К вопросу о детектировании повреждений высокотемпературных трубопроводов

Автор: Матвей Максимович Гончаров

Соавторы: М. М. Гончаров, А. Н. Кондрашов

Организация: Пермский государственный национальный исследовательский университет

Поломка магистральных труб – очень распространенное  явление [1]. Порой это может привести к потерям экономического характера или к техногенной катастрофе. Поэтому своевременное обнаружение  места утечки, особенно  в случае сильно протяженного трубопровода, остается крайне важной задачей, несмотря на большое количество существующих решений. Для локализации разрывов часто применяются электронные или оптоволоконные интегральные датчики температуры. Однако в ходе эксплуатации измерительной системы возникает проблема интерпретации их показаний, ведь повреждения, произошедшие в разных местах трубопровода, могут привести к абсолютно различным структурам теплового поля на поверхности внешней трубы. Например, если разрыв происходит под непроницаемой теплоизолирующей оболочкой, вытекший газ организует зазор, внутри которого организуется интенсивное течение. Такое течение экранирует теплоизоляционный материал от поверхности трубы и, тем самым,  изменяет интенсивность теплоотдачи. Более того, в различных областях может происходить как понижение температуры в результате расширения газа, так и  повышение, обусловленное сжатием. Поэтому на поверхности теплоизоляции способна возникнуть достаточно сложная структура температурного поля. В докладе будут обсуждаться вопросы построения адекватной математической модели такого процесса, а также возможности её использования для интерпретации показаний интегральных оптоволоконных датчиков температуры.

В ходе выполнения поставленной задачи была решена задача об адиабатическом истечении газа из цилиндрического отверстия в воздушный зазор между  теплоизолирующей оболочкой и нагретой металлической поверхностью трубопровода. Возникшее течение считалось трансзвуковым и изменяло тепловые граничные условия на внутренней поверхности теплоизоляционного материала. Исследовалось распределение температуры на внешней поверхности теплоизоляции при различных значениях управляющих параметров.

  В ходе выполнения численного моделирования были получены результаты, показывающие стремительное  повышение температуры в результате резкого сжатия высвободившегося газа вблизи повреждений и охлаждение с обратной стороны трубы. Проведены оценки минимального времени регистрации разрыва, необходимой точности оборудования, а также сформулированы рекомендации по способу установки чувствительных элементов интегральных оптоволоконных датчиков температуры.         

  Работа выполнена при поддержке РФФИ (проект 18-31-00165 мол_а).

1. Савина А. В., Сумской С. И., Лисанов М. В. Анализ риска аварий на магистральных трубопроводах при обосновании минимальных безопасных расстояний //Безопасность труда в промышленности. – 2012. – №. 3. – С. 58-63.