В сложных сплетениях трубопроводов нефтеперерабатывающих заводов и газораспределительных станций для логистики процесса переработки и доставки продукта в накопительные резервуары на узлах распределения стоят десятки разных типов клапанов – регулирующих и секущих.
С первого взгляда на клапан ручного привода или с дистанционным управлением оператор видит его состояние – закрыто/открыто. А как определить состояние осевого запорного клапана обратного потока: закрыт/ открыт? Как сосчитать количество срабатываний за час или смену, и с какой частотой? Это не праздные вопросы, потому что по этим параметрам можно определить состояние всей трубопроводной сети или отдельного трубопровода, начиная от напорного насоса до приемного устройства, до емкостей хранения среды.
Высокая частота срабатывания может указывать на опасность помпажа, который является показателем серьезных нарушений сбалансированности системы и предвестником возможной аварии.
Все запорные клапаны осевого потока как зарубежного производства (рис. 1), так и российского (рис. 2) имеют одинаковый простой принцип действия. При нормальной работе давление рабочей среды держит в открытом состоянии запирающий элемент, который сжимает пружину, и проходное сечение трубопровода вокруг запорного элемента свободно.
При возникновении турбулентности потока в трубопроводе появляются зоны пониженного давления, и при падении давления среды внутри трубопровода силы упругости пружины меньше. Если клапан имеет демпфирующее устройство, то пружина прижимает запорный элемент к седлу, и клапан закрывается, предотвращая обратное движение среды и гидравлические удары.
Конечно, в каждой сети на трубопроводах стоят манометры со стрелками и циферблатами с красными цифрами допустимых рабочих параметров. Стрелки манометров могут показывать статику, а количество и частоту резких изменений давления они не фиксируют. Как в этом случае можно сквозь толщу металла клапана определить его состояние? Как определить частоту срабатывания, которая может характеризовать, пусть косвенно, характеристику потока среды от напорной станции до накопителя или потребителя?
Всем еще со времен средней школы знакомо явление МАГНЕТИЗМА, т. е. свойство магнита притягивать к себе металлические предметы. Если магнитный материал как сердечник перемещать внутри катушки индуктивности (рис. 3), то в обмотке появится переменный электрический ток, величина которого зависит от количества витков и силы магнитного поля сердечника.
Таким образом, намотав вокруг корпуса клапана провод, можно получить катушку индуктивности с переменной массой магнитного сердечника – запорного элемента. В закрытом состоянии запорный элемент прижат пружиной к седлу без зазоров. Это создает общую массу магнитного сердечника из корпуса клапана, седла и прижатого запорного элемента внутри катушки индуктивности – провода, намотанного вокруг клапана.
При подаче рабочей среды в трубопровод запорный элемент давлением потока переместится в открытое положение, т. е. выйдет за габариты катушки, при этом в её обмотках появится импульс тока, который можно передать на любое расстояние в пункт контроля как сигнал открытия клапана. При закрытии клапана запорный элемент переместится к седлу внутрь катушки, увеличится масса и магнитное поле сердечника, в результате в обмотках появится импульс тока обратного направления, который передается в пункт контроля как сигнал срабатывания клапана на закрытие.
Таким образом, на контрольной панели каждого клапана будет видно состояние (открыт/закрыт клапан), и станет возможным сосчитать количество срабатываний за определенный период. Если количество срабатываний превышает установленный техническими условиями предел, значит, необходима проверка или техобслуживание этого участка трубопроводной сети.
Датчик срабатывания клапана не требует внешнего питания, его можно устанавливать вместе с клапаном в любых климатических условиях под землей, под водой, в помещениях или вне их. Примеры установки датчика изображены на рисунках 4 и 5. При этом важно в зависимости от места установки изолировать датчики от внешних воздействий, т. е. обеспечить герметизацию.
Промышленность выпускает много типов различных устройств передачи импульсов тока от датчика, поэтому эта импульсная информация легко впишется в цифровизацию общего управления процессами.
При обсуждении с производителями клапанов обратного потока возможностей применения таких датчиков на их продукции сразу возникает вопрос приобретения, но никто не хочет выпускать эту пусть и очень простую модель, не увидев демонстрационных образцов в действии.
