监测停用管道的空洞中的压力和含水量的方法及其实施的装置与流程

1.本发明涉及管道运输领域，可用于保存管道或其他密闭工艺设备。


背景技术：

2.如果修复的或新建的管道推迟较长时间投入使用，或在处理管道之前，则需要保存管道。在此保存期内，有必要进行定期监测，以显示管道的密封性和其空洞(hollow)的初始含水量(moisture content)。
3.为了保存，管道被干燥惰性气体填充，直到达到表压。在对保存的管道进行监测时，需要控制的主要参数是管道空洞的压力值。
4.还有一个控制参数是管道空洞中的含水量。用于保存的惰性气体应被干燥到特定的含水量值，在监测过程中检测到的含水量增加，证明了水进入管道引起降压，或者在保存之前，其空洞部分的干燥程度不佳。
5.已知的水蒸气含量和水露点的测定方法(gost 20060-83.natural combustible gases.methods for determining water vapour content and dew-point of moisture(测定水蒸气含量和水露点的方法),p.2-4)包括测量与被分析气体接触的金属镜面上露珠的形成和蒸发之间的平衡温度。实施这种方法的装置是露点湿度计。通过将装置与被分析的气体源相连接来采集样品。
6.该方法的缺点是在测量过程中必须将测试气体流向装置的测量室，流速为1～3dm3/min，并保持上述流速至少15分钟。从被保存的管道空洞中提取指定参数的气体样本，可以通过打开截止阀来进行，例如，在表嘴、气体采样立管或通风管上，然而，这将导致用于保存的气体损失，并相应地降低被保存管道的压力。此外，已知方法的实施在监测过程中提供了仅一种参数(含水量)的测定。
7.已知的测定水蒸气含量和水露点的方法(gost 20060-83.natural combustible gases.methods for determining water vapour content and dew-point of moisture,p.7-12)包括用无水二甘醇吸附水蒸气，用卡尔费歇尔滴定法(karl fischer titration)或气相色谱法进一步测定与二甘醇结合的水分。这种已知方法的缺点是劳动密集型的测量技术，特别是由于大量的时间消耗，很难在主要管道运行的情况下实施连续监测。
8.与所提供的方法最接近的相似解决方案(原型)是维护运输物品内部空洞的湿度条件的方法(于2017年8月31日公布的2629743号俄罗斯联邦专利，b65d 88/38)，其中通过使用放置在干燥单元中的硅胶从空气中吸附水分来维持湿度条件，干燥单元通过风道连接到运输物品空洞。在此之前，带有表压的转化囊被放置在转化物品的空洞中。该已知方法的缺点是，它可以用来监测和维持几十立方米的物品空洞体积所需的含水量，但由于可用硅胶原料的储水能力有限且无法干燥偏远管段，因此无法在跨区主管道(直径高达1420mm)中实施。由于同样的原因，已知的方法不能长期(长达三年)监测保存的管道。此外，不可能在线性参数较大的主要管道空洞中使用转化的加压囊。
9.一种已知的装置，用于实施控制带有加压水冷剂的原子能海洋设施蒸汽发生器的密封性的方法(于2009年4月10日公布的2352005号俄罗斯联邦专利，g21c 17/022)，其中蒸汽发生器管道系统的大气湿度样本是通过干燥器吹气进行的。为了测定蒸汽发生器管道系统空气中的氚含量，采用了吸附式大气湿度采样。放置在有机玻璃制成的透明托板中的指示性硅胶被用作水分吸附剂。采样后，通过真空热脱附将水分从硅胶中提取出来。使用辐射计测量获得的水分中的氚活性。如果空气中的氚含量超过了测量技术的误差，则应做出降压的结论。
10.已知装置的缺点是劳动强度大，含水量测定过程持续时间长，因为系统的密封性是由氚含量的大小决定的。此外，所述装置不允许在监测含水量的同时监测目标对象空洞的压力。
