CS209709B1 - Apparatus for internal inspection of long-distance pipelines - Google Patents

Description

(54) Zařízení pro vnitřní inspekci dálkových potrubí ;1

Vynález se týká zařízení pro vnitřní inspekci dálkových potrubí za provozu na principu meeCaaícCoo-loktrického snímání vnitřního průřezu potrubb, které se skládá z nosného tělesa, záznamového zařízenL, alespoň jedné těsnicí mairnety a výkyvných snímacích ramen, jejichž vnější konec je trvale přitaaěován k okoaáC těsnící manňžey, která je v doteku sviítřní stěnou kontrolovaného potrubí, Zařízení je určeno pro zjišťování odchylek vnitřního průřezu porubí od jmenovitého průřezu, jejich lokalizaci a registraci. .

Vady v geometrii průřezu dálkových potrubí uložených v zemi je možno zjišťovat pouze vnitřní inspekcí. Důvodů pro vnitřní CsípiOcC je celá řada, jako např. zjišťování průchodn^s i potrubí po jeho montáži nebo po vyčištění čisticím ježkem, případně zjišťování deformace vzniklé působením vnějších sil jako je zemětřesení, sesuvy a sesedáni půdy či větší vnitřní koroze a abraze p^tiru^b.. Deformace potrubí mohou způsooit umeení prouděni média potrubím nebo poškodit čisticí ježky a vyvolat ' koncentrované namáhání potrubí, které by mohlo vést k jeho porušení případně i h^aárř i .

Vnitřní inspekce produktovodů, zvláště áysokotlaOýca, je tedy nezbytnou Ομ^lou provozního stavu potrubí, ш^odňusicí preventivně zjišťovat a lokalizovat vady a tak zajišťovat včasnou opravu poškozených částí po t: rub jí.

Vnitřní inspekce dálkových produktovodů za provozu, zvláště vysoko olakých, klade mimořádné nároky na konstrukci inspekčního zařízeni. Vyžaduje se od něho schopnost provádět vnitřní inspekci za provozních parameerů produOtovndů na dlouhých úsecích s ohledem na modnodti vstupů a výstupů z potrubí. Vstupní a výstupní komory pro čisticí nebo inspekční zařízení iývání obvykle umístěny u knmmpesníca Či Čerpacích stanÍc, které jsou od sebe vzdáleny 100 i více km. To vyžaduje také ne-z áá vsloS inspekčního zařízení na vnějším zdroli elektrické energie, a proto i m^lou spotřebu. Proto se pro pohyb inspekčního zařízení v potrubí využívá prduι^ícíhn média nastavením tlakového spádu před a za inspekčním zařízením. Prostředí pйsonicí na mechanismus inspekčního zařízení představuje celou řadu problémů. Protože inspekční zařízení musí pracovat na tak velké vzdááenoost, nesmí docházet k o^c^třebení snímacího ú s n o o í ani-0 jeho poškození nebo dokonce selháni, aby se neprováděla falešná indikace ánίtřoíad průřezu S^:ím^(^í čidla mus c v podstatě pokrývat celý obvod potrubí bez náinků na přílišnou složitost a pouuicí velkého počtu souSčrtí. Inspekční zařízení musí být schopné procházet nejen zakřivenými částmi potrubí bez vyznačeni odchylek od oormírníhn průřezu, ale také Oole^m bočních otvorů odvětvení po^ub^ přičemž snímací čidla musí být ve stálém styku se stěnou potrubí po celém obvodu a musí mít dossatlannu iítlááttt, aby byla schopna CodiOovat i malé změny vnitřního průřezu p^tzrubií.

Jediné známé zařízení pro vnitřní Cospekcc, vyuSiváníií pro zjištění ne rovnossí vnitřního povrchu potrubí výkyvných snímacích ramen, chráněné patentem USA číslo

755 908, je založeno na výlučně mechanickém přenosu polohy výkyvných ramen na záznamové zařízení. Nevýhoda tohoto řešení spočívá v mechanických pákových převodech, které mají určité vůle a tím i menší citlivost a jejich správná funkce může být při případném znečištění za provozních podmínek omezena. Při inspekci potrubí s kapalnými produkty může к dalšímu snížení citlivosti dojít v. důsledku nutnosti hermetického utěsnění pákového převodu к zapisovači.

Tyto nevýhody odstraňuje zařízení pro vnitřní inspekci podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že к zadní přírubě, připojené spolu s manžetou к nosnému tělesu, jsou upevněny souměrně rozložené snímače výchylky, s jejichž otočnými čepy jsou vnitřním koncem pevně spojena výkyvná snímací ramena. Těsnicí manžeta má tvar komolého kužele, který přechází na vnějším obvodě do válcové části, na jejímž konci je tlouštka manžety po celém obvodě menší než je tlouštka ostatních částí manžety. Výkyvná snímací ramena jsou ve stálém doteku s touto zeslabenou válcovou částí manžety, která celým obvodem přiléhá к vnitřní stěně potrubí.

Výhoda tohoto řešení spočívá především v tom, že bezprostředním převedením úhlových výchylek výkyvných snímacích ramen na elektrický signál bez mechanických převodů se citlivě snímají nerovnosti vnitřního povrchu kontrolovaného potrubí. Vzhledem к malým rozměrům snímačů lze snadno inspekční zařízení vybavit velkým počtem rovnoměrně rozložených výkyvných snímacích ramen, takže v podstatě snímají celý vnitřní obvod potrubí. Poněvadž snímače jsou к dispozici i v hermetickém provedení /plynotěsné nebo kap a 1 i no těsné/, je možné použití řešení podle vynálezu i ve výbušném prostředí nebo hořlavých kapalinách. Citlivost snímání nerovností povrchu tím není ovlivněna. Toto uspořádání je výhodné také proto, že jeho citlivost není snížena případnými nečistotami v potrubí. Zeslabení manžety na konci válcové části má výhodu v tom, že dovoluje citlivější přenášení nerovnosti vnitřního povrchu potrubí na výkyvná snímací ramena, která se o tuto část manžety svým koncem opírají. Tohoto zeslabení lze případně s výhodou použít i u manžet jiných tvarů.

Podstatou vynálezu je dále to, že snímače výchylky jsou tvořeny potenciometry, které jsou připojeny svými pevnými kontakty ke zdroji pomocného napětí snímačů. Pohyblivé kontakty každých dvou protilehle umístěných snímačů jsou vzájemně spojeny přes dva oddělovací odpory, mezí které je připojen invertující vstup zpětnovazebně zapojeného operačního zesilovače, jehož výstupní svorka je spojena přes diodu obvodu pro vyhodnocení maximální výchylky к výstupní svorce tohoto obvodu přes ochranný odpor. К tomuto odporu jsou stejným způsobem připojeny výstupy operačních zesilovačů všech ostatních párů snímačů. Svorka ochranného odporu, к níž jsou připojeny diody obvodu pro vyhodnocení maximální výchylky, je připojena rovněž к zápornému pólu zdroje napájecího napětí přes odpor pro nastavení úrovně. К záznamovému zařízení je připojen bud výstup operačního zesilovače každého páru snímačů, a to na samostatný vstup kanál - záznamového zařízení, nebo se použije jednokaná1 ového záznamového zařízení, к jehož vstupu je připojen výstup obvodu pro vyhodnocení maximální výchylky. Jako snímače výchylky mohou být použity rovněž prvky piezoelektrické, kapacitní nebo induktivní· .

Výhodou tohoto řešení je jednoduché a citlivé převedení výchylky výkyvných ramen na elektrický signál, který je v důsledku párového zapojení snímačů úměrný výchylkám na skutečných nerovnostech vnitřního povrchu potrubí, nikoliv souběžným výchylkám protilehlých párů ramen, к nimž může dojít například v ohybu potrubí, nebo v důsledku jiného vyosení zařízení. Inspekční zařízení v daném uspořádání umožňuje zapojení všech výstupů operačních zesilovačů na vícekanálové záznamové zařízení, čímž jsou přesněji lokalizovány nerovnosti vnitřního povrchu potrubí. Pro výbušná prostředí lze kromě hermetických po tenciometrických snímačů s výhodou použít také snímačů výchylky tvořených piezoelektrickými, kapacitními nebo induktivními prvky v nehermetizovaném provedení.

Podstatou vynálezu je dále to, že pokud záznamové zařízení není umístěno v nosném tělese inspekčního zařízení, ale v kontrolní stanici produktovodu, je záznamové zařízení spojeno s výstupy operačních zesilovačů nebo s výstupem obvodu pro vyhodnoconí maximální výchylky prostřednictvím vysílacího zařízení.

Toto uspořádání využívá s výhodou pro přenos telemetrických signálů kontrolovaného potrubí jako vlnovodu pro elektromagnetické vlnění vysoké frekvence.

Příklad provedení zařízení pro vnitřní inspekci dálkových potrubí za provozu je schematicky uveden na přiložených výkresech, kde na obr. 1 je podélný řez zadní části zařízení, na obr. 2 je pohled směrem A z obr. 1, na obr. 3 je nárys celého zařízení v částečném svislém řezu a na obr. 4 je schéma vyhodnocovacího elektronického obvodu snímačů.

Na obr. 1 jsou v řezu zakreslena dvě protilehlá výkyvná snímací ramena , upevněná na otočných čepech snímačů 2^. Konce výkyvných snímacích ramen _1_ se dotýkají zeslabené válcové části (i zadní manžety _5, který má tvar komolého kužele, přecházejícího na vnějším obvodu do válcové částí.

Dvanáct snímačů 2_ úhlových výchylek výkyvných snímacích ramen 1 j e upevněno na zadní přírubě 4_ rovnoměrně po celém obvodu, jak je vidět na obr. 2, a to tak, že výkyvná snímací ramena £ pokrývají v podstatě celý obvod potrubí 12.

Zadní příruba 4 a zadní víko 7 současně slouží pro upevnění zadní manžety _5 к nosnému tělesu 8 inspekčního zařízení. Ve válcovém nosném tělese 8_ jsou umístěny v zadní části elektronické přístroje, ve střední části zapisovací či jiné záznamové přístroje, případně vysokofrekvenční vysílač pro telemetrii, a v přední části zdroj elektrické energie. Přední manžeta 13 má válcovou část bez zeslabení a je připojena přední přírubou 14 a předním víkem к válcovému nosnému tělesu 8^, jak plyne z obr. 3.

Ke snímačům 2_ jsou na přípojkách 2 upevněny kabely J_0, které procházejí do prostoru nosného tělesa 8> elektrickými průchodkami 1 1 v zadním víku _7 nosného tělesa 8. К elektrickým průchodkám 11 je připojen vyhodnocovací elektronický obvod, znázorněný na obr. 4 a zdroj Uj pomocného napětí snímačů 2. Protilehle umístěné potenciome t ri cké snímače Pj a P_₂ J^sou vzájemně spojeny svými pohyblivými kontakty přes dva oddělovací odpory R. Mezi ně je připojen invertujícím vstupem operační zesilovač 0Z , napájený ze zdroje £₀ napájecího napětí. Ne invertující vstup je spojen s kostrou přístroje přes odpor Rj neinvertujícího vstupu. Výstup A operačního zesilovače 0Z je spojen přes zpětnovazební odpor Rzse svým invertujícím vstupem a s jedním pólem diody Dj obvodu pro vyhodnocení maximální výchylky. Tato dioda je opačným pólem připojena spolu s identicky zapojenými diodami D2 a D5 obvodu pro vyhodnocení maximální výchylky ostatních párů snímačů jednak к výstupu 2 obvodu pro vyhodnocení maximální výchylky přes ochranný odpor £2, jednak к zápornému pólu zdroje U_o napájecího napětí přes odpor £3 pro nas t aven í úrovně .

Funkce zařízení pro vnitřní inspekci potrubí je následující: Těleso zařízení je neseno středem kontrolovaného potrubí 12 přední manžetou 13 a zadní manžetou £, které svým obvodem těsně přiléhají к vnitřnímu obvodu potrubí 1 2 . Nosné stěny manžet musí být dostatečně pevné a pružné, aby přiléhaly s dostatečným předpětím po celém obvodu potrubí 1 2 . Tím brání obtékání proudícího média kolem tělesa zařízení a současně podpírají a vystřelují těleso inspekčního zařízení při jeho unášení médiem v potrubí, bez deformací manžet vlivem váhy tělesa. Zeslabená válcová část 6 zadní manžety £, přiléhající pružně s předpětím к vnitřní stěně potrubí 12, zmožňuje citlivější přenášení nerovností a změn průřezu potrubí 12 na výkyvná snímací ramena 2» která se o tuto část zadní manžety £ trvale opírají.

Změny polohy výkyvných snímacích ramen £, vyvolané nerovnostmi povrchu vnitřní stěny potrubí 1 2 , ^se přenášejí přes otočné čepy £ snímačů na pohyblivé kontakty snímačů £, čímž se mění na analogové elektrické veličiny, úměrné velikosti výchylky.

Snímače 2_ protilehle umístěných výkyvných snímacích ramen 2 jsou elektricky zapojeny

Claims (9)

1. PŘEDMĚT

   1. Zařízení pro vnitřní inspekci dálkových potrubí za provozu na principu mechanícko-e1ektrického snímání vnitřního průřezu potrubí, skládající se z nosného tělesa, záznamového zařízení, alespoň jedné těsnící manžety a výkyvných snímacích ramen, jejichž vnější konec je trvale přítlačován к okraji těsnicí manžety, který je v doteku s vnitřní stěnou kontrolovaného potrubí, vyznačující se tím, že к zadní přírubě /4/, připojené spolu s manžetou /5/ к nosnému tělesu /8/, jsou upevněny souměrně rozložené snímače /2/ výchylky, s jejichž otočnými čepy /3/ jsou vnitřním koncem pevně spojena výkyvná snímací ramena /1/.
2. 2. Zařízení pro vnitřní inspekci dálkových potrubí podle bodu 1 vyznačující se tím, že manžeta /5/ tvaru komolého kužele přechází na vnějším obvodě do válcové části na jejímž konci je tlouštka manže-, ty po celém obvodě menší než je tlouštk ostatních částí manžety, a výkyvná snímací ramena /1/ jsou ve stálém doteku s vnitřní stěnou této zeslabené válcové části /6/.
3. 3. Zařízení pro vnitřní inspekci dálkových potrubí podle bodu 1 vyznačující se tím, že snímače /2/ výchylky jsou tvořeny po t enc i ome. t г у , které jsou elektricky připojeny pevnými kontakty ke zdroji pomocného napětí /0\/ snímačů a pohyblivé kontakty každých dvou protilehle umístěných snímačů /2/ výchylky jsou vzájemně spojeny přes dva oddělovací odpory /R/, mezi které je připojen invertujícím vstupem zpětnovazebně zapojený operační zesilovač /OZ/, jehož výstupní svorka /А/ je spojena přes diodu / D ^ / obvodu pro vyhodnocení maximální výchylky к výstupní svorce /В/ tohoto obvo v diferenciálním obvodu, aby se zaznamenávaly pouze Čisté změny průměru potrubí. Potenciometrické snímače Pj a £2 jsou ovládány dvojicí protilehle umístěných výkyvných snímacích ramen 2 tak, že jejich otáčením se posunují běžce potenciometrů. Výstupní napětí na běžcích potenciometrických snímačů P| a £2 se přivádějí na invertující vstup operačního zesilovače OZ , na jehož výstupu A se objeví napětí, úměrné algebraickému součtu výchylek ramen. Výstupy A umožňují vícestopý záznam od jednotlivých párů výkyvných snímacích ramen 2 ^a tím přesnou lokalizaci změn průměru potrubí 12 na jeho obvodu. V případě jednostopého záznamu největší výchylky páru výkyvných snímacích ramen 2 j^e možno připojit výstup £ z operačního zesilovače OZ na obvod pro vyhodnocení maximální výchylky, tvořený diodami P-i ^az P.6 » ochranným odporem £2 a odporem £3 pro nastavení úrovně. Tento obvod způsobí, že se na výstupu В obvodu pro vyhodnocení maximální výchylky objeví největší z napětí na výstupech jednotlivých připojených operačních zesilovačů OZ . Výstupní napětí se zaznamenává buď graficky nebo magneticky záznamovým přístrojem umístěným v nosném tělese £ zařízení, připadne se dá i přenášet telemetricky pomocí vysokofrekvenčního vysílače při využití potrubí 12 jako vlnovodu.

   Zařízení podle vynálezu je možno použít pro provádění vnitřní inspekce produktovodů za provozu na všech produktovodech o větších průměrech, opatřených komorami pro vstupy a výstupy čistících a inspekčních zařízen í.

   VYNÁLEZU du přes ochranný odpor /R2/, к němuž jsou identicky připojeny výstupy operačních zesilovačů všech ostatních párů snímačů /2/ výchylky a který je sou' .sně připojen к zápornému pólu zdroje napájecího napětí /U_o/ přes odpor /R3/ pro nastavení úrovně.
4. 4. ' Zařízení pro vnitři.i inspekci dálkových potrubí podle bodu vyznačující se tím, že snímače /2/ výcli.iky jsou tvořeny piezoelektrickými prvky.
5. 5. Zařízení pro vnitřní inspekcí dálkových potrubí podle bodu 1 vyznačující se tím, že snímače /2/ výchylky jsou tvořeny kapacitními prvky.
6. 6. Zařízení pro vnitřní inspekci dálkových potrubí podle bodu 1 vyznačující se tím, že snímače /2/ výchylky jsou tvořeny induktivními prvky.
7. 7. Zařízení pro vnitřní inspekci dálkových potrubí podle bodu 3 vyznačující se tím, že výstup /А/ operačního zesilovače /OZ/ každého páru snímačů výchylky je připojen к samostatnému vstupu záznamového zařízení.
8. 8. Zařízení pro vnitřní inspekci dálkových potrubí podle bodu 7 vyznačující se tím, že záznamové zařízení je připojeno к výstupu /В/ obvodu pro vyhodnocení maximální výchylky.
9. 9. Zařízení pro vnitřní inspekci dálkových potrubí podle bodu 7 nebo 8 vyznačující se tím, že záznamové zařízení je umístěno v kontrolní stanici produktovodu a je spojeno s výstupy /А/ operačních zesilovačů nebo s výstupem /В/ obvodu pro vyhodnocení maximální výchylky prostřednictvím vysílacího zařízení.