты расчетов изменения объема жидкости представлены в таблице 6. График зависимости изменения объема жидкости от изменения температуры представлен на рисунке 2.

Таблица 6.

Расчет изменения давления по двум методикам

Рисунок 2. График зависимости ΔP = V(ΔT) согласно (1) и (2)

Исследованы основные факторы, такие как температура окружающей среды и испытательная жидкость, и их влияние на процесс гидравлических испытаний. Определена зависимость изменения объема испытательной жидкости и давления от ее температуры в течение суток по двум методикам.

Результаты для моделируемого участка нефтепровода:

1) падение температуры от 22°С до 15°С приводит к изменению жидкости на ΔV = 1,07 куб.м (сжатие) и падению давления на ΔP = 1632 кПа,

2) дальнейшее повышение температуры до 24°С является следствием расширения жидкости на ΔV= 1,65 куб.м и повышения давления на ΔP = 2235 кПа.

Изменение давления при проведении гидроиспытаний более чем на 0,1 МПа приводит к их остановке и дополнительным временными и финансовым затратам, т.к. данное значение давления противоречит регламентированию испытаний.

Один из вариантов решения проблемы стабилизации давления во время испытания – использование устройств, которые стабилизируют испытательное давление путем компенсации расширения/сжатия воды вследствие изменения температуры.

Список литературы:

1. Р 586-85 Рекомендации по методике расчета параметров гидравлических испытаний магистральных продуктопроводов на герметичность
2. РД 39-30-859-83 Правила испытания линейной части действующих магистральных нефтепроводов