EA032736B1 - Система и способ наблюдения, управления и мониторинга конструкционной целостности сети трубопроводов для транспортировки текучей среды, локализации местоположения утечки и оценки степени повреждения - Google Patents

Система и способ наблюдения, управления и мониторинга конструкционной целостности сети трубопроводов для транспортировки текучей среды, локализации местоположения утечки и оценки степени повреждения Download PDF

Info

Publication number
EA032736B1
EA032736B1 EA201591062A EA201591062A EA032736B1 EA 032736 B1 EA032736 B1 EA 032736B1 EA 201591062 A EA201591062 A EA 201591062A EA 201591062 A EA201591062 A EA 201591062A EA 032736 B1 EA032736 B1 EA 032736B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
detection
pipeline
data
detection units
monitoring
Prior art date
Application number
EA201591062A
Other languages
English (en)
Other versions
EA201591062A1 (ru
Inventor
Джузеппе Сода
Original Assignee
Пайп Мониторинг Корпорейшн Срл
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Пайп Мониторинг Корпорейшн Срл filed Critical Пайп Мониторинг Корпорейшн Срл
Publication of EA201591062A1 publication Critical patent/EA201591062A1/ru
Publication of EA032736B1 publication Critical patent/EA032736B1/ru

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M3/00—Investigating fluid-tightness of structures
    • G01M3/02—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum
    • G01M3/04—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point
    • G01M3/24—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point using infrasonic, sonic, or ultrasonic vibrations
    • G01M3/243—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point using infrasonic, sonic, or ultrasonic vibrations for pipes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M3/00—Investigating fluid-tightness of structures
    • G01M3/002—Investigating fluid-tightness of structures by using thermal means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M3/00—Investigating fluid-tightness of structures
    • G01M3/02—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum
    • G01M3/04—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point
    • G01M3/16—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point using electric detection means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M3/00—Investigating fluid-tightness of structures
    • G01M3/02—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum
    • G01M3/04—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point
    • G01M3/16—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point using electric detection means
    • G01M3/18—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point using electric detection means for pipes, cables or tubes; for pipe joints or seals; for valves; for welds; for containers, e.g. radiators
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M3/00—Investigating fluid-tightness of structures
    • G01M3/02—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum
    • G01M3/26—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by measuring rate of loss or gain of fluid, e.g. by pressure-responsive devices, by flow detectors
    • G01M3/28—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by measuring rate of loss or gain of fluid, e.g. by pressure-responsive devices, by flow detectors for pipes, cables or tubes; for pipe joints or seals; for valves ; for welds
    • G01M3/2807—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by measuring rate of loss or gain of fluid, e.g. by pressure-responsive devices, by flow detectors for pipes, cables or tubes; for pipe joints or seals; for valves ; for welds for pipes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M3/00—Investigating fluid-tightness of structures
    • G01M3/02—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum
    • G01M3/26—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by measuring rate of loss or gain of fluid, e.g. by pressure-responsive devices, by flow detectors
    • G01M3/28—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by measuring rate of loss or gain of fluid, e.g. by pressure-responsive devices, by flow detectors for pipes, cables or tubes; for pipe joints or seals; for valves ; for welds
    • G01M3/2807—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by measuring rate of loss or gain of fluid, e.g. by pressure-responsive devices, by flow detectors for pipes, cables or tubes; for pipe joints or seals; for valves ; for welds for pipes
    • G01M3/2815—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by measuring rate of loss or gain of fluid, e.g. by pressure-responsive devices, by flow detectors for pipes, cables or tubes; for pipe joints or seals; for valves ; for welds for pipes using pressure measurements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M3/00—Investigating fluid-tightness of structures
    • G01M3/38—Investigating fluid-tightness of structures by using light

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Testing Or Calibration Of Command Recording Devices (AREA)
  • Pipeline Systems (AREA)
  • Examining Or Testing Airtightness (AREA)
  • Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)
  • Testing And Monitoring For Control Systems (AREA)

Abstract

Предложены система и способ наблюдения, управления и мониторинга конструкционной целостности сети металлических трубопроводов для транспортировки текучей среды, детекции попыток сторонних вторжений, локализации точки утечки, а также оценки любых неисправностей или повреждений, в которых предусмотрено множество блоков (1) детекции, неподвижно закрепленных на трубопроводе (2) для нефти или газа на заданном расстоянии друг от друга; и центральный блок (4) обработки данных, соединенный посредством коммуникационных линий (5) с указанными блоками (1) детекции для получения от последних данных детекции; блоки (1) детекции включают в себя датчики, детектирующие линейное и угловое ускорения, магнитное поле, температурные изменения, изменения барометрического давления, ультразвуковые волны снаружи участка прохода транспортируемой текучей среды, при этом осуществляются следующие этапы: сбор данных детекции, включающих время детекции, в условиях нормальной работы для сбора информации о состоянии нормальной работы; обработка детектированных данных, включая время детекции, для определения средних значений для каждого отдельного измерения с целью сбора эмпирических данных и для определения поведенческих моделей трубопровода; применение к данным детекции фильтров, основанных на эмпирических данных, в случае детекции измерений, которые находятся за пределами опорных пороговых значений или изменились по отношению к ним, оценка интенсивности детектированных измерения или измерений и вычисление/определение соответствующей неисправности, выполнение поведенческого анализа трубопровода и распознавание любого аномального поведения трубопровода и распознавание неисправности, а также локализация точки детекции этого события или утечки (3), приведшей к неисправности; при этом посредством центрального блока (4) обработки данные обрабатывают путем проведения сравнительных анализов для получения поведенческого анализа трубопровода на основе введенной ранее информации и приобретенного опыта, с созданием самообучающейся системы, основанной на получаемых при работе поведенческих моделях.

Description

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к системе инерциального анализа перемещения жесткой конструкции сети трубопроводов и поведения конструкции в отношении магнитных/электрических/акустических напряжений на основе сбора информации о состоянии нормальной работы, которая предназначена для детекции конструкционного повреждения и явлений, которые могли бы поставить под угрозу целостность сети, посредством поведенческого анализа самой конструкции с применением распределенных интеллектуальных многосенсорных блоков и с использованием самой конструкции в качестве чувствительного элемента; при этом система, кроме того, обладает функцией идентификации типа повреждения и самоограничения поломки.
В частности, изобретение относится к системе и способу мониторинга и превентивной детекции неисправностей и повреждений из-за стороннего вторжения в нефтепроводы и газопроводы.
Уровень техники
В существующем уровне техники используется множество способов и технологий для управления конструкционной частью сети транспортировки и распределения, которая основана на трубопроводах. Все они направлены на предотвращение любого действия со стороны внешних и внутренних агентов, которые могут изменить целостность сети после коррозии или, кроме того, ее пропускную способность после образования налета, осадка, или депозитов. Это имеет принципиальное значение для идентификации в трубах местоположения, в котором имеют место явление изменения целостности, вызывается ли это естественным путем или искусственным путем, либо непреднамеренно или умышленно, с тем, чтобы обеспечить возможность немедленного корректирующего вмешательства, направленного на восстановление нормальной работы.
В настоящее время все трубопроводы, переносящие жидкости и газы, обслуживаются с помощью систем наблюдения, управления и контроля, с помощью которых можно наблюдать состояние всей сети и дистанционно обеспечивать работу согласно эксплуатационным потребностям.
Из документа US 6155292 известна система мониторинга и прогнозирования повреждения в водопроводных магистралях, которая предусматривает использование датчиков, распределенных вдоль труб для подачи воды.
Однако описанная в документе US 6155292 система разработана и может эффективно работать только для трубопроводов для воды, при этом она не может использоваться в случае нефтяных или газовых трубопроводов, потому что она не может быть эффективной.
Действительно, поток в водопроводных линиях происходит под действием силы тяжести, в то время как в нефтегазовой отрасли продукт перемещается в трубе посредством тяги насосов, которые производят шум, частоты которого, таким образом, покрывают частоты, генерируемые утечкой. Используемые датчики контролируют пропускную способность трубы посредством расходомера, в то время как используемые сейсмоприемники и акселерометры обладают функцией контроля вибраций, полученных в конструкции, которые также могли бы быть скрыты частотой тяговых насосов. Ультразвук имеет функцию детекции наличия утечки на ограниченном расстоянии, однако в этом способе, применяемом для нефте- или газопроводов, ультразвуковые волны могут оказаться покрытыми шумом насосов, за исключением случая очень обширной утечки, которую уже могут идентифицировать системы, доступные на сегодняшний день в этих отраслях.
Кроме того, разработанные для трубопроводов для воды системы не пытаются решать или не решают проблему записи предупредительных сигналов тревоги в отношении стороннего вторжения, которая является чрезвычайно важной и постоянно возникающей в случае нефтепроводов и газопроводов.
US 2007/041333 А1 описывает систему для наблюдения, управления и мониторинга конструкционной целостности сети металлических трубопроводов для транспортировки текучих сред, для локализации местоположения утечки и для оценки любых сбоев и повреждений. Система согласно US 2007/041333 А1 содержит множество датчиков, центральный процессор, средства уведомления об аварийных сигналах и коммуникационную систему.
В отличие от настоящего изобретения система, раскрытая в US 2007/041333 А1, просто использует сигналы, детектированные отдельными блоками детекции, расположенными на трубопроводе друг за другом, и только обеспечивает локальные поточечные измерения предлагаемых физических величин. Следует обратить внимание, что в техническом решении по D1 не могут использоваться датчики в качестве матрицы датчиков для вычисления и измерения изменения скорости и ориентации при смещении трубопровода.
Кроме того, Хуапин и др. (Huaping et al., 2012) и Мартин Далбро и др. (Martin Dalbro et al., 2008) раскрывают беспроводные сети датчиков для мониторинга транспортировки текучей среды в трубопроводе. При этом Хуапин и др. (2012) раскрывают измерение изменений в потоке текучей среды со временем. Другими словами, это означает, что указанная известная система не может измерять возмущения в трубопроводе, которые не изменяют моментально и существенно поток текучей среды и количество транспортируемого материала.
Задачей настоящего изобретения является преодоление недостатков уже известных технических решений и предложение системы и способа предупредительного мониторинга неисправностей и повреж
- 1 032736 дений в сетях нефтепроводов и газопроводов, при этом указанная система и способ работают в режиме реального времени и обеспечивают возможность круглосуточного мониторинга всей сети, идентификации геопозиционированного местоположения находящейся в источнике неисправности, идентификации типа и причины поломки конструкционной целостности и расчета степени любой возможной утечки.
В частности, специальная задача изобретения заключается в создании системы и способа, которые обеспечивают автоматическую идентификацию как возможных утечек из-за попыток несанкционированной перфорации, так и местоположения, в котором происходит утечка, и, кроме того, немедленного уведомления операторов посредством отображения с привязкой по местности точного местоположения попытки злонамеренного действия.
Раскрытие изобретения
На решение вышеуказанных задач направлена система наблюдения, управления и мониторинга конструкционной целостности сети металлических трубопроводов для транспортировки текучей среды, детекции попыток сторонних вторжений, локализации точки утечки, а также оценки любых неисправностей или повреждений, содержащая множество блоков детекции, расположенных на трубопроводе для нефти или газа на заданном расстоянии друг от друга и неподвижно закрепленных на трубопроводе;
центральный блок обработки данных, соединенный посредством коммуникационных линий с указанными блоками детекции для получения от последних данных детекции; и средства подачи сигнала тревоги и автоматического уведомления, выполненные с возможностью активации после детекции, отличающаяся тем, что указанные данные, передаваемые блоками детекции на центральный блок обработки данных, включают в себя время соответствующего измерения или детекции, при этом блоки детекции содержат контейнер, неподвижно закрепленный на трубопроводе, причем блоки (1) детекции содержат множество датчиков, размещенных в контейнере (6) и выполненных с возможностью детекции и измерения по отношению к заданным опорным предельным значениям одной или более из следующих физических величин: линейные и угловые ускорения, магнитное поле, изменения температуры, изменения давления и, возможно, ультразвуковые волны;
при этом блок детекции содержит коммуникационный модуль для коммуникации между блоками детекции и с центральным блоком; причем блоки детекции содержат блок обработки, связанный с указанными датчиками и с указанным коммуникационным модулем;
при этом блоки детекции выполнены с возможностью коммуникации друг с другом в соответствии с архитектурой сети;
причем центральный блок обработки выполнен с возможностью обработки в режиме реального времени данных детекции, полученных от блоков детекции, с учетом времени, соответствующего каждым детектированным данным с целью детекции любого аномального поведения трубопровода;
при этом блоки детекции предназначены для детекции изменений скорости и изменений ориентации посредством измерений линейного и углового ускорений, которым они подвергаются, для мониторинга привязанных ко времени изменений угла крена, угла наклона и угла отклонения трубопровода;
причем дополнительно имеется подсистема наблюдения и управления, которая связана с указанным центральным блоком обработки и которая обеспечивает возможность мониторинга всего трубопровода, контролируемого с помощью динамических графических представлений, и дополнительно имеется подсистема детекции любых несанкционированных попыток злонамеренного действия или воздействия, которые могут привести к разрыву или поломке трубопровода, которая связана с множеством блоков детекции и выполнена с возможностью передачи детектированной информации в подсистему наблюдения и управления, причем центральный блок обработки выполнен с возможностью проведения сравнительных анализов для получения поведенческого анализа трубопровода на основе введенной ранее информации и приобретенного опыта, с созданием самообучающейся системы, основанной на получаемых при работе поведенческих моделях.
В одном из вариантов предложенной системы по меньшей мере одна часть датчиков блоков детекции образует дублирующую узловую сеть типа беспроводной сенсорной сети (WSN), в которой каждый блок детекции обеспечивает коммуникацию и выполнен с возможностью замены другого нефункционирующего блока.
В одном из вариантов предложенной системы указанная архитектура системы основана на сотовой конструкции, в которой каждый блок детекции представляет собой ячейку и выполнен с возможностью устанавливать многоканальную коммуникацию с ближайшим блоком.
В одном из вариантов предложенной системы каждый из блоков детекции содержит электронный координационный и обрабатывающий модуль, предназначенный для поддержки получения данных центральным блоком;
автономный модуль питания, выполненный с возможностью управлять диверсифицированными источниками энергии в зависимости от условий, в которых установлен блок (1) детекции; и коммуникационный модуль, выполненный с возможностью обеспечивать коммуникацию как через
- 2 032736 проводные сети, кабельные или волоконные, так и через беспроводные сети, а также с помощью самой трубы в качестве коммуникационной среды.
В одном из вариантов предложенной системы блоки детекции снабжены средствами, выполненными с возможностью генерировать электромагнитные частоты в диапазоне от нанометров до метров, например частоты, короткие волны, вибрации, ультразвуковые волны, в соответствии с определенной программой или если это требует центральный блок.
В одном из вариантов предложенной системы предусмотрены дополнительные датчики, не закрепленные на трубопроводе и выполненные с возможностью детектировать присутствие людей и машин вблизи конструкций и генерировать предупредительный сигнал тревоги в случае детекции.
В одном из вариантов предложенной системы блоки детекции содержат трехкомпонентный акселерометр;
трехкомпонентный магнитометр;
трехкомпонентный гироскоп;
гибкий интерфейс;
множество каналов для внешних входов;
пьезорезистивный датчик абсолютного давления с разрешением меньше 0,05 мбар, предпочтительно 0,02 мбар и с диапазоном применимости от 200 до 1500 мбар, предпочтительно от 260 до1260 мбар абсолютного давления;
цифровой датчик температуры с разрешением, конфигурируемым от 1 до 0,05°С, предпочтительно от 0,5 до 0,0625°С, и с температурой работы от -50 до +150°С, предпочтительно от -40 до +125°С; и ультразвуковой приемник для детекции скорости распространения звука, детектируемой для определения типа материала, образующего элементы трубопровода.
В одном из вариантов предложенной системы указанные контейнеры представляют собой металлические контейнеры, устойчиво закрепленные на трубопроводе посредством металлической ленты, блокирующей блок детекции, следуя кривизне участка трубопровода, либо посредством самой механической конструкции трубопровода.
Согласно другому аспекту изобретения предложен способ наблюдения, управления и мониторинга конструкционной целостности сети металлических трубопроводов для транспортировки текучей среды, локализации точки утечки, а также оценки неисправностей и повреждений, осуществляемый с помощью системы, содержащей множество блоков детекции, неподвижно закрепленных на трубопроводе для нефти или газа на заданном расстоянии друг от друга; и центральный блок обработки данных, соединенный посредством коммуникационных линий с указанными блоками детекции для получения от последних данных детекции; при этом блоки детекции включают в себя датчики, выполненные с возможностью измерения по отношению к опорным пороговым значениям одной или более таких следующих физических величин, как линейное и угловое ускорения, магнитное поле, температурные изменения, изменения барометрического давления, ультразвуковые волны, причем указанные величины и изменения детектируют снаружи участка прохода транспортируемой текучей среды, при этом блоки детекции дополнительно содержат коммуникационный модуль, причем способ содержит следующие этапы:
a) сбор данных детекции, включающий в себя соответствующее время детекции, в условиях нормальной работы для сбора информации о состоянии нормальной работы;
b) обработка детектированных данных, включая время детекции, для определения средних значений для каждого отдельного измерения с целью сбора эмпирических данных и для определения поведенческих моделей трубопровода;
c) применение к данным детекции фильтров, основанных на эмпирических данных, в случае детекции измерений, которые находятся за пределами опорных пороговых значений или изменились по отношению к ним, оценка интенсивности детектированных измерения или измерений и вычисление/определение соответствующей неисправности, выполнение поведенческого анализа трубопровода;
d) распознавание любого аномального поведения трубопровода и распознавание неисправности, а также локализация точки детекции этого события или утечки (3), приведшей к неисправности;
при этом посредством центрального блока обработки данные обрабатывают путем проведения сравнительных анализов для получения поведенческого анализа трубопровода на основе введенной ранее информации и приобретенного опыта, с созданием самообучающейся системы, основанной на получаемых при работе поведенческих моделях.
В одном из вариантов предложенный способ содержит этап самопроверки системы.
В одном из вариантов предложенного способа блоки детекции используют на расстоянии друг от друга, составляющем от 1 до 5 км.
Основное преимущество изобретения заключается в том, что автоматическая и распределенная система оповещения с датчиками согласно изобретению подает операторам газотрубопровода/нефтепровода сигнал тревоги в режиме реального времени о мошеннических попытках перфорации или земляных работах вблизи трубопровода и, таким образом, позволяет своевременно реагировать на вторжение для предотвращения повреждения конструкции и последующих затрат на ремонт и техническое обслужива
- 3 032736 ние.
Дополнительные преимущества изобретения заключаются в большей безопасности системы, в уменьшении количества повреждений трубопроводов и соответствующих расходов, сокращении простоев системы и перерывов в поставках продукции, улучшении коммуникационных инструментов между операторами системы и менеджерами распределительной сети и в более длительном сроке службы конструкции.
Краткое описание чертежей
Вышеуказанные и другие преимущества будут более понятны специалисту в данной области техники из нижеследующего описания и из прилагаемых чертежей, которые представлены в качестве неограничивающего примера и на которых фиг. 1 представляет собой схематическое изображение системы согласно изобретению;
фиг. 1а показывает поперечный разрез а-а с фиг. 1;
фиг. 2 показывает функциональную схему блока детекции согласно изобретению;
фиг. 3a-3d показывают, соответственно, пример детекции изменений во времени угла крена (rpyroll), наклона (rpypitch) и отклонения (rpyyaw), а также значение трехмерного вектора (qq2) смещения, обработанных на основе детекции, выполненных датчиками блока детекции системы после воздействия, приложенного к подвергаемой мониторингу конструкции;
фиг. 4 показывает таблицу значений изменения во времени углов (rpyroll, rpypitch, rpyyaw) и трехмерного вектора (qq0-qq3) смещений, детектированных в множестве точек для каждого датчика, при этом указанные точки последовательно записываются в базе данных с последовательным индексом (ID) при помощи соответствующих блоков детекции системы после воздействия, приложенного к подвергаемой мониторингу конструкции; и фиг. 5 показывает пример многомерной выборки, осуществленной на участке линии/трубы.
Осуществление изобретения
Система согласно изобретению описана со ссылками на прилагаемые чертежи.
Указанная система представляет собой интегрированную телеметрическую систему контроля для сбора и инерциального анализа перемещения жесткой конструкции и ее поведения, когда она подвергается воздействию напряжений/утечек (случайным или неслучайным). Измерения производятся посредством трехмерного и привязанного ко времени позиционирования и использования интеллектуальных многосенсорных измерительных преобразователей 1 (вибрации, изображения, изменения электромагнитных полей, возмущения, распознавание окружающей среды, ультракороткие волны, ультразвуковые волны), управляемых микропроцессором и неподвижно установленных на подвергаемой проверке конструкции 2.
В данном описании под измерительными преобразователями, детекторами состояния или датчиками следует понимать устройства, выполненные с возможностью детектировать многомерные физические величины любого типа (тепловые, световые, магнитные, механические, химической природы и т.д.) и преобразовывать их в величину другого типа, как правило электрического (напряжение или ток) или в виде закодированной цифровой информации.
Посредством интерпретации магнитных/электрических/акустических измерений, полученных с помощью различных измерительных преобразователей 1, определяется состояние нормальной работы конструкции 2, а также ее любые возможные неисправности или изменения, при этом задача заключается в том, чтобы выявить любую поломку или утечку из конструкции, которые могут поставить под угрозу ее нормальную работу и целостность. Путем передачи посредством мультисистемной/многоканальной коммуникации (типа GSM, WiFi, проводного типа и т.д.), информации, детектированной с помощью измерительных преобразователей, неподвижно установленных на подвергаемой контролю конструкции, данная конструкция может выполнять детекцию области, даже если промежуточное устройство не функционирует. Эта функциональная возможность обеспечивается сетью датчиков, т.е. сетью датчиков типа беспроводной сенсорной сети (WSN), и устройствами посредством множества способов коммуникации, одновременно реализованных на одном и том же устройстве/измерительном преобразователе.
Изобретательский уровень заключается в применении вышеуказанного устройства/измерительного преобразователя 1 на неподвижном/стационарном трубопроводе или конструкции 2 для их контроля, мониторинга и управления и в определении/идентификации изменений/поломки/утечек трубопровода/конструкции 2.
Система дополнительно содержит центральную систему 4, которая проводит анализ сигналов, которые выявляют неисправности/утечки, распознанные системой как изменения средних опорных значений.
Центральная система 4 функционирует посредством определений размерных пороговых значений для каждого отдельного измерения, посредством которых она распознает изменения состояния, таким образом осуществляя эмпирическое обучение на основе того, что было распознано отдельными датчиками и устройствами, распределенными вдоль трубопровода 2. Посредством эмпирического обучения обеспечивается быстрая детекция изменений, по отношению к известному состоянию, состояния, которые детектируются всей конструкцией, контролируемой центральной системой 4, что обеспечивает, та
- 4 032736 ким образом, новую интегрированную систему контроля трубопровода 2 и детекции любого изменения, неисправности или утечки 3.
Анализ данных посредством последующей обработки, выполняемой в центральной системе 4, для создания эмпирических моделей, которые относятся к участку трубы или ко всему трубопроводу 2, осуществляется для определения функциональных фильтров и связанных даты и времени работы для всей системы для каждого используемого блока измерения и детекции.
Вышеуказанная функциональная возможность, примененная к системе, позволяет читать и интерпретировать информацию, полученную посредством повторной обработки различных измерений, выполненных всеми измерительными преобразователями в режиме почти реального времени, с тем, чтобы постоянно контролировать конструкцию/трубопровод 2, что определяет новый и инновационный способ непрерывного и постоянного контроля неподвижных конструкций и, в данном конкретном случае, трубопроводов, обеспечивает возможность их круглосуточного мониторинга.
Путем интерпретации вышеупомянутого эмпирического обучения определяются и идентифицируются любые возможные отклонения от состояния покоя и/или любое превышение предельных пороговых значений, установленных для отдельных участков или для всего трубопровода в целом, что обеспечивает возможность выявления изменения/неисправности/утечки 3.
Система разработана для обеспечения динамического монитора или функциональной панели для вышеупомянутых датчиков, посредством которых можно осуществлять мониторинг над общей работой и поточечной работы каждого отдельного устройства, используемого в трубопроводе 2, при этом неисправности/утечки распознаются измерительными преобразователями, причем их привязывание к местности для обеспечения параллельной системы контроля системы датчиков, которая используется в трубопроводе, и детектированных таким образом событий, позволяет определять количество степеней тяжести и первичных вмешательств для обеспечения надлежащей работы отдельных распределенных устройств, составляющих систему.
Эта инновационная идея предусматривает создание системы реального времени, которая выполнена с возможностью осуществлять круглосуточный мониторинг всей сети;
детектировать геопозиционированное местоположение источника неисправности или повреждения; идентифицировать то, каким образом конструкционная целостность находится под угрозой, и причину, вызвавшую неисправность; и рассчитывать степень возможной утечки 3.
Система согласно изобретению основана, таким образом, на анализе в реальном времени поведенческих моделей, вытекающих из сбора данных в отношении всего подвергаемого контролю трубопровода 2 и из базовой собранной информации, причем сбор осуществляется через сеть измерительных преобразователей состояния, установленных на самом трубопроводе 2.
Кроме того, система учитывает в качестве фотограмм множество данных, всегда привязанных ко времени; при этом она выполняет сравнительный анализ, направленный на маскировку фонового шума или повторяющегося шума вследствие природных явлений, таких как ветер, птицы, воздействие животных, прохождение стад и стай над поверхностью, дождь и т.д., или обычных видов деятельности человека, или работы систем тяги, таких как насосы, электромагнитные клапаны и работы по техническому обслуживанию.
Благодаря изобретению как с помощью анализа используемых моделей, так и с помощью сети многомерных детекторов состояния, система может, таким образом, идентифицировать, когда превышается множество пределов или когда возникают ситуации, которые в соответствии с заранее установленными правилами можно рассматривать как потенциально опасные, при этом она генерирует предупредительный сигнал тревоги в случае обнаружения аномальной ситуации, которая не была идентифицирована; в случае же, когда ситуация достоверно идентифицирована, она генерирует немедленный сигнал тревоги.
Предпочтительно система 4 выполнена с возможностью отображать на мониторе, динамически и в реальном времени, всю ситуацию относительно того, что происходит вдоль трубопровода 2 с указанием на то, где, кто и что порождает состояние или условие представленной информации;
немедленно уведомлять через имеющиеся коммуникационные средства всю имеющуюся организационно-конструкционную цепочку и немедленно обеспечивать доступность данных позиционирования для локализации точки, где имеет место конкретное явление перфорации и/или утечки 3.
Наблюдения, управление и контроль могут быть реализованы через центр управления, который может быть продублирован по соображениям безопасности в терминах широкомасштабных центров, среднемасштабных центров и локальных центров.
В случае чрезвычайной ситуации каждая конструкция может принять контроль и взять на себя любой уровень иерархического контроля независимо от географического расположения.
Наконец, поскольку система основана на сборе в реальном времени информации, поступающей от множества используемых датчиков, обеспечивается доступность мощного инструмента мониторинга,
- 5 032736 который может обеспечивать индикации о состоянии целостности всего трубопровода 2, что позволяет детектировать любые конструкционные изменения.
Преимущественно система согласно изобретению предлагает эффективное решение для предотвращения утечек и/или для предотвращения любой умышленной перфорации трубопроводов с целью извлечения транспортируемого посредством их продукта.
Описанная система фактически обеспечивает возможность автоматической идентификации утечки 3 вследствие попытки перфорации, а также локализации точки, где предпринимается указанная попытка с немедленным предупреждением операторов и отображения на мониторе точного местоположения с географической привязкой попытки злонамеренного действия.
Более подробно, система детекции утечек и защиты от перфорации трубопроводов соединена в двух подсистемах:
наблюдение и управление, что обеспечивает возможность мониторинга всего трубопровода 2, контролируемого посредством динамических графических представлений; и детекция попыток злонамеренного действия (стороннего вторжения) или несанкционированных раскопок, которые могут случайно вызвать повреждение трубопровода 2 или привести к его поломке, при этом данная подсистема управляет всем множеством датчиков, установленных на месте эксплуатации, и предоставляет информацию для наблюдения и управления системой.
Для проведения комплексного мониторинга трубопровода 2 система основана на интегрированной телеметрической системе для сбора и анализа различных источников информации, вибраций, изображений, изменений электромагнитных полей, возмущения, распознавания окружающей среды, коротких волн, ультразвуковых волн и т.д. с использованием поведенческих моделей для интерпретации и детекции изображения реальности, полученной таким образом, чтобы детектировать любое аномальное поведение, идентифицировать его и, при необходимости, вмешиваться для восстановления любого возможного повреждения.
Предпочтительно архитектура системы основана на сотовой конструкции, в которой каждый блок 1 представляет собой ячейку, которая может устанавливать многоканальную коммуникацию с ближайшим блоком. Таким образом, коммуникационная сеть выполнена из самих блоков 1, при этом не требуется никакой другой конструкции сети.
Согласно изобретению со ссылками на прилагаемые чертежи блоки 1 выполнены в виде блоков детекции состояния, распределяемых в месте эксплуатации и закрепленных по отношению к трубопроводу, при помощи которых система распознает 4 изменения окружающей среды, посредством многомерных измерительных преобразователей. Кроме того, имеется координационный и обрабатывающий модуль для поддержки получения данных центральной системой и автономный модуль питания, выполненный с возможностью диверсифицированного управления источников энергии в зависимости от ситуации, в которой установлен новый многомерный блок детекции состояния.
Преимущественно используемый коммуникационный модуль обеспечивает возможность коммуникации как через проводную сеть, кабельную или волоконную, так и через беспроводную сеть, а также посредством использования самой трубы в качестве коммуникационной среды.
Все, что движется, генерирует изменения в окружающей среде. В природе животные оповещаются при наличии опасности, когда они детектируют разность между предшествующим состоянием, классифицируемым как нормальное, и возникшим изменением; в наполненных шумом джунглях внезапная тишина является ясным сигналом тревоги, при этом отличающийся от нормальной ситуации шум также должен, конечно, рассматриваться как сигнал, указывающий на возможную угрозу.
Рассматриваемая система основана именно на способности слушать и распознавать окружающую среду, при этом посредством поведенческого анализа в отношении различных конкретных ситуаций на основе введенной ранее информации и приобретенного опыта обеспечивается возможность сбора аномальных ситуаций, идентифицирующих их источник и причины.
Так как система имеет основную опорную модель, при ее первоначальном включении она также может идентифицировать возможные неисправности; это означает, что можно представить графически карту трубопровода 2 с признаками найденных неисправностей.
Детекция информации, касающейся окружающей среды, осуществляется через детекторы состояния последнего поколения, которые должным образом разработаны с целью обеспечения возможности анализа сложных изображений датчика, построенных на основе информации, поступающей из трубопровода 2.
Сенсорные способности системы являются, очевидно, достаточными для ситуации и места, в котором они должны работать: подобно живущим в глубоком море рыбам или живущим под землей кротам, система может прослушивать жизненно важные сигналы трубопровода 2 посредством измерительных преобразователей, которые могут детектировать различные величины путем обеспечения многомерных блоков детекции состояния, которые могут одновременно детектировать ряд размеров и физических величин.
На фиг. 3a-3d показан пример детекции изменений во времени угла крена (rpyroll), наклона (rpypitch), отклонения (rpyyaw) и величины смещения (qq2), детектированных блоком детекции системы
- 6 032736 после воздействия, оказанного на подвергаемую мониторингу конструкцию, в то время как на фиг. 4 показана таблица значений изменения во времени углов (rpyroll, rpypitch, rpyyaw) и смещений (qq0-qq3) трехмерных векторов, детектированных в множестве точек, для каждого датчика, последовательно записанных в базе данных с последовательным индексом (ID) соответствующими блоками детекции системы после воздействия, оказанного на подвергаемую мониторингу конструкцию.
Показанные на чертежах кривые выявляют событие воздействия при различных операциях слияния данных, вытекающих из основных измерений датчиков. На горизонтальной оси (ось х) графиков всегда отображена ось времени, а на другой оси представлены измерения агрегирующих функций элементарных датчиков. На вертикальной оси представлены градусы для крена наклона, отклонения и количество агрегированных измерений для кватернионов QQ0, QQ1, QQ2, QQ3, используемых для расчета положения точек в пространстве и возникающих в результате обработки данных, детектированных датчиками.
Кроме того, блоки 1 могут генерировать электромагнитные частоты в диапазоне от нанометров до метров (частоты, короткие волны, вибрации, ультразвуковые волны) в соответствии с определенной программой или если это требуется центральной системой 4.
Благодаря вышеупомянутым характеристикам посредством указанных блоков 1 можно собирать все данные, необходимые для поведенческого анализа системы трубопроводов, при этом также с использованием уже известных источников, например подачи сигнала с заданной величиной, путем детекции этого сигнала как блоками, расположенными вблизи источника, так и самим источником можно анализировать отражение, искажение и затухание и на основании этих анализов определять с большой легкостью и точностью положение трубопровода 2 после первоначального включения.
Может оказаться затруднительным определить обычную поведенческую модель на участке уже перфорированной трубы, поскольку, исходя из опыта окружающей среды, система может считать в качестве части обычного состояния окружающий шум, производимый утечкой 3.
Вместо этого, если система может вводить свои собственные стандартные сигналы, она может детектировать любое возможное повреждение и любые возможные утечки также с использованием имеющихся в настоящее время способов.
Имеющиеся блоки детекции состояния закреплены по отношению к трубопроводу 2 и содержатся в специально предусмотренных механически твердых контейнерах; при этом вся электроника способна выдерживать сильное воздействие без повреждения.
Каждая конструкция, не закрепленная по отношению к трубе, оснащена дополнительными измерительными преобразователями, которые детектируют присутствие людей и машин вблизи конструкции и генерируют предупредительный сигнал тревоги.
Имеются системы питания в виде автономных блоков для получения электрической энергии, которые являются системами, которые не должны питаться вручную, но которые используют характеристики окружающей среды для генерации энергии и позволяют использовать нетрадиционные источники энергии, например солнечное излучение, тепловые различия и вибрации.
Все системы разработаны так, чтобы быть блоками одной и той же электросети.
Для детекции утечки 3 вследствие случайной или умышленной перфорации было разработано возможное решение с учетом критического характера ситуации, в которой ее необходимо сделать рабочей.
В соответствии с предпочтительным аспектом настоящего изобретения в принятом техническом решении используются проверенные спососбы с учетом сложности установки и затрат, а именно как затрат на реализацию, так и эксплуатационных расходов, при этом это решение следует из того факта, что трубопроводы 2 выполнены из металлического материала, который является отличным проводником вибраций и позволяет создать сеть многоразмерных и многофункциональных блоков детекции состояния, установленную вдоль всего трубопровода 2, так, чтобы детектировать механические и электромагнитные вибрации любого типа.
Путем анализа указанных вибраций и с учетом различных изменений состояния всех рассматриваемых измерений, таким образом, можно идентифицировать попытку злонамеренного действия или стороннего вторжения, и поскольку датчики представляют собой закрепленные опорные точки вдоль прямой линии, то не представляется затруднительным обнаружить точку, в которой имеет место попытка выполнить предумышленное злонамеренное действие в отношение трубопровода 2.
Таким образом, вдоль всего трубопровода 2 может быть установлено подходящее количество n автономных периферийных блоков 1, которые сами могут коммуницировать и функционировать в качестве сети, что позволяет поддерживать всю сеть под контролем не только в отношении злонамеренных действий, но также в отношении повреждений или проблем, детектируемых путем анализа электромагнитных колебаний.
Решение согласно изобретению разработано для расположения на больших расстояниях и для контроля всех инерционных перемещений линии 2, в том числе любых возможных миллиметровых смещений вдоль осей конструкции или ее участка.
Используемые датчики, по существу, являются датчиками авионического/авиационного типа, которые разработаны для специального контроля самолета. Они используются как для определения местоположения в трехмерном пространстве, так и для корректировки местоположения посредством сложной
- 7 032736 информации обратной связи, получаемой в результате сравнения между заданным местоположением и фактическим местоположением, детектированным в данный момент.
Более подробно, блоки 1 представляют собой сложные интеллектуальные датчики, изготовленные из элементарных основных датчиков, таких как трехкомпонентные акселерометры; трехкомпонентные гироскопы и трехкомпонентные магнитометры, которые обеспечивают блоки 9 обработки каждого блока 1 элементарной информацией, которая в логике данных, объединяемых посредством алгоритма на основе математической логики типа кватернионов, обрабатывается процессором 9 (CPU 9), который обеспечивает ее сопоставление, что позволяет, также благодаря использованию технологии микроэлектромеханических систем (MEMS), детектировать микроперемещения в трехмерном пространстве.
При обработке данных также используются расширенные фильтры Калмана для повышения степени точности получаемых обработанных значений.
Блок 1 может содержать другие элементарные датчики, такие как высокоточный манометр (детекция высоты с точностью 10-30 см);
устройство для измерения температуры, детектированной интеллектуальным датчиком; и ультразвуковой приемник для детекции скорости распространения звука с целью определения типа материала, образующего элементы трубопровода.
Согласно изобретению все эти датчики обладают функцией не передавать прямые измерения для детекции любой неисправности, а передавать корректирующие значения, которые затем необходимо перевести в математические переменные, предназначенные для коррекции основных измеряемых величин постольку, поскольку они обладают функцией распознавать изменения, зависящие от места, в котором был положен данный участок трубопровода и обеспечена его работа.
Другой важной характеристикой является то, что блоки 1 применяются на расстоянии, составляющем от 1 до 5 км в зависимости от требуемых разрешения и производительности и в целях рационализации использования в конструкциях, имеющих длину даже нескольких тысяч километров.
Предложенная система основана на поведенческих моделях, полученных посредством экспертной системы, направленной на самообучение на основании полученной зависящей от времени информации, организованной в структурированной и объединенной базе данных и подчиняющейся заданным правилам, определенным специалистами в данной отрасли.
Коммуникационная конструкция, являющаяся внутренней по отношению к интеллектуальному датчику, обладает модульными характеристиками и основана на общей шине для передачи и для взаимного соединения разных коммуникационных модулей, так, чтобы обеспечить коммуникацию в критических внешних средах даже с использованием ряда режимов передачи от волоконной оптики до беспроводной связи. Узловая конфигурация обеспечивает существование дублирующей сети, в которой каждый блок детекции обеспечивает коммуникацию и выполнен с возможностью замены другого нефункционирующего блока путем повторной маршрутизации информации в логике широкомасштабной узловой сети.
Как коммуникационные модули, так и модуль источника питания образуют часть интеллектуального датчика и, следовательно, содержатся в той же механической конструкции, которая должна неподвижно закрепляться на трубе с помощью двух способов. В первом используется металлическая полоса, которая, подобно установленному на трубе кольцу, блокирует механическую часть имеющегося интеллектуального датчика, следуя кривизне участка газопровода. Во втором способе используется та же самая механическая конструкция, присоединенная, где это возможно, болтами к трубопроводу. Во всех случаях необходимо всегда обращать наибольшее внимание на обеспечение удержания механической части на трубопроводе и на закрепление по отношению к нему в целях передачи перемещения.
При эксплуатации система работает следующим образом.
Она собирает через блоки 1 данные, вытекающие из кратковременных изменений (например, повороты, смещения, ускорения, изменения температуры или давления), которые обусловлены воздействием окружающей среды на жесткие элементы, являющиеся частями трубопроводов, и которые относятся к определенному явлению возмущения (например, стороннее вторжение, раскопки в непосредственной близости, разрушение) по отношению к обычным условиям эксплуатации в данный момент времени;
она сопоставляет данные, собранные через сети датчиков, с использованием базы данных, вытекающей из опыта, приобретенного для этой конкретной установки, и полученной из указанной повторно собранной информации и из поведенческих моделей;
она анализирует перемещения, детектированные из каждого местоположения для того, чтобы определить, какие перемещения находятся в пределах параметров нормальности, идентифицирует значительное изменение, созданное или вызванное, и фотографирует наборы, разделенные на кванты с минимальной значимой информацией, которые расположены на оси времени повторяющегося цикла;
она идентифицирует тип неисправности, при этом проверяются аномальные ситуации, которые могут поставить под угрозу функциональность и конструкционную целостность проверяемой установки, что обеспечивает возможность вмешательства в целях предотвращения или ограничения повреждения.
Затем автоматически система генерирует сигнал тревоги;
- 8 032736 определяет геопозиционированную точку источника повреждения также в терминах физического местоположения по отношению к датчику, ближайшему к точке источника;
идентифицирует тип и причину нарушения конструкционной целостности;
отображает на мониторе, динамически и в реальном времени, всю ситуацию в отношении того, что происходит вдоль трубопровода, с индикацией того, где, кто, что порождает состояние условия представленной информации;
немедленно оповещает посредством имеющихся коммуникационных средств всю предусмотренную организационно-структурную цепочку;
немедленно обеспечивает доступность данных о местоположении для локализации точки, где имеет место специфическое явление.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения блоки 1 оснащены датчиками для детекции линейных и угловых ускорений, магнитных полей, изменений температуры, изменений давления и ультразвуковых волн, которые имеют следующие технические характеристики:
микропроцессор: 16-32 бит;
трехкомпонентный акселерометр: программируемое линейное ускорение ±2 g, ±4 g, ±8 g, ±16 g;
трехкомпонентный магнитометр: от ±1.3 до ±8.1 Гс;
трехкомпонентный гироскоп (крен, уклон, отклонение): 16 бит на выходе данных, ±250 7с, ±500 7с, ±2000 7с по выбору;
гибкий интерфейс: CAN, USART, последовательный интерфейс SPI и I2C; USB2.0;
каналов ADC для внешних входов;
датчик давления: он представляет собой ультракомпактный абсолютный пьезорезистивный датчик, который включает в себя монолитный чувствительный элемент и интерфейс IC, выполненный с возможностью извлечения информации из датчика и подачи цифрового сигнала во внешний мир; при этом диапазон абсолютного давления составляет 260-1260 мбар; режим высокого разрешения 0,02 мбар RMS;
датчик температуры: он представляет собой цифровой датчик, который коммуницирует с помощью двух SMBus-2,0 совместимых кабелей; температура измеряется с разрешением, которое может быть конфигурировано пользователем от 9 до 12 бит: при 9 бит наименьший размер шага составляет 0,5°С; при 12 бит он составляет 0,0625°С; при этом при заданном разрешении (10 бит, 0,25°C/LSB), время преобразования составляет номинально 21 мс; рабочая температура находится в диапазоне от -40 до +125°С;
чрезвычайно низкое потребление энергии как в отношении энергоэффективности, так и для обеспечения крайне низкого уровня обслуживания линии электропередачи.
Данное изобретение описано в соответствии с предпочтительными вариантами осуществления, при этом его эквивалентные варианты разработаны без отхода от объема предоставленной правовой охраны.

Claims (11)

  1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
    1. Система наблюдения, управления и мониторинга конструкционной целостности сети металлических трубопроводов для транспортировки текучей среды, детекции попыток сторонних вторжений, локализации точки утечки, а также оценки любых неисправностей или повреждений, содержащая множество блоков (1) детекции, расположенных на трубопроводе (2) для нефти или газа на заданном расстоянии друг от друга и неподвижно закрепленных на трубопроводе (2);
    центральный блок (4) обработки данных, соединенный посредством коммуникационных линий (5) с указанными блоками (1) детекции для получения от последних данных детекции; и средства подачи сигнала тревоги и автоматического уведомления, выполненные с возможностью активации после детекции, отличающаяся тем, что указанные данные, передаваемые блоками (1) детекции на центральный блок (4) обработки данных, включают в себя время соответствующего измерения или детекции, при этом блоки (1) детекции содержат контейнер (6), неподвижно закрепленный на трубопроводе (2), причем блоки (1) детекции содержат множество датчиков, размещенных в контейнере (6) и выполненных с возможностью детекции и измерения одной или более из следующих физических величин: линейное и угловое ускорения, магнитное поле, изменения температуры, изменения давления и, возможно, ультразвуковые волны;
    при этом блоки (1) детекции содержат коммуникационный модуль для коммуникации между блоками (1) детекции и с центральным блоком (4); причем блоки (1) детекции содержат блок (9) обработки, связанный с указанными датчиками и с указанным коммуникационным модулем;
    при этом блоки (1) детекции выполнены с возможностью коммуникации друг с другом в соответствии с архитектурой сети;
    причем центральный блок (4) обработки выполнен с возможностью обработки в режиме реального времени данных детекции, полученных от блоков (1) детекции, с учетом времени, соответствующего каждым детектированным данным, с целью детекции любого аномального поведения трубопровода;
    при этом блоки (1) детекции предназначены для детекции изменений скорости и изменений ориен
    - 9 032736 тации посредством измерений линейного и углового ускорений, которым они подвергаются, для мониторинга привязанных ко времени изменений угла крена, угла наклона и угла отклонения трубопровода;
    причем дополнительно имеется подсистема наблюдения и управления, которая связана с указанным центральным блоком (4) обработки и которая обеспечивает возможность мониторинга всего трубопровода (2), контролируемого с помощью динамических графических представлений, и дополнительно имеется подсистема детекции любых несанкционированных попыток злонамеренного действия или воздействия, которые могут привести к разрыву или поломке трубопровода (2), которая связана с множеством блоков (1) детекции и выполнена с возможностью передачи детектированной информации в подсистему наблюдения и управления, причем центральный блок (4) обработки выполнен с возможностью проведения сравнительных анализов для получения поведенческого анализа трубопровода на основе введенной ранее информации и приобретенного опыта, с созданием самообучающейся системы, основанной на получаемых при работе поведенческих моделях.
  2. 2. Система по п.1, в которой по меньшей мере одна часть датчиков блоков (1) детекции образует дублирующую узловую сеть типа беспроводной сенсорной сети (WSN), в которой каждый блок детекции обеспечивает коммуникацию и выполнен с возможностью замены другого нефункционирующего блока.
  3. 3. Система по п.1 или 2, в которой указанная архитектура системы основана на сотовой конструкции, в которой каждый блок (1) детекции представляет собой ячейку и выполнен с возможностью устанавливать многоканальную коммуникацию с ближайшим блоком.
  4. 4. Система по любому из пп.1-3, в которой каждый из блоков (1) детекции содержит электронный координационный и обрабатывающий модуль, предназначенный для поддержки получения данных центральным блоком (4);
    автономный модуль питания, выполненный с возможностью управлять диверсифицированными источниками энергии в зависимости от условий, в которых установлен блок (1) детекции; и коммуникационный модуль, выполненный с возможностью обеспечивать коммуникацию как через проводные сети, кабельные или волоконные, так и через беспроводные сети, а также с помощью самой трубы в качестве коммуникационной среды.
  5. 5. Система по любому из пп.1-4, в которой блоки (1) детекции снабжены средствами, выполненными с возможностью генерировать электромагнитные частоты в диапазоне от нанометров до метров, например частоты, короткие волны, вибрации, ультразвуковые волны, в соответствии с определенной программой или если это требует центральный блок (4).
  6. 6. Система по любому из пп.1-5, содержащая дополнительные датчики, не закрепленные на трубопроводе (2) и выполненные с возможностью детектировать присутствие людей и машин вблизи конструкций и генерировать предупредительный сигнал тревоги в случае детекции.
  7. 7. Система по любому из пп.1-6, в которой указанное множество датчиков содержит трехкомпонентный акселерометр;
    трехкомпонентный магнитометр;
    трехкомпонентный гироскоп;
    пьезорезистивный датчик абсолютного давления с разрешением меньше 0,05 мбар, предпочтительно 0,02 мбар и с диапазоном применимости от 200 до 1500 мбар, предпочтительно от 260 до 1260 мбар абсолютного давления;
    цифровой датчик температуры с разрешением, конфигурируемым от 1 до 0,05°С, предпочтительно от 0,5 до 0,0625°С, и с температурой работы от -50 до +150°С, предпочтительно от -40 до +125°С; и ультразвуковой приемник для детекции скорости распространения звука, детектируемой для определения типа материала, образующего элементы трубопровода (2), при этом блоки детекции (1) дополнительно содержат гибкий интерфейс и множество каналов для внешних входов.
  8. 8. Система по любому из пп.1-7, в которой указанные контейнеры (6) представляют собой металлические контейнеры, устойчиво закрепленные на трубопроводе (2) посредством металлической ленты, блокирующей блок (1) детекции, следуя кривизне участка трубопровода, либо посредством самой механической конструкции трубопровода.
  9. 9. Способ наблюдения, управления и мониторинга конструкционной целостности сети металлических трубопроводов для транспортировки текучей среды, локализации точки утечки, а также оценки неисправностей и повреждений, осуществляемый с помощью системы, содержащей множество блоков (1) детекции, неподвижно закрепленных на трубопроводе (2) для нефти или газа на заданном расстоянии друг от друга; и центральный блок (4) обработки данных, соединенный посредством коммуникационных линий (5) с указанными блоками (1) детекции для получения от последних данных детекции;
    при этом блоки (1) детекции включают в себя датчики, выполненные с возможностью измерения одной или более таких физических величин, как линейное и угловое ускорения, магнитное поле, температурные изменения, изменения барометрического давления, ультразвуковые волны, причем указанные
    - 10 032736 величины и изменения детектируют снаружи участка прохода транспортируемой текучей среды, при этом блоки (1) детекции дополнительно содержат коммуникационный модуль, причем способ содержит следующие этапы:
    a) сбор данных детекции, включающих в себя соответствующее время детекции, в условиях нормальной работы для сбора информации о состоянии нормальной работы;
    b) обработка детектированных данных, включая время детекции, для определения средних значений для каждого отдельного измерения с целью сбора эмпирических данных и для определения поведенческих моделей трубопровода;
    c) применение к данным детекции фильтров, основанных на эмпирических данных, в случае детекции измерений, которые находятся за пределами опорных пороговых значений или изменились по отношению к ним, оценка интенсивности детектированных измерения или измерений и вычисление/определение соответствующей неисправности, выполнение поведенческого анализа трубопровода; и
    d) распознавание любого аномального поведения трубопровода и распознавание неисправности, а также локализация точки детекции этого события или утечки (3), приведшей к неисправности;
    при этом посредством центрального блока (4) обработки данные обрабатывают путем проведения сравнительных анализов для получения поведенческого анализа трубопровода на основе введенной ранее информации и приобретенного опыта, с созданием самообучающейся системы, основанной на получаемых при работе поведенческих моделях.
  10. 10. Способ по п.9, содержащий этап самопроверки системы.
  11. 11. Способ по п.9 или 10, в котором блоки (1) детекции используют на расстоянии друг от друга, составляющем от 1 до 5 км.
EA201591062A 2012-12-11 2013-12-11 Система и способ наблюдения, управления и мониторинга конструкционной целостности сети трубопроводов для транспортировки текучей среды, локализации местоположения утечки и оценки степени повреждения EA032736B1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
IT000629A ITRM20120629A1 (it) 2012-12-11 2012-12-11 Processo ed impianto per sistema di supervisione gestione e controllo dell'integrita' strutturale di una rete di condotte (pipeline) localizzazione del punto di perdita e valutazione dell'entita' dell'anomalia
PCT/IT2013/000346 WO2014091513A2 (en) 2012-12-11 2013-12-11 System and method for supervising, managing, and monitoring the structural integrity of a fluid- transportation pipeline network, for locating the leaking point. and for evaluating the extent of the failure

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA201591062A1 EA201591062A1 (ru) 2015-10-30
EA032736B1 true EA032736B1 (ru) 2019-07-31

Family

ID=48047594

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA201591062A EA032736B1 (ru) 2012-12-11 2013-12-11 Система и способ наблюдения, управления и мониторинга конструкционной целостности сети трубопроводов для транспортировки текучей среды, локализации местоположения утечки и оценки степени повреждения

Country Status (8)

Country Link
US (1) US11015998B2 (ru)
EP (1) EP2932222A2 (ru)
CN (1) CN104919295B (ru)
CA (1) CA2894217C (ru)
EA (1) EA032736B1 (ru)
IL (1) IL239106B (ru)
IT (1) ITRM20120629A1 (ru)
WO (1) WO2014091513A2 (ru)

Families Citing this family (36)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11710489B2 (en) * 2004-06-14 2023-07-25 Wanda Papadimitriou Autonomous material evaluation system and method
CN105185012A (zh) * 2015-10-28 2015-12-23 国网浙江杭州市萧山区供电公司 一种电网地下管线设施安全预警系统
WO2017115145A1 (en) 2015-12-31 2017-07-06 Delta Faucet Company Water sensor
CN105716803B (zh) * 2016-01-29 2018-04-10 深圳市捷先数码科技股份有限公司 一种供水管网漏损监控的综合分析装置及其方法
CN105784290A (zh) * 2016-03-10 2016-07-20 上海万寅安全环保科技有限公司 一种音频检测装置
US10733312B2 (en) * 2016-09-30 2020-08-04 General Electric Company Context driven subscriptions
CA3040190A1 (en) * 2016-10-13 2018-04-19 South East Water Corporation Vibration sensor for fluid leak detection
CN107063582A (zh) * 2016-12-30 2017-08-18 天津市誉航润铭科技发展有限公司 一种输水管道泄露监测传感器
CN107061998A (zh) * 2017-03-28 2017-08-18 上海工程技术大学 墙体内水管漏水检测装置及检测处理系统
WO2018227284A1 (en) * 2017-06-12 2018-12-20 Uti Limited Partnership Pipe apparatus, pipe system, and method of detecting a leak in a conduit
CN111465865B (zh) * 2017-11-30 2024-04-02 M·穆诺斯 支持物联网(IoT)的无线传感器系统
FR3074583B1 (fr) * 2017-12-01 2019-11-29 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Procede de detection d'un defaut survenant dans un cable
CN110361561A (zh) * 2018-04-09 2019-10-22 郑州琼佩电子技术有限公司 一种大口径管道流体监测方法
CN108506732A (zh) * 2018-04-25 2018-09-07 江苏太平橡胶股份有限公司 输油管道防泄漏监测系统
CN109238350A (zh) * 2018-07-31 2019-01-18 四川西牛矩阵科技有限公司 一种基于传感器的管道状态监测系统
JP6936200B2 (ja) * 2018-09-28 2021-09-15 株式会社日立製作所 漏水検知システムおよび方法
US11898705B2 (en) * 2018-10-18 2024-02-13 Aquarius Spectrum Ltd. System and method for mechanical failure classification, condition assessment and remediation recommendation
GB2581386A (en) * 2019-02-15 2020-08-19 Hwm Water Ltd Leak detection apparatus
RU2727115C1 (ru) * 2019-03-26 2020-07-20 Общество С Ограниченной Ответственностью "Газпром Трансгаз Краснодар" Комплекс мониторинга за измерением геометрии и уровнями напряженно-деформированного состояния магистральных трубопроводов
WO2020223803A1 (en) * 2019-05-07 2020-11-12 Les Systèmes Flyscan Inc. System and method for determining an indication of a presence of a leak of hazardous material using a trained classification module
CN111948073B (zh) * 2019-05-16 2023-04-07 中国石油天然气股份有限公司 埋地管道外爆耦合界面参数实验测试装置
CN110850489A (zh) * 2019-11-15 2020-02-28 南京理工大学 地下金属管道电磁波探测方法及装置
US12126508B2 (en) 2020-01-14 2024-10-22 Dubai Electricity & Water Authority Pjsc System for monitoring and controlling a dynamic network
CN111521126B (zh) * 2020-04-28 2022-01-28 兰州大学 海管三维形态重构的光纤光栅传感监测方法
CN112505470B (zh) * 2020-09-28 2022-02-25 华北电力大学 一种用于在长距离输送设施内进行故障定位的系统及方法
US11774337B2 (en) 2020-12-29 2023-10-03 James J Chen Device and method for fluid and equipment monitoring
CN112729688B (zh) * 2021-01-12 2022-08-19 南京大学 基于振动和温度双参量的油气管道泄漏检测方法
CN112504969B (zh) * 2021-02-03 2021-05-14 四川大学 基于分布式声传感的管道法兰焊缝健康检测装置及方法
CN113075065B (zh) * 2021-03-05 2022-06-03 天津大学 基于图像识别的深海管道裂纹扩展监测与可靠性评估系统
CN113551157B (zh) * 2021-07-23 2022-09-02 重庆夏软科技有限公司 基于传感器网络的油气数据采集系统及方法
CN113763674B (zh) * 2021-08-23 2023-11-07 北京奥蓝仕技术有限公司 一种远程绝对应力实时监测与预警系统及方法
CN113970401B (zh) * 2021-12-22 2022-04-01 季华实验室 一种管道压力传感器
CN114992530B (zh) * 2022-07-07 2023-03-10 大连理工大学 一种输油管道监控系统
CN115875614B (zh) * 2023-02-23 2023-06-06 山东拙诚智能科技有限公司 通过介质压力扰动信号检测燃气管路泄漏的装置和方法
CN116498908B (zh) * 2023-06-26 2023-08-25 成都秦川物联网科技股份有限公司 基于超声波流量计的智慧燃气管网监测方法和物联网系统
CN117908497B (zh) * 2024-03-18 2024-06-07 山东汉峰新材料科技有限公司 基于物联网的甘宝素产线安全监测系统

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6155292A (en) * 1998-03-12 2000-12-05 Kurata; Sakuji Method and a synthetic danger predicting and disaster preventing monitor system in which pipelines laid under the ground or through a structure are employed in their entirety for a synthetic danger predicting alarm sensor
US20070041333A1 (en) * 2005-08-18 2007-02-22 Terahop Networks, Inc. Sensor networks for monitoring pipelines and power lines
US20120007743A1 (en) * 2009-11-16 2012-01-12 Aquarius Spectrum Ltd. System method and device for leak detection and localization in a pipe network

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003038391A2 (en) * 2001-11-01 2003-05-08 The Johns Hopkins University Techniques for monitoring health of vessels containing fluids
CN1246672C (zh) * 2002-07-04 2006-03-22 东北大学 流体输送管道泄漏智能故障诊断与定位的方法与装置
US7095321B2 (en) * 2003-04-14 2006-08-22 American Power Conversion Corporation Extensible sensor monitoring, alert processing and notification system and method
DE10329909A1 (de) * 2003-07-02 2005-01-20 Abb Research Ltd. System und Verfahren zur Bestimmung, Überwachung und Regulierung von Flüssigkeitsverlusten in Wasserversorgungsbetrieben oder Wasserversorgungsnetzen
US8024066B2 (en) * 2005-01-18 2011-09-20 Redzone Robotics, Inc. Autonomous inspector mobile platform
US20070206521A1 (en) * 2006-03-05 2007-09-06 Osaje Emeke E Wireless Utility Monitoring And Control Mesh Network
US8417084B2 (en) * 2007-01-16 2013-04-09 Baker Hughes Incorporated Distributed optical pressure and temperature sensors
EP2291628B1 (en) * 2008-06-27 2016-11-30 ExxonMobil Research and Engineering Company A method and apparatus for real time enhancing of the operation of a fluid transport pipeline
US20100023303A1 (en) * 2008-07-28 2010-01-28 Geospatial Holdings, Inc. Method, Apparatus, and System for Non-Invasive Monitoring of Underground Installations
CN201413278Y (zh) * 2009-06-02 2010-02-24 中国石油天然气股份有限公司 一种管道试压装置
CN201569549U (zh) 2009-12-29 2010-09-01 上海工业自动化仪表研究院 无线超声泄漏检测变送器
BRPI1102491A2 (pt) * 2011-05-20 2013-06-25 Asel Tech Tecnologia E Automacao Ltda sistema de monitoramento e detecÇço de quebra de linha de dutos
CN102444786B (zh) 2011-12-07 2013-04-03 天津大学 检测输油管道泄漏的球形内检测器
WO2013086471A1 (en) * 2011-12-09 2013-06-13 Micropower Technologies, Inc. Wireless camera data communication
US20140136140A1 (en) * 2012-11-13 2014-05-15 Elwha Llc Systems and methods for detecting overhead line motion

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6155292A (en) * 1998-03-12 2000-12-05 Kurata; Sakuji Method and a synthetic danger predicting and disaster preventing monitor system in which pipelines laid under the ground or through a structure are employed in their entirety for a synthetic danger predicting alarm sensor
US20070041333A1 (en) * 2005-08-18 2007-02-22 Terahop Networks, Inc. Sensor networks for monitoring pipelines and power lines
US20120007