EA016658B1 - Способ контроля состояния магистральных трубопроводов - Google Patents

Abstract

Способ предназначен для использования в системах дистанционного контроля состояния магистральных трубопроводов по транспортировке нефти, газа и других веществ. При реализации способа для всех пунктов контроля создают резонансные электрические цепи, каждая из которых настроена на сигналы высокой частоты. При этом через высоковольтные конденсаторы высокочастотной связи к фазному проводу линии электропередачи катодной защиты трубопровода относительно земли подключают генератор высокочастотных сигналов, размещенный в центральном пункте вдоль линии электропередачи, а также резисторы и реактивные элементы, находящиеся в пунктах контроля. При недопустимом отклонении значения контролируемого сигнала, например тока в цепи катодной защиты или разности потенциалов между трубопроводом и землей, от заданной величины шунтируют резистор резонансной цепи в соответствующем пункте контроля и по величине изменившегося тока высокой частоты в центральном пункте определяют место расположения пункта контроля, в котором произошло недопустимое отклонение значения контролируемого сигнала от заданной величины. Способ позволяет контролировать состояние трубопроводов без осуществления приема-передачи сигналов связи.

Description

Изобретение относится к дистанционному контролю состояния магистральных трубопроводов, может быть использовано для обеспечения бесперебойной работы систем транспортировки нефти, газа и других веществ трубопроводным транспортом.

Известен способ контроля состояния магистральных трубопроводов, включающий осуществление замеров величины контролируемого сигнала в пункте контроля и заключающийся в принятии необходимых мер по устранению повреждения при недопустимом отклонении значения контролируемого сигнала от заданной величины, в котором визуальный осмотр состояния линейной части трубопровода осуществляют с помощью тепловизионной аппаратуры, установленной на борту вертолета или самолета (Р.М. Алеев, В. А. Овсянников, В.Н. Чепурский. Воздушная тепловизионная аппаратура для контроля нефтепродуктопроводов. - М.: Недра, 1995, 160 с.).

Недостатком способа является необходимость осуществления визуального осмотра поверхности трассы линейной части трубопровода с использованием дорогостоящего летательного аппарата.

Наиболее близким по технической сущности заявляемому является способ контроля состояния магистральных трубопроводов, включающий осуществление замеров величины контролируемого сигнала в пункте контроля и заключающийся в принятии необходимых мер по устранению повреждения при недопустимом отклонении значения контролируемого сигнала от заданной величины, в котором визуальный осмотр состояния линейной части трубопровода осуществляют с помощью стационарно установленной тепловизионной аппаратуры, включающей тепловизионные камеры и радиопередатчики, установленные на опорах воздушной линии электропередачи катодной защиты магистрального трубопровода, сооружаемой вдоль его трассы, а также радиоприемное, вычислительное, видеоконтрольное и печатающее устройства, установленные на ближайшей вверх по движению транспортируемого продукта перекачивающей станции (патент РФ № 2174645, Ρ17Ό 5/02, 2001 г.).

Известный способ имеет следующие недостатки. Для его реализации требуется установить сложные радиопередающие устройства в каждой точке контроля, многие из которых являются труднодоступными в осенне-зимне-весений период, что затрудняет возможность оперативного устранения возникших неполадок в этих устройствах. Радиосигналы, передаваемые из пункта контроля, могут создавать помехи для других установок высокочастотной радиосвязи. Способ разработан для одного конкретного вида датчиков, которые могут контролировать только линейные участки трубопровода на появление утечек из него, но не выявляют повреждений изоляции при сохранении целостности трубопровода.

Данная проблема решена в заявляемом способе контроля состояния магистральных трубопроводов, включающем осуществление замеров величины контролируемого сигнала в пункте контроля и заключающемся в принятии необходимых мер по устранению повреждения при недопустимом отклонении значения контролируемого сигнала от заданной величины, в котором для всех пунктов контроля создают резонансные электрические цепи, каждая из которых настроена на сигналы высокой частоты, при этом через высоковольтные конденсаторы высокочастотной связи к фазному проводу линии электропередачи катодной защиты трубопровода относительно земли подключают генератор высокочастотных сигналов, размещенный в центральном пункте вдоль линии электропередачи, а также резисторы и реактивные элементы, находящиеся в пунктах контроля, причем при недопустимом отклонении значения контролируемого сигнала, например тока в цепи катодной защиты или разности потенциалов между трубопроводом и землей, от заданной величины шунтируют резистор резонансной цепи в соответствующем пункте контроля и по величине изменившегося тока высокой частоты в центральном пункте определяют место расположения пункта контроля, в котором произошло недопустимое отклонение значения контролируемого сигнала от заданной величины.

При использовании данного способа не требуется применение специальных радиопередатчиков, размещаемых во всех пунктах контроля. Заявляемый способ реализуется путем контроля величины тока высокой частоты в центральном пункте без осуществления приема-передачи сигналов связи.

При реализации заявляемого способа могут использоваться стационарные датчики любых видов, выходными параметрами которых являются электрические сигналы, механические перемещения и т.д.

На фиг. 1 представлен пример реализации заявляемого способа, в котором в качестве контролируемого сигнала в пункте контроля используется величина разности потенциалов между трубопроводом и землей.

На трансформаторной подстанции, питающей электроэнергией станции катодной защиты, организуют центральный пункт, где между элементом заземления и фазным проводом 1 линии электропередачи включают последовательно соединенные генератор высокочастотных сигналов 2, устройство для сигнализации 3, низковольтный реактивный элемент в виде индуктивного элемента 4 и высоковольтный конденсатор высокочастотной связи 5, а в местах расположения каждой станции катодной защиты, между элементом заземления и фазным проводом 1 линии электропередачи, расположенной вдоль металлического трубопровода 6, включают последовательно соединенные резистор 7, индуктивный элемент 4 и высоковольтный конденсатор высокочастотной связи 5. При этом в электрическую цепь между трубопроводом 6 и заземлителем катодной станции включают реле напряжения 8, контакты 9 которого подключают к выводам резистора 7 резонансной цепи, причем путем подбора значений частоты генератора 2, параметров высокочастотных конденсаторов связи 5 и индуктивных элементов 4, в каждой цепи соз

- 1 016658 дают последовательную резонансную схему.

На промышленной частоте электрической сети в 50 Гц в каждом пункте контроля сопротивление высоковольтного конденсатора высокочастотной связи 5 значительно, а индуктивное сопротивление индуктивного элемента 4 мало, вследствие чего основная часть фазного напряжения сети приходится на обкладки конденсатора 5. В центральном пункте параллельно генератору высокочастотных сигналов 2 включен индуктивный элемент 10, который имеет небольшое индуктивное сопротивление на частоте сети 50 Гц и ограничивает падение напряжения сети промышленной частоты на выводах генератора 2.

Для упрощения анализа пренебрегаем влиянием емкости фазного провода 1 и рассмотрим контур, состоящий из генератора высокочастотных сигналов 2 и одной включенной цепи контроля, в котором в резонансном режиме суммарное емкостное сопротивление двух конденсаторов связи 5 равно суммарному индуктивному сопротивлению двух индуктивных элементов 4 и участка фазного провода 1 от генератора 2 до соответствующего пункта контроля.

На частоте генератора высокочастотных сигналов 2 сопротивление конденсатора связи 5 незначительно. В сетях 6-10 кВ, линии электропередачи которых обычно используются для электроснабжения станций катодной защиты металлических трубопроводов, индуктивные сопротивления фазных проводов пренебрежительно малы. В связи с этим в резонансном режиме реактивные сопротивления конденсатора связи 5 и индуктивного элемента 4 как в центральном пункте, так и в пункте контроля на частоте высокочастотных сигналов сопоставимы. При этом активные сопротивления участков фазного провода 1 от генератора 2 до пунктов контроля также намного меньше, чем сопротивления резисторов 7 в этих пунктах. Соответственно на высокой частоте в каждом пункте контроля реактивные сопротивления последовательно соединенных индуктивного элемента 4 и конденсатора связи 5 взаимно компенсируют друг друга, а падения напряжений на индуктивном элементе 4 и на обкладках конденсатора 5 практически одинаковы по величине и противоположны по направлениям. В нормальном режиме величина тока высокой частоты ограничивается сопротивлением резистивного элемента 7.

При недопустимом отклонении разности потенциалов между трубопроводом 6 и землей от ее заданного значения, например, вследствие повреждения трубопровода или его изоляции, автоматически срабатывает реле напряжения 8, в результате чего его контакты 9 замыкаются и шунтируют резистор 7. После замыкания контактов 9 реле 8 в одном из пунктов контроля, цепи всех других пунктов контроля автоматически шунтируются между фазным проводом 1 и землей, так как в пункте контроля, в котором произошло замыкание контактов реле, на частоте генератора 2 разность потенциалов между фазным проводом 1 и землей оказывается приблизительно равной нулю. Вследствие этого значение тока генератора 2 при шунтировании резистора 7 резко возрастает и устройство для сигнализации 3 выдает сигнал о возникновении повреждения.

Если пренебречь влиянием сопротивлений заземлителей, земли и элементов других пунктов контроля, шунтируемых на частоте высокочастотных сигналов, значение тока генератора 2 при этом в большей степени определяется величиной сопротивления участка фазного провода 1 от генератора 2 до пункта контроля, в котором произошло шунтирование резистора. По величине изменившегося тока генератора 2 определяют пункт контроля, в котором произошло недопустимое отклонение значения контролируемого сигнала от заданной величины.

Необходимые значения тока генератора 2 для случаев шунтирования резисторов 7 различных пунктов контроля можно установить с помощью дополнительных регулируемых резисторов с небольшими сопротивлениями, включаемых последовательно в центральном пункте и пунктах контроля. Эти резисторы остаются в цепях контроля после шунтирования основных высокоомных резисторов 7. Величины дополнительных резисторов могут быть установлены расчетным путем с учетом количества пунктов контроля и других конкретных условий, либо опытным путем, поочередно шунтируя основные резисторы 7 и создавая заданные токи контроля с помощью дополнительных резисторов.

За исключением конденсаторов высокочастотной связи 5, все другие элементы и устройства являются простыми, могут быть низковольтными, что обеспечивает возможность использования недорогих и надежных элементов и устройств. Кроме того, сам генератор 2, наиболее сложное устройство в схеме, размещается в центральном пункте, что создает условия для его удобного ремонта и обслуживания.

На фиг. 2 представлено устройство для реализации способа, в котором контроль состояния трубопровода осуществляют с помощью источника постоянного тока 11, размещенного в центральном пункте. При этом источник постоянного тока 11 и находящиеся в пунктах контроля резисторы 7 к фазному проводу 1 подключают через высоковольтные индуктивные элементы 12. Индуктивное сопротивление высоковольтного индуктивного элемента 12 на частоте сети является огромным и практически все падение фазного напряжения сети между фазным проводом и землей приходится на выводы данного элемента. Емкостной элемент 13, включенный параллельно источнику постоянного тока 11, на частоте сети 50 Гц имеет небольшое емкостное сопротивление, благодаря чему ограничивает падение напряжения сети промышленной частоты на выводах источника постоянного тока 11.

При недопустимом отклонении значения контролируемого сигнала, например разности потенциалов между трубопроводом 6 и заземлителем от заданной величины, контакты 9 реле напряжения 8 шунтируют резистор 7. При этом резко возрастает значение постоянного тока в цепи: источник постоянного

- 2 016658 тока 11 - высоковольтный индуктивный элемент 12 в центральном пункте - эквивалентное сопротивление фазных проводов на участке линии электропередачи от центрального пункта до пункта контроля высоковольтный индуктивный элемент 12 в пункте контроля - заземлители и земля. Необходимые значения постоянного тока для каждого пункта контроля можно установить с помощью дополнительных регулируемых резисторов, которые могут быть включены последовательно в центральном пункте и пунктах контроля, и остаются в цепи после шунтирования основного резистора 7 в пункте контроля.

На фиг. 3 представлено устройство для реализации способа, в котором токи катодной защиты и сигнализации создают с помощью размещенного в центральном пункте источника постоянного тока 11. В пункте контроля металлический трубопровод 6 соединяют с обратным проводом катодной защиты через регулируемый резистор 14 и высоковольтный индуктивный элемент 12, а между трубопроводом 6 и землей включают регулируемый резистор 15, с помощью которого автоматически поддерживается необходимое значение разности потенциалов между трубопроводом и землей. В качестве обратного провода использован фазный провод 1 линии электропередачи.

Устройство для сигнализации 3 в центральном пункте через высоковольтный индуктивный элемент 12 относительно земли подключают к фазному проводу 16 линии электропередачи, который наряду с землей используют в качестве прямого провода для прохождения тока сигнализации. К данному фазному проводу 16 в пункте контроля через высоковольтный индуктивный элемент 12 подключают регулируемый резистор 17, второй вывод которого через контакты 9 реле 8 соединен с низковольтной стороной другого индуктивного элемента 12, через который регулируемый элемент 14 подключен к фазному проводу 1. Емкостные элементы 13 с небольшими емкостными сопротивлениями в центральном пункте и пунктах контроля ограничивают падение напряжения сети относительно земли на выводах элементов и устройств, к которым они параллельно подключены. Обмотки соответствующего напряжения трансформаторов, подключенные к данной линии электропередачи, соединены с ее фазными проводами через продольно включенные конденсаторы 18, которые изолируют цепи катодной защиты и сигнализации друг от друга по постоянному току.

Если на фиг. 3 пренебречь активными сопротивлениями индуктивных элементов 12, участка фазного провода 1 от генератора 2 до пункта контроля, а также заземлителей и земли, то напряжение источника постоянного тока 11 распределяется на регулируемых резисторах 14 и 15. Путем регулирования сопротивления резистора 15 можно создать необходимую разность потенциалов между трубопроводом и землей величиной от нуля до значения, которое получается умножением напряжения источника постоянного тока на сопротивление резистора 15 и делением на сумму сопротивлений резисторов 14 и 15 в рассматриваемый момент.

Необходимое значение разности потенциалов между трубопроводом 6 и землей поддерживается с помощью системы автоматического регулирования, которая состоит из элемента сравнения 19, регулятора 20 и исполнительного механизма 21. При появлении отклонения разности потенциалов между трубопроводом и землей от ее заданного значения, формируемого задатчиком 22, на выходе элемента сравнения 19 вырабатывается сигнал об ошибке регулирования, в соответствии с которым регулятор 20 через исполнительный механизм 21 и регулируемый резистор 15 автоматически устраняет данное отклонение.

При недопустимом отклонении разности потенциалов между трубопроводом и землей от ее заданного значения, например в результате повреждения трубопровода или его изоляции, срабатывает реле напряжения 8. При этом контакты 9 реле 8 замыкаются и через устройство для сигнализации 3 потечет постоянный ток, величина которого в большей степени зависит от сопротивления регулируемого резистора 17, так как его значение подбирают таким образом, чтобы суммарное активное сопротивление индуктивных элементов 12, участков фазных проводов 1 и 16 от генератора до пункта контроля, заземлителей и земли было значительно меньше, чем сопротивление данного резистора.

На фиг. 4 представлено устройство для реализации способа, в котором токи катодной защиты и сигнализации создают с помощью размещенного в центральном пункте источника постоянного тока 11, цепи катодной защиты и сигнализации которого соединены с электрическими элементами пунктов контроля через обратный и прямой провода 23, 24. В качестве проводов 23 и 24, при наличии, могут быть использованы фазные провода проходящей вдоль трубопровода и отключенной от сети линии электропередачи. Поскольку обратный, прямой провода катодной защиты и сигнализации 23, 24 не подключены к напряжению сети, то в данной схеме исключены фильтрующие реактивные элементы, которые использовались в предыдущих схемах. Работа устройства, реализующего данный способ, осуществляется аналогично устройству на фиг. 3.

В устройствах для реализации заявляемого способа в целях защиты элементов цепей от воздействия перенапряжений и иных факторов могут быть использованы ограничители перенапряжений, полупроводниковые и другие устройства.

Claims (4)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Способ контроля состояния магистральных трубопроводов, включающий осуществление замеров величины контролируемого сигнала в пункте контроля и заключающийся в принятии необходимых мер по устранению повреждения при недопустимом отклонении значения контролируемого сигнала от заданной величины, отличающийся тем, что для всех пунктов контроля создают резонансные электрические цепи, каждая из которых настроена на сигналы высокой частоты, при этом через высоковольтные конденсаторы высокочастотной связи к фазному проводу линии электропередачи катодной защиты трубопровода относительно земли подключают генератор высокочастотных сигналов, размещенный в центральном пункте вдоль линии электропередачи, а также резисторы, реактивные элементы и реле напряжения, находящиеся в пунктах контроля, причем при недопустимом отклонении значения контролируемого сигнала, например тока в цепи катодной защиты или разности потенциалов между трубопроводом и землей, от заданной величины реле напряжения шунтирует резистор резонансной цепи в соответствующем пункте контроля и по величине изменившегося тока высокой частоты в центральном пункте определяют место расположения пункта контроля, в котором произошло недопустимое отклонение значения контролируемого сигнала от заданной величины.
2. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что к фазному проводу проходящей вдоль трубопровода линии электропередачи с изолированной нейтралью, например линии электропередачи катодной защиты, в пунктах контроля и центральном пункте через высоковольтные индуктивные элементы относительно земли подключают резисторы и размещенный в центральном пункте источник постоянного тока, причем при недопустимом отклонении значения контролируемого сигнала, например тока в цепи катодной защиты или разности потенциалов между трубопроводом и землей, от заданной величины шунтируют резистор в соответствующем пункте контроля и по величине изменившегося постоянного тока в центральном пункте определяют место расположения пункта контроля, в котором произошло недопустимое отклонение значения контролируемого сигнала от заданной величины.
3. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что токи катодной защиты и сигнализации создают с помощью размещенного в центральном пункте источника постоянного тока, который включают между прямым и обратным электрическими проводами катодной защиты, при этом отрицательный полюс источника постоянного тока через высоковольтный индуктивный элемент подключают к обратному проводу катодной защиты, в качестве которого используют фазный провод проходящей вдоль трубопровода линии электропередачи, а в качестве прямого провода наряду с землей, для прохождения тока сигнализации используют один из других фазных проводов линии электропередачи, соединенный с цепью обратного провода катодной защиты через высоковольтный индуктивный элемент и резистор, при этом обмотки соответствующего напряжения имеющихся вдоль данной линии электропередачи трансформаторов соединяют с ее фазными проводами через продольно включенные конденсаторы, в каждом пункте контроля для катодной защиты трубопровода необходимую разность потенциалов между трубопроводом и землей создают с помощью электрических элементов, например регулируемых резисторов, которые через высоковольтные индуктивные элементы относительно земли и трубопровода подключают к обратному проводу катодной защиты, при этом отклонение разности потенциалов между трубопроводом и землей от ее заданного значения в пункте контроля устраняют с помощью регулируемого резистора, причем при недопустимом отклонении значения контролируемого сигнала, например тока в цепи катодной защиты или разности потенциалов между трубопроводом и землей, от заданной величины включают цепь сигнализации в соответствующем пункте контроля и по величине тока сигнализации в центральном пункте определяют место расположения пункта контроля, в котором произошло недопустимое отклонение значения контролируемого сигнала от заданной величины.
4. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что токи катодной защиты и сигнализации создают с помощью размещенного в центральном пункте источника постоянного тока, который включают между прямым и обратным электрическими проводами катодной защиты, при этом отрицательный полюс источника постоянного тока подключают к обратному электрическому проводу, в качестве которого может быть использован фазный провод проходящей вдоль трубопровода и отключенной от сети линии электропередачи, а в качестве прямого электрического провода наряду с землей для прохождения тока сигнализации может быть использован один из других фазных проводов отключенной от сети линии электропередачи, причем в каждом пункте контроля для катодной защиты трубопровода необходимую разность потенциалов между трубопроводом и землей создают с помощью электрических элементов, например регулируемых резисторов, которые включают между трубопроводом, а также прямым и обратным электрическими проводами, при этом отклонение разности потенциалов между трубопроводом и землей от ее заданного значения устраняют с помощью регулируемого резистора, причем при недопустимом отклонении значения контролируемого сигнала, например тока в цепи катодной защиты или разности потенциалов между трубопроводом и землей, от заданной величины включают цепь сигнализации в соответствующем пункте контроля и по величине тока сигнализации в центральном пункте определяют место расположения пункта контроля, в котором произошло недопустимое отклонение значения контролируемого сигнала от заданной величины.