Контроль герметичности гибких трубопроводов
ART 86403
М.
А. ГоринаБиблиографическое описание статьи для цитирования:
Горина
М.
А.,
Грядунова
Е.
Н.,
Горин
А.
В. Контроль герметичности гибких трубопроводов // Научно-методический электронный журнал «Концепт». –
2016. – Т. 11. – С.
1881–1885. – URL:
http://e-koncept.ru/2016/86403.htm.
Аннотация. Статья посвящена основным принципам контроля герметичности гибких трубопроводов. Гибкие трубопроводы могут заполняться рабочими телами, в состав которых входят органические вещества в виде предельных углеводородов. Авторы предлагают применение фотометрического метода определения утечек углеводородов в гибких трубопроводов. Фотометрический метод позволяет определить утечки углеводородов незначительного объема.
Ключевые слова:
фотометрический метод, углеводороды, допустимые утечки, световой поток, оптическая плотность раствора, степень герметичности
Текст статьи
Горина Мария Андреевна,студент ФГБОУ ВО «Приокский государственный университет», г.Орелgorin57@mail.ru
Грядунова Елена Николаевна,кандидат технических наук, доцент кафедры «Техническая механика и инженерная графика» ФГБОУ ВО «Приокский государственный университет», г.Орелgryadunova65@mail.ru
Горин Андрей Владимирович,кандидат технических наук, доцент кафедры «Техническая механика и инженерная графика» ФГБОУ ВО «Приокский государственный университет», г.Орелgorin57@mail.ru
Контроль герметичности гибких трубопроводов
Аннотация.Статья посвящена основным принципам контроля герметичностигибких трубопроводов. Гибкие трубопроводы могут заполнятьсярабочими телами,в состав которых входят органические вещества в виде предельных углеводородов.Авторы предлагаютприменение фотометрического метода определения утечек углеводородов в гибких трубопроводов. Фотометрический метод позволяет определить утечки углеводородов незначительного объема.Ключевые слова:фотометрический метод, углеводороды, допустимые утечки, световой поток,оптическая плотность раствора, степень герметичности.
Темпы современного производства все быстрее набирают обороты. качество труб, которые используются в разнообразных производственных процессах, должно соответствовать всем современным жестким требованиям. В настоящее время в России при создании инженерных коммуникаций широко используются гибкие трубопроводы. Отечественные и зарубежные производители предлагают потребителю очень большую номенклатуру труб из самых различных материалов. Для изготовления гибких трубопроводов в России чаще всего используют полимерыили нержавеющую сталь.Полиуретановые шлангиусловно проходным диаметром от 25 до 400мм, предназначены для транспортировки топлива, нефти, нефтепродуктов, масел, химических продуктов, загрязненных вод, воды и сбора загрязнений.После окончания монтажа гибкий шлаг необходимо проверить на протекание при рабочих давлении и температуре. Причинами утечки могут стать: пережатие прокладки в накидной гайке, недостаточная толщина прокладки в накидной гайке, несоответствие диаметра прокладки диаметру посадочного гнезда. Проводить визуальный осмотр шланга рекомендуется через каждые шесть месяцев, так как при эксплуатации трубопроводов заводские дефекты могут привести к появлению сквозных трещин и разрывов. Если утечка вещества происходит в закрытом помещение,то возникает дополнительная необходимость контролировать его утечку[1],так как в воздухе рабочей зоны концентрация вредного вещества должна быть меньше предельно допустимой[2].Поэтому обнаружение утечки рабочего вещества является актуальной задачей.Методы поиска течейвесьма разнообразны и существенно различаются по чувствительности, селективности, по принципам обнаружения утечки пробноговещества, по виду используемых при реализации пробных веществ и т.д.Так как в состав рабочего вещества входят органические соединения, то необходима регистрация углеводородов.Основными параметрами, характеризующим метод контроля утечки является: предел обнаружения, то есть минимальное количество (поток или концентрация) вещества, которое можно обнаружить данным методом. Требования к этому параметру определяются максимально допустимой утечкой. Так как, объемное количество, вытекающего газа при постоянной температуре, независимо от природы газа, определяется произведением его объема на давление, (м3Па; л.мм.рт.ст.), то утечка газообразного вещества определяется в единицах м3ПА, отнесенных к единице времени м3Па/с, что соответствует размерности Ватт. Норма герметичности сосуда, аппарата в соответствии с[3],определяется как наибольший суммарный расход вещества через течи, обеспечивающий работоспособное состояние сосуда, аппарата и установленный нормативнотехнической документацией на данный сосуд, аппарат. Норма герметичности измеряется в единицах газового потока (Ватт):,
(1)где:
В
расход газа через сквозной микроканал, м3Па/с;
объемный расход газа, м3/с;Р
давление в сосуде, Па;
изменение давления в сосуде, Па/с;V
объем сосуда, м3Норма негерметичности гибких трубопроводов, заполненных органической жидкостью или газом, составляетот 105до 103Вт.Самый простой метод обнаружения течей –пузырьковый. О величине течи судят по размеру и скорости образования пузырьков газа, образованных в жидкости. В данном случае его чувствительность недостаточна. Надежный и высокочувствительныйметод контроля герметичности –спектрометрический, требует дорогостоящего оборудования и высококвалифицированного персонала[4].В работе [5]предложен метод контроля герметичности с помощью вспомогательной химической реакции углеводорода с галогеном и регистрации изменения оптической плотности раствора. При косвенном фотометрическом анализе количество вещества определяется по изменению интенсивности окраски или светопоглощения окрашенного раствора, в который введено детектируемое вещество[6]. Предельные углеводороды вступают в реакцию с галогенами, вследствие чего изменяется интенсивность окраски раствора, которая фиксируется фотометрическим методом.Реакция бронирования предельных углеводородов имеет вид:
(2)При вступлении в реакцию (а) молей предельного углеводорода количество свободного брома в растворе уменьшатся на (2а) молей. Это дает возможность по изменению количества ΔNб(моль) брома в растворе определить количество Nупредельного углеводорода, вступившего с ним в реакцию:.
(3)В качестве растворителя для брома могут быть использованы: этиловый спирт, четыреххлористый углеводород и вода. Для проведения большого числа измерений необходимо использовать самый дешевый и доступный растворитель, который является вода. Вода прозрачна для светового потока в диапазоне длин волн 200…760 нм, ее собственная полоса поглощения светового потока 167 ± 2нм. Растворимость брома в воде 0,3%об. в три раза превышает максимально допустимую концентрацию раствора для проведения фотометрических измерений (обычно экспериментальные исследования проводятся с концентрациями веществ, не превышающими 0,1об.%. К тому же, как показали многочисленные исследования, в водных растворах галогенов почти не происходит смещения спектра поглощения. Поэтому для проведения реакции предельного углеводорода с бромом в качестве растворителя целесообразно использоватьводу. Для диссоциаций брома, необходимо облучить его световым потоком с длинной волны не более628нм, так как энергия кванта именно данного участка спектра соответствует энергии, необходимой для диссоциации молекул брома. Для диссоциаций брома, необходимо облучить его световым потоком с длинной волны не более 628нм, так как энергия кванта именно данного участка спектра соответствует энергии, необходимой для диссоциации молекул брома.Световые потоки разной интенсивности I1 и I2(закон Бунзена и Роско), но с одинаковы произведение I1×t1и I1×t2 (где t время облучения светом), произведут одинаковое фотохимическое воздействие. Поэтому мощность облучающего элемента для фотодиссоциации всего брома в растворе, рассчитывается по формуле:
(4)где:
–коэффициент пропускания диспергирующего элемента;С –концентрация вещества.Например, при использовании светофильтра, пропускающего в данном диапазоне 0,7 % светового потока, что составляет 1/10 часть мощности всего энергетического излучения, для диссоциации всего брома в данном растворе, за одну секунду потребуется источник света мощностью не менее 7×104Вт. Таким образом, при облучении раствора брома электромагнитным излучение, происходит его реакция с предельным углеводородом. В результате этой реакции изменяется количество свободного брома в растворе, а значит, уменьшается интенсивность его окраски, которая фиксируется фотометрическим методом.Фотометрический метод анализа основывается на законе БугераЛамберта, заключающемся в следующем: интенсивность пучка параллельных лучей при прохождении слоя среды толщиной zубывает, вследствие его поглощения:
(5)где:Jо,J–интенсивность световых потоков: падающего на слой вещества и прошедшего через слой вещества;a–натуральный показатель поглощения на длине волны λ;
–коэффициент пропускания слоя толщиной z.В практических расчетах пользуются не натуральным, а десятичным показателем поглощения α.Для определения количества (Nмоль) поглощающегося вещества в растворе пользуются оптической плотностью раствора, которая пропорциональна его содержанию в растворе. Оптическая плотность раствора связана с коэффициентом пропускания следующим выражением:
(6)В том случае, если растворитель не поглощает световой поток, то справедлив закон Бора:
(7)где:
–молярный коэффициент поглощения растворенного веществана длиневолны λ, м2/моль (л./моль·см), называемыйкоэффициентомэкстинкции вещества;С–концентрация вещества в растворе, моль/м3(моль/л.);z–длина поглощения слоя, м (см).Схема установки для определениястепени герметичности стыков гибких шланговпредставлена на рисунке 1.В ней контролируемую часть изделия 1 помещают в камеру накопления 2. Затем воздух из камеры накопления прокачивают насосом 3, через реакционную камеру 4, вкоторой находится индикаторный раствор. При загрязнении воздуха рабочей зоны углеводородами происходит реакция галогенного замещения, описанная уравнением (2), и оптическая плотность раствора брома D1уменьшается, что фиксируется фотоэлектрическим прибором5 и 6.
Рис. 1. Схема установки для определениястепени герметичности стыков гибких трубопроводов1 –контролируемое изделие, 2 –камера накопления,3 –прокачивающий насос, 4 –реакционная камера,5 –фотоэлектрический прибор, 6 –источник света
Затем изделие выдерживают в камере в течение времени tн. При наличии в резервуаре утечки в камере накапливается определенная концентрация предельных углеводородов. Снова прокачивают воздух через реакционную камеру и измеряют оптическую плотность раствора D2.Суммарная утечка предельного углеводорода из контролируемого изделия рассчитывается по формуле:
(8)Так как время контроля составляет не более 5 мин и скорость химической реакции брома с металлом на три порядка меньше, чем с газом, то можно проводить испытания непосредственно опуская часть гибкого шлангав раствор реагента.Изложенный в статье фотоэлектрический метод регистрации утечки обладает рядом достоинств:
простота реализации способа измерения,
небольшая себестоимость процесса измерения,
необходимая и достаточная чувствительность обнаружения,
технический персонал, проводящий контрольные измерения не требует высокой квалификации.Учитывая преимущества фотоэлектрического метода, он может использоваться для контроля герметичности гибких трубопроводов, заполненных рабочими телами в виде жидкостиили газа, в которых содержатсяпредельные углеводороды.Ссылки на источники1.ГОСТ 12.1.00776Система стандартов безопасности труда. Вредные вещества. Классификация и общие требованиябезопасности.–М.: Стандартинформ, 2007. –16с.2.ГОСТ 12.1.00588Система стандартов безопасности труда. Общие санитарногигиенические требования к воздуху рабочей зоны. –м.: Стандартинформ, 2005.–95с.3.ГОСТ 2679085Техника течеискания. Термины и определения. –м.:Стандартинформ, 2004. –8с.4.Булатов, М.И.Практическое руководство по фотометрическим методам анализа / М.И. Булатов, И. П. Калинкин. –Ленинград: Химия, 1979. –246с.5.Горин, А.В. Проверка изделий, заполненных предельными углеводородами, на герметичность:монография/ А.В.Горин, Е.Н.Грядунова, М.А.Горина –Орел:
Грядунова Елена Николаевна,кандидат технических наук, доцент кафедры «Техническая механика и инженерная графика» ФГБОУ ВО «Приокский государственный университет», г.Орелgryadunova65@mail.ru
Горин Андрей Владимирович,кандидат технических наук, доцент кафедры «Техническая механика и инженерная графика» ФГБОУ ВО «Приокский государственный университет», г.Орелgorin57@mail.ru
Контроль герметичности гибких трубопроводов
Аннотация.Статья посвящена основным принципам контроля герметичностигибких трубопроводов. Гибкие трубопроводы могут заполнятьсярабочими телами,в состав которых входят органические вещества в виде предельных углеводородов.Авторы предлагаютприменение фотометрического метода определения утечек углеводородов в гибких трубопроводов. Фотометрический метод позволяет определить утечки углеводородов незначительного объема.Ключевые слова:фотометрический метод, углеводороды, допустимые утечки, световой поток,оптическая плотность раствора, степень герметичности.
Темпы современного производства все быстрее набирают обороты. качество труб, которые используются в разнообразных производственных процессах, должно соответствовать всем современным жестким требованиям. В настоящее время в России при создании инженерных коммуникаций широко используются гибкие трубопроводы. Отечественные и зарубежные производители предлагают потребителю очень большую номенклатуру труб из самых различных материалов. Для изготовления гибких трубопроводов в России чаще всего используют полимерыили нержавеющую сталь.Полиуретановые шлангиусловно проходным диаметром от 25 до 400мм, предназначены для транспортировки топлива, нефти, нефтепродуктов, масел, химических продуктов, загрязненных вод, воды и сбора загрязнений.После окончания монтажа гибкий шлаг необходимо проверить на протекание при рабочих давлении и температуре. Причинами утечки могут стать: пережатие прокладки в накидной гайке, недостаточная толщина прокладки в накидной гайке, несоответствие диаметра прокладки диаметру посадочного гнезда. Проводить визуальный осмотр шланга рекомендуется через каждые шесть месяцев, так как при эксплуатации трубопроводов заводские дефекты могут привести к появлению сквозных трещин и разрывов. Если утечка вещества происходит в закрытом помещение,то возникает дополнительная необходимость контролировать его утечку[1],так как в воздухе рабочей зоны концентрация вредного вещества должна быть меньше предельно допустимой[2].Поэтому обнаружение утечки рабочего вещества является актуальной задачей.Методы поиска течейвесьма разнообразны и существенно различаются по чувствительности, селективности, по принципам обнаружения утечки пробноговещества, по виду используемых при реализации пробных веществ и т.д.Так как в состав рабочего вещества входят органические соединения, то необходима регистрация углеводородов.Основными параметрами, характеризующим метод контроля утечки является: предел обнаружения, то есть минимальное количество (поток или концентрация) вещества, которое можно обнаружить данным методом. Требования к этому параметру определяются максимально допустимой утечкой. Так как, объемное количество, вытекающего газа при постоянной температуре, независимо от природы газа, определяется произведением его объема на давление, (м3Па; л.мм.рт.ст.), то утечка газообразного вещества определяется в единицах м3ПА, отнесенных к единице времени м3Па/с, что соответствует размерности Ватт. Норма герметичности сосуда, аппарата в соответствии с[3],определяется как наибольший суммарный расход вещества через течи, обеспечивающий работоспособное состояние сосуда, аппарата и установленный нормативнотехнической документацией на данный сосуд, аппарат. Норма герметичности измеряется в единицах газового потока (Ватт):,
(1)где:
В
расход газа через сквозной микроканал, м3Па/с;
объемный расход газа, м3/с;Р
давление в сосуде, Па;
изменение давления в сосуде, Па/с;V
объем сосуда, м3Норма негерметичности гибких трубопроводов, заполненных органической жидкостью или газом, составляетот 105до 103Вт.Самый простой метод обнаружения течей –пузырьковый. О величине течи судят по размеру и скорости образования пузырьков газа, образованных в жидкости. В данном случае его чувствительность недостаточна. Надежный и высокочувствительныйметод контроля герметичности –спектрометрический, требует дорогостоящего оборудования и высококвалифицированного персонала[4].В работе [5]предложен метод контроля герметичности с помощью вспомогательной химической реакции углеводорода с галогеном и регистрации изменения оптической плотности раствора. При косвенном фотометрическом анализе количество вещества определяется по изменению интенсивности окраски или светопоглощения окрашенного раствора, в который введено детектируемое вещество[6]. Предельные углеводороды вступают в реакцию с галогенами, вследствие чего изменяется интенсивность окраски раствора, которая фиксируется фотометрическим методом.Реакция бронирования предельных углеводородов имеет вид:
(2)При вступлении в реакцию (а) молей предельного углеводорода количество свободного брома в растворе уменьшатся на (2а) молей. Это дает возможность по изменению количества ΔNб(моль) брома в растворе определить количество Nупредельного углеводорода, вступившего с ним в реакцию:.
(3)В качестве растворителя для брома могут быть использованы: этиловый спирт, четыреххлористый углеводород и вода. Для проведения большого числа измерений необходимо использовать самый дешевый и доступный растворитель, который является вода. Вода прозрачна для светового потока в диапазоне длин волн 200…760 нм, ее собственная полоса поглощения светового потока 167 ± 2нм. Растворимость брома в воде 0,3%об. в три раза превышает максимально допустимую концентрацию раствора для проведения фотометрических измерений (обычно экспериментальные исследования проводятся с концентрациями веществ, не превышающими 0,1об.%. К тому же, как показали многочисленные исследования, в водных растворах галогенов почти не происходит смещения спектра поглощения. Поэтому для проведения реакции предельного углеводорода с бромом в качестве растворителя целесообразно использоватьводу. Для диссоциаций брома, необходимо облучить его световым потоком с длинной волны не более628нм, так как энергия кванта именно данного участка спектра соответствует энергии, необходимой для диссоциации молекул брома. Для диссоциаций брома, необходимо облучить его световым потоком с длинной волны не более 628нм, так как энергия кванта именно данного участка спектра соответствует энергии, необходимой для диссоциации молекул брома.Световые потоки разной интенсивности I1 и I2(закон Бунзена и Роско), но с одинаковы произведение I1×t1и I1×t2 (где t время облучения светом), произведут одинаковое фотохимическое воздействие. Поэтому мощность облучающего элемента для фотодиссоциации всего брома в растворе, рассчитывается по формуле:
(4)где:
–коэффициент пропускания диспергирующего элемента;С –концентрация вещества.Например, при использовании светофильтра, пропускающего в данном диапазоне 0,7 % светового потока, что составляет 1/10 часть мощности всего энергетического излучения, для диссоциации всего брома в данном растворе, за одну секунду потребуется источник света мощностью не менее 7×104Вт. Таким образом, при облучении раствора брома электромагнитным излучение, происходит его реакция с предельным углеводородом. В результате этой реакции изменяется количество свободного брома в растворе, а значит, уменьшается интенсивность его окраски, которая фиксируется фотометрическим методом.Фотометрический метод анализа основывается на законе БугераЛамберта, заключающемся в следующем: интенсивность пучка параллельных лучей при прохождении слоя среды толщиной zубывает, вследствие его поглощения:
(5)где:Jо,J–интенсивность световых потоков: падающего на слой вещества и прошедшего через слой вещества;a–натуральный показатель поглощения на длине волны λ;
–коэффициент пропускания слоя толщиной z.В практических расчетах пользуются не натуральным, а десятичным показателем поглощения α.Для определения количества (Nмоль) поглощающегося вещества в растворе пользуются оптической плотностью раствора, которая пропорциональна его содержанию в растворе. Оптическая плотность раствора связана с коэффициентом пропускания следующим выражением:
(6)В том случае, если растворитель не поглощает световой поток, то справедлив закон Бора:
(7)где:
–молярный коэффициент поглощения растворенного веществана длиневолны λ, м2/моль (л./моль·см), называемыйкоэффициентомэкстинкции вещества;С–концентрация вещества в растворе, моль/м3(моль/л.);z–длина поглощения слоя, м (см).Схема установки для определениястепени герметичности стыков гибких шланговпредставлена на рисунке 1.В ней контролируемую часть изделия 1 помещают в камеру накопления 2. Затем воздух из камеры накопления прокачивают насосом 3, через реакционную камеру 4, вкоторой находится индикаторный раствор. При загрязнении воздуха рабочей зоны углеводородами происходит реакция галогенного замещения, описанная уравнением (2), и оптическая плотность раствора брома D1уменьшается, что фиксируется фотоэлектрическим прибором5 и 6.
Рис. 1. Схема установки для определениястепени герметичности стыков гибких трубопроводов1 –контролируемое изделие, 2 –камера накопления,3 –прокачивающий насос, 4 –реакционная камера,5 –фотоэлектрический прибор, 6 –источник света
Затем изделие выдерживают в камере в течение времени tн. При наличии в резервуаре утечки в камере накапливается определенная концентрация предельных углеводородов. Снова прокачивают воздух через реакционную камеру и измеряют оптическую плотность раствора D2.Суммарная утечка предельного углеводорода из контролируемого изделия рассчитывается по формуле:
(8)Так как время контроля составляет не более 5 мин и скорость химической реакции брома с металлом на три порядка меньше, чем с газом, то можно проводить испытания непосредственно опуская часть гибкого шлангав раствор реагента.Изложенный в статье фотоэлектрический метод регистрации утечки обладает рядом достоинств:
простота реализации способа измерения,
небольшая себестоимость процесса измерения,
необходимая и достаточная чувствительность обнаружения,
технический персонал, проводящий контрольные измерения не требует высокой квалификации.Учитывая преимущества фотоэлектрического метода, он может использоваться для контроля герметичности гибких трубопроводов, заполненных рабочими телами в виде жидкостиили газа, в которых содержатсяпредельные углеводороды.Ссылки на источники1.ГОСТ 12.1.00776Система стандартов безопасности труда. Вредные вещества. Классификация и общие требованиябезопасности.–М.: Стандартинформ, 2007. –16с.2.ГОСТ 12.1.00588Система стандартов безопасности труда. Общие санитарногигиенические требования к воздуху рабочей зоны. –м.: Стандартинформ, 2005.–95с.3.ГОСТ 2679085Техника течеискания. Термины и определения. –м.:Стандартинформ, 2004. –8с.4.Булатов, М.И.Практическое руководство по фотометрическим методам анализа / М.И. Булатов, И. П. Калинкин. –Ленинград: Химия, 1979. –246с.5.Горин, А.В. Проверка изделий, заполненных предельными углеводородами, на герметичность:монография/ А.В.Горин, Е.Н.Грядунова, М.А.Горина –Орел:
