С.В.Сейнов - президент-научный руководитель НПО «ГАКС-АРМСЕРВИС», д.т.н., профессорчлен-коррРАПК
 
СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ ДИАГНОСТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ И НЕКОТОРЫЕ АСПЕКТЫ АНАЛИЗА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ
 
1. Измерения расходных показателей качества (утечек) для диагностических целей
 
Методология выбора диагностических параметров, по которым оценивается техническое состояние трубопроводной арматуры, изложенная в предыдущих частях статьи, определила безусловный приоритет использования в качестве диагностических – показатели качества. В первую очередь, это расходный показатель, в качестве которого выступает объемная величина утечки транспортируемой (пробной) среды, прошедшей через закрытое уплотнение затвора (Q) в единицу времени. Он определяет не только техническое состояние арматуры на момент освидетельствования, но и количественно характеризует качество объекта на завершающей стадии изготовления каковыми являются приемосдаточные испытания. Именно здесь он подлежит первичной количественной оценке с применением средств измерений для последующего сравнения с нормативными требованиями, регламентированными проектно-конструкторской документацией или стандартами различного уровня.
 
Измерения показателей качества Q в виде количественной величины утечки (см3/мин; мм3) осуществляется с помощью специальных измерительных устройств, прошедших сертификационные испытания и включенные в государственный реестр средств измерений России. Эти устройства являются элементами испытательных комплексов и функционируют в момент проведения различных видов пневмогидравлических испытаний арматуры. Обобщенные структурные схемы испытательных комплексов с встроенными средствами измерений представлены на рис.10.
 
 
Рис.10. Структура испытательных комплексов для различных видов арматуры с устройством измерения и регистрации утечек среды
а) задвижка с квазижестким клином; б) шиберная задвижка (квазижесткий затвор); в) задвижка с квазиупругим (самоустанавливающимся) двухдисковым клином;
1 - объект испытаний; 2 - заглушка; 3 - манометр; 4 - запорный клапан; 5 - нагнетательный трубопровод; 6 - система создания избыточного давления испытательной среды; 7 - трубопровод отбора утечки; 8 - система измерения и регистрации утечки, прошедшей через уплотнение затвора
 
Средства измерений показателей качества (позиция 8), которые используются в испытательных комплексах, могут иметь различную конфигурацию, зависящую от ряда условий.
 
Во-первых, это условие, характеризующее функциональное назначение испытаний, к которым должны быть отнесены приемосдаточные, приемочные, диагностические, исследовательские [14] и т.д. Сюда могут быть отнесены приборы, характеризуемые как показывающие, регистрирующие, однопараметрические, многопараметрические, компьютерного обеспечения и т.д.
 
Второе условие – возможность проводить испытания на месте установки объекта в трубопроводной системе или проведение испытаний объекта после его демонтажа и перемещения на стационарный испытательный участок. Отсюда вытекают конфигурации приборов стационарного и мобильного исполнений.
 
В-третьих, конструктивно-эксплуатационные замыслы разработчиков, позволяющих создавать средства измерения в виде: конструктивно-обособленных исполнений, конструктивно-встраиваемых исполнений и наиболее сложных функционально и конструктивно взаимосвязанных.
 
На рис. 11, 12, 13 представлены средства измерения утечек, характеризующие каждую из рассмотренных конфигураций средств измерений. Все эти средства позволяют осуществлять измерения и регистрацию так же и других параметров процесса измерений, оценка и учет которых необходимы для поддержания заданных параметров и метрологических характеристик приборов, датчиков и других чувствительных элементов на заданном уровне. В таблице 6 [17] представлены технические характеристики, которые заложены во все указанные конфигурации средств измерений и которые зарегистрированы в государственном реестре. Эти приборы являются представителями семейства измерительных регистрирующих систем типа «Сейтроник-СИР-ПГ-300», «SEITRONIC SIR-PG», рекомендованных к применению межгосударственным стандартом ГОСТ 33257-2015 «Арматура трубопроводная. Методы контроля и испытаний» и отвечают всем требованиям «Декларации о соответствии ЕАЭС № RU Д-RU.HA10.B.00156/18».
 
 
Рис.11. Система измерительная регистрирующая стационарная «Сейтроник СИР-ПГ-300» модификация «Терминал» со встроенными датчиками давлений, датчиками измерения утечек воды и воздуха, блок сопряжения, компьютерный терминал с сенсорной панелью, принтер, программное обеспечение
 
 
Рис.12. Система измерительная регистрирующая мобильная «Сейтроник СИР-ПГ-300» модификация «Промышленный кейс» со встроенными: датчиками давлений и температуры, датчиками измерения утечек воды и воздуха, промышленным компьютером, программным обеспечением
 
 
Рис.13. Стационарная пневмоуправляемая насосная станция ГАКС-Д-8-50/24 модификация «Многофункциональный блок» со встроенной комплексной системой измерения и регистрации «SEITRONIC-SIR-PG»
 
Технические характеристики систем типа «Сейтроник СИР-ПГ-300»​
Таблица 6
Наименование характеристики
Значение
Диапазон измерений давления, МПа
от 0 до 160
Диапазон измерений объемного расхода (утечек), см3/мин:
- при испытании водой
- при испытании воздухом
 
от 0 до 10
от 0 до 12
Диапазон измерений температуры, °С
от +5 до +70
Пределы допускаемой основной приведённой погрешности измерений давления, %
±0,4
Пределы допускаемой дополнительной приведённой погрешности измерений давления, вызванной отклонением температуры окружающей среды от нормальной на каждые 10 °С, %
±0,25
Пределы допускаемой приведённой погрешности измерений объемного расхода (утечек), %
±3
Пределы допускаемой основной абсолютной погрешности измерений температуры, °С
±1
Пределы допускаемой дополнительной абсолютной погрешности измерений температуры, вызванной отклонением температуры окружающей среды от нормальной на каждые 10 °С, °С
±0,45
Количество каналов измерений давления, шт.
2
Количество каналов измерений утечек, шт.
2
Количество каналов измерений температуры, шт.
2
Потребляемая мощность, В·А, не более
120
 
 
Использование показателя качества (утечки, Q, см3/мин; мм3) в качестве диагностического параметра позволяет минимизировать диагностическую погрешность и получить наиболее точную оценку технического состояния объекта на момент освидетельствования. Это достигается не только за счет повышения точности измерения физических характеристик испытательной и окружающей сред, но и применения однозвенной диагностической цепочки (модели) (рис. 14), на основе которой построен процесс оценки состояния этого показателя качества.
 
 
Рис.14. Структура однозвенной диагностической цепочки (модели) оценки состояния герметичности затвора на основе объемной величины утечки
 
Для диагностической оценки состояния показателя качества используется соотношение Qi(вод) ≤ [Q(вод)] или Qi(воз) ≤ [Q(воз)].
Здесь:
Qi(вод); Qi(воз) - текущие, измеренные значения показателей качества (воды, воздуха);
[Qi(воl)]; [Q(воз)] - регламентированные значения показателя качества (воды, воздуха).
 
В качестве регламентирующей величины утечки, используемой в диагностической цепочке, а затем и в системах программного обеспечения измерительных приборов типа «Сейтроник СИР-ПГ» заложены ограничения на их применение по величинам утечек (ГОСТ 9544-2015 классы герметичности А; АА; В; С; СС; D для DN от 3 до 2000 мм и PN до 160 МПа). Повышенное номинальное давление по отношению к требованиям ГОСТ 9544-2015 применены в этих измерительно-регистрирующих системах с целью расширения их эксплуатационных возможностей, касающихся использования при испытаниях противовыбросового оборудования в нефтегазовых отраслях.
 
2. Измерения манометрических показателей качества (давлений) для диагностических целей
 
Вторым по функциональной значимости и, пожалуй, первым по многообразию применимости в качестве показателя качества – герметичности уплотнения затвора арматуры и других, герметизируемых соединений, используется показатель, характеризующий изменение давления среды в единицу времени (∆Р/мин) в исследуемой полости объекта. Это изменение давления является следствием ушедшей через уплотнение герметизируемого соединения пробной среды в виде утечки некоторого её объема (∆Q), что подтверждается ранее установленной функциональной связи давления (Р) и расхода (Q). Параметр (∆Р) определен и как показатель качества, и как контролируемый параметр при оценке качества различных видов соединений. Межгосударственный стандарт ГОСТ 33257-2015 «Трубопроводная арматура. Методы контроля и испытаний», разъясняет, что «контроль осуществляют по изменению давления в контролируемых полостях изделий» и «арматура считается выдержавшей испытания, если при установившемся давлении в течение времени, указанного в КД или нормативах, отсутствует падение давления или давление падает на величину, не превышающую допустимое значение, указанное в КД».
 
   
 
Рис.15. Общий вид и комплектность прибора для диагностики, испытаний на герметичность затвора и настройки предохранительных клапанов: а) «Сейтроник ПГ10-1»; б) «Сейтроник ПГ10-2»
 
Потребность практики, возможность технической реализации идеологии измерений, дополнительные разъяснения и ограничения нормативной документации привели к тому, что манометрический способ оценки технического состояния трубопроводной арматуры нашел достаточно широкое применение в испытательных системах и специальных диагностических комплексах. На рисунках 15 и 16 представлен общий вид и структура прибора «Сейтроник ПГ 10-1». Его основные технические характеристики приведены в таблице 7 [17]. На рис. 17 показан общий вид и функциональная структура диагностической системы «Сейтроник МД 10-2», а основные технические характеристики в таблице 8 [17].
 
       
 
Рис.16. а) Структура испытательного комплекса для диагностики и настройки предохранительных клапанов со встроенной электронной измерительной регистрирующей системой «Сейтроник ПГ10-1»;
б) Структура измерительно-регистрирующей системы мобильного исполнения для диагностики герметичности и настройки предохранительных клапанов «Сейтроник ПГ10-2»
 
 
Рис.17. Структура диагностической системы «Сейтроник СИР МД-10-2» и характер нагружения объекта при диагностических испытаниях
12 - крышка задвижки; 14 - переходник (набор переходников); 15 - активная контролируемая полость крышки задвижки; 16 - активная контролируемая полость корпуса задвижки; 17 - полость входного патрубка; 18 - междисковое пространство; 19 - полость выходного патрубка; 20 - запорный клин затвора
 
Технические характеристики системы измерения утечек и настройки предохранительных клапанов «Сейтроник ПГ10-1»
Таблица 7
Наименование характеристики
Значение
Тип измерительного преобразователя (датчика) давления
тензополупроводниковый
Испытательная среда
вода питьевая по ГОСТ Р 15232-98
сжатый воздух класса чистоты 684 ГОСТ 33257-2015
Единицы измерений давления
МПа, кг/см2, БАР
Диапазон измерений давления*:
МПа
кгс/см2
БАР
 
0…160
0…1631,5
0…1600
Временной объем памяти, для записи результатов, макс. мин.
24
Вид отсчета результатов измерений
буквенно-цифровой
Вид регистрации результатов измерений
буквенно-цифровой (на экране ЖК-дисплея и мониторе ПК) и графический (диаграммы испытаний на мониторе ПК)
Распечатка протоколов испытаний на принтере (бумага формата А4)
Дискретность отсчета давления:
МПа
кгс/см2
БАР
 
0,001
0,01
0,01
Дискретность отсчета времени, сек
0,1
Пределы допускаемой основной погрешности измерения, %
± 0,25
 
Технические характеристики диагностической системы «Сейтроник СИР МД-10-2»
Таблица 8
Наименование характеристики
Значение
Метод контроля герметичности арматуры
газовый манометрический
Испытательная среда
сжатый воздух класса 0 по ГОСТ 17433-80
Источник давления испытательной среды
компрессор мобильный
Давление испытательное, МПа
0,6 + 0,1
Единица измерений давления
МПа
Диапазон измерения давления преобразователя (датчика давления), МПа
0…1,0
Вид выходного сигнала преобразователя, В
аналоговый 0…10
Диапазон измерений давления при испытаниях, МПа
0…0,7
Вид представления результатов измерений на экране компьютера
буквенно-цифровой, графический
Дискретность отсчета значений давления, МПа
0,01
Дискретность отсчета времени, сек
1,0
Пределы допускаемой основной приведенной погрешности измерений давления, %
± 0,25
Единица измерения температуры
оС
Диапазон измерения температуры, °С
от 0 до плюс 70
Пределы допускаемой основной абсолютной погрешности измерений температуры
± 1 °С
 
Средства измерений «Сейтроник ПГ 10-1» и «Сейтроник ПГ 10-2», основанные на высокоточном измерении изменения давления в контролируемой полости, прежде всего, применяются для контроля герметичности и диагностики параметров срабатывания предохранительных клапанов. С их помощью устанавливают момент (давление) открытия затвора при наступлении аварийной ситуации и закрытие его после наступления эксплуатационного режима (рис.18) [1; 17]. Динамика изменения силовой характеристики испытательной среды (∆Р) при наступлении аварийной ситуации, момент открытия и закрытия золотника клапана четко фиксируются на диаграмме протокола диагностической настройки, что во многом исключает ошибки, связанные с «человеческим фактором». Кроме того, эти средства измерения используют в испытательных комплексах при контроле герметичности различных видов арматуры, а при соответствующем программном обеспечении могут выдавать диагностическую характеристику остаточного ресурса герметичности.
 
 
Рис.18. Извлечение формы протокола испытаний предохранительного клапана с использованием прибора «Сейтроник ПГ10-1»
 
ЛИТЕРАТУРА:
17. Технологии, оборудование, приборы для производства и ремонта трубопроводной арматуры. Каталог-справочник под редакцией С.В.Сейнова. М: ООО «Прондо», 2019, 112 с.
 
Продолжение следует.