11.所提供的装置的最接近的相似解决方案(原型)是一种用于监测装置的密封性和干燥程度的设施，其带有压力控制和气体处理单元(于2012年2月10日公布的113357号俄罗斯联邦专利，g01m 3/02)，包括压缩气体源、管道、排放气体压力控制和相互串联的气体压力指示器。所述气体处理单元以可移动的盒子的形式安装在压缩气体源的出口，具有空洞、进气口和出气口以及过滤和干燥元件，以及中央碗，其具有各自安装在该盒子里、彼此之间有一定的间隙的头腔体(header cavity)、发生器上的进气口和端面的出气口。
12.已知设施的缺点是不适合在很长一段时间内(长达3年)对保存的管道进行监测，因为所述设施是为监测密封性和提供装置腔体内预设的含水量而设计的，在其泄漏测试期间的短时间内，相当于30～50分钟，这不允许随时间跟踪保存的管道空洞内部介质中的含水量。此外，该设施不适合用于监测延伸物体的空洞中的参数，特别是在主要管道中，需要监测其长度上各点的密封性和含水量，彼此之间的距离为几十千米。


技术实现要素：

13.所提供的发明解决的问题是开发一种简单有效的方法和装置，用于长期监测延伸物体的空洞中的压力和含水量。
14.本发明组旨在实现的技术成果是确保实施的简单性，并通过获得更可靠的管道空洞的压力和含水量数据来提高监测效率，以及在对停用管道(decommissioned pipeline)进行密封性监测时减少气体和压力损失。
15.所述技术成果是通过监测停用管道空洞的压力和含水量的方法实现的，该方法包括安装可以目测其指示的填充有硅胶的指示盒(indicating cartridge)，所述指示盒安装在充满气体的停用管道上，同时在管道空洞和盒腔体之间提供气体循环。压力表与指示盒相连，指示盒被来自管道空洞的气体清洗。在预设的时间间隔内，应测定并记录管道中的稳态压力值，并且如果获得的结果偏离了指定值，则应得出管道降压的结论。在这之后，应根据标准比色表(colorimetric scale)，通过指示盒颜色的变化来测定管道中气体含水量的变化，并且如果指示盒的颜色变化超出指定的比色表限值，应得出管道空洞含水量上升的结论。
16.根据第一实施方式，用于实施监测停用管道空洞中压力和含水量的方法的装置包括填充有硅胶的指示盒、压力表、连接件和截止阀，以及两条连接管道，其中一条连接管道连接指示盒和压力表，另一条连接管道用于将指示盒与停用管道连接。指示盒由透明材料
制成，并配有保护罩，在盒的入口和出口处安装有滤网(gauze element)。
17.根据第二实施方式，用于实施监测停用管道空洞中压力和含水量的方法的装置包括填充有硅胶的指示盒、压力表、连接件和截止阀，以及两条连接管道，其中一条连接管道连接指示盒和压力表，另一条连接管道用于将指示盒与停用管连接。装置还包括与连接管道并联连接的管道。指示盒由透明材料制成，并配有保护罩，在盒的入口和出口处安装有滤网。
18.指示盒中的硅胶(指示硅胶)用于在材料和机构的生产、储存和运输过程中，通过其颜色变化监测密闭空间中介质的相对湿度(gost 8984-75.silica gel-indicator.specifications(with amendments nos.1,2,3)；http://air-part.ru/product/silikagel-orange-chameleon-2050)。
19.指示硅胶是用特殊物质(钴盐或其他)处理过的硅胶，确保颜色的变化取决于其水饱和度，而水饱和度又取决于环境的相对湿度。
附图说明
20.图1表示根据第一实施方式的装置的设计。
21.图2表示反映所述盒的特定实施方式的指示盒的截面。
22.图3表示根据第二实施方式的装置的设计。
具体实施方式
23.根据第一实施方式，一种用于实施监测停用管道空洞中压力和含水量的方法的装置包括管道1，其将由透明材料(例如有机玻璃或聚碳酸酯)制成且在保存阶段与填充有硅胶3的指示盒2连接到管道4。连接管道1配有球阀5，其允许在不对保存管道4降压的情况下连接和断开装置，并配有可拆卸的连接元件6，例如，带有内螺纹的连接螺母。指示盒2配有设计用于防止紫外线辐射和机械损坏的保护罩7(图1中未显示)，且还在指示盒2的入口和出口处安装了滤网8，其防止硅胶3颗粒进入管道。压力表10通过连接管道9与指示盒2串联。连接管道9配有可拆卸的连接元件11和12，以及配备有塞子14的球阀13。连接元件6和11允许更换硅胶3，且连接元件12设计用于连接压力表10。
24.根据第二实施方式，一种用于实施监测停用管道空洞中压力和湿度的方法的装置包括管道1，其将由透明材料(例如有机玻璃或聚碳酸酯)制成且在保存阶段与填充有硅胶3的指示盒2连接到管道4。连接管道1装有球阀5，其允许在不对保存管道4降压的情况下连接和断开装置，并配有可拆卸的连接元件6。指示盒2配有设计用于防止紫外线辐射和机械损坏的保护罩7，且还在指示盒2的入口和出口处安装了滤网8，其防止硅胶3颗粒进入管道。压力表10通过连接管道9与指示盒2串联。连接管道9配有可拆卸的连接元件11和12，以及配备有塞子14的球阀13。连接元件5和11允许更换硅胶3，且连接元件12设计用于连接压力表10。该装置包括附加管道15，其与管道1和9相连在停用管道4的空洞和指示盒2的腔体之间共同形成闭合的气体循环回路。管道1还配有球阀16，且管道9配有具备塞子19的球阀17和球阀18。
25.对于停用管道4，测定参数的阈限值应设置如下：在保存管道4的空洞中的最小允许压力和根据比色表的硅胶3的最大允许颜色。
26.在运输和储存过程中，应避免硅胶3与湿气的接触，以防止其颜色变化。
27.所提供的方法是通过第一实施方式中提供的装置在具有复杂的几何排列或跨区配置的管道上实施的，这些管道包括有可能积聚湿气的死角区域，可能需要按以下方式将气体从所述区域运输到测量其含水量的地点。
28.该装置应安装在保存管道4的表嘴上或焊接支管上。球阀5应被打开，球阀13应被关闭，气体应从保存管道4输送到指示盒2的腔体和连接管道9的空洞。应使用压力表10来测量管道4的空洞中的压力。在监测过程中，应在设定的时间间隔内测量和记录管道4的空洞中的压力值。如果获得的结果偏离指定值，则应得出保存管道4可能被减压的结论。然后，应通过目测硅胶3的色泽来测定保存管道4的空洞中的含水量；为此，应拆除指示盒2的保护罩7，记录硅胶3的颜色，并根据比色表测定该颜色是否符合容许的极限颜色。如果根据比色表，硅胶3的颜色变化为超出设定的极限颜色，则应得出保存管道4空洞中的含水量不合格。如果根据指定的比色表，硅胶3的颜色在允许的间隔内，则应得出保存管道4中空洞的含水量合格的结论。为了提高监测的准确性，在每次测定含水量后，应将气体从保存管道4的空洞输送到指示盒2的腔体中；为此，应拔掉插头14，打开球阀13。在这种情况下，气体从装置中排放到环境中，导致气体从管道4的空洞输送到指示盒2的腔体。由于硅胶3具有积聚特性，可以吸附通过它的气体中普遍含有的水分，所以球阀13应在足以替换装置腔体中的气体的短时间内打开，从而排除管道4的空洞降压的可能性。在测定含水量后，应重新安装塞子14，并将指示盒2用保护罩7覆盖。装置应保持原状，直到下次根据设定的时间表对停用管道4的空洞中压力和含水量进行测定。
29.所提供的方法是通过第二实施方式中提供的装置在本地管道或低容量容器上实施的，其中，预计管道空洞的所有点都有类似的气体含水量，并且不需要将气体从周边地区运输到测量点，应按以下方式进行。
30.该装置应安装在保存管道4的表嘴上或焊接支管上。打开球阀5和16，关闭球阀13、17和18，将气体从保存管道4输送至指示盒2的腔体和连接管道15的空洞。为确保指示盒2中的气体替换为管道4空洞中的气体，应使用与球阀13(吸入)和18(排出)相连的往复式压缩机(图3中未示出)进行循环；为此，应在打开阀门5、13和18的情况下，从指示盒2中抽吸气体，通过在其中建立低压并通过附加管道15将气体排放到管道4。当指示盒2中的可能压力达到最低时，应关闭阀门13，打开阀门16，以将另一部分气体从管道4吹入指示盒2。然后，阀门16应关闭，阀门13应打开，并重复将气体从指示盒2中抽吸出，直到指示盒2中的气体量完全被替换(应根据往复式压缩机的排量来测定)。
31.然后，应使用压力表10测量管道4空洞中的压力。在监测过程中，应在设定的时间间隔内测量管道4空洞中的压力值。如果压力值偏离指定值，则应得出对保存管道4进行可能的降压的结论。然后，通过目测硅胶3的色泽，测定保存管道4空洞中的含水量；为此，应拆除指示盒2的保护罩7，记录硅胶3的颜色，并根据比色表测定该颜色是否符合容许的极限颜色。如果根据比色表，硅胶3的颜色变化超出设定的极限颜色，则应得出保存管道4空洞中的含水量不合格的结论。如果根据指定的比色表，硅胶3的颜色在允许的间隔内，则应得出结论保存管道4的空洞中的含水量合格的结论。监测完成后，应关闭球阀13和18，断开压缩机，并重新安装塞子14和19。指示盒2应覆盖保护罩7。装置应保持原样，直到下一次测定停用管道4空洞中的压力和含水量，并且应按照设定的时间表进行。
32.如果监测过程中获得的压力和含水量值不超过指定阈限值，则应在设定的时间段后重复压力和含水量监测。
33.如果根据监测结果记录了稳定含水量下的压力降低，则应使用感官法(通过肥皂溶液气泡试验，使用声学泄漏检测装置和其他可用方法)来检测管道中的气体泄漏点。在检测和消除气体泄漏后，应通过抽吸干燥气体将管道中的压力增加至初始值，并在设定的时间段后继续对管道空洞中的气体压力和含水量进行监测。
34.如果在监测过程中测定稳定压力下管道空洞中的气体含水量，则应将气体检测管中的硅胶更换为干燥(或回收)硅胶，并在设定时间后重复监测。如果再次观察到含水量上升，则应在管道空洞中重复干燥，并应填充干燥气体，直到测定表压，之后应继续进行压力和含水量监测。如果未观察到重复的含水量上升，则应在不干燥的情况下继续进行压力和含水量监测。
35.如果压力和含水量值均超出指定的最大允许值，则应进行管道泄漏检测和严密性检查，干燥其空洞部分并填充干燥气体，直到测定表压，然后根据图4所示的算法继续进行压力和含水量监测。
36.方法实现的实例
37.由于延迟调试，新建的dn 1400主管道段(长120km)被保存。管道空洞填充有体积浓度为98％的氮气，氮气通过-20℃的水干燥至露点温度，表压为0.02mpa。因此，所有截断阀站的主阀和旁通阀均关闭，以将阀站之间的主管道段彼此隔离。在每个截断阀站两侧的表嘴上安装了用于监测管道空洞中压力和含水量的装置。在监测过程中，对保存的气体管道空洞中的压力和含水量进行了定期控制。在监测的前十天，每天进行一次控制，然后每15天进行一次。两个月后，在计划的参数控制过程中，在长度为27km的管段两端安装的两个压力表中检测到压力下降到大气压，并且在管段一端，指示盒的颜色从蓝色变为粉红色。由于压力下降到大气压，得出了管段降压的结论，并根据指示盒颜色变化得出了关于阀站附近管段含水量增加的结论。在压力下降的管段进行氮气泵送，作为校正措施。然后，在阀门站进行泄漏检测，使用声学泄漏检测装置和肥皂溶液气泡试验检测含水量的增加。消除了在dn 1400截断阀杆处检测到的泄漏，之后用干燥氮气吹扫管段，直到得到指定的含水量，并用氮气填充管段，直至表压为0.02mpa。更换指示盒中的硅胶，并以30天的周期继续监测保存的气体管道空洞中的参数。
38.通过将获得的结果与两个值(压力和含水量)同时进行比较，所提供的发明允许在监测过程中获得关于停用管道技术条件的更可靠数据，从而确保监测效率的提高。此外，实施所提供的发明可以减少气体损失，因此可以防止管道紧密性监测过程中的压降，从而提高监测效率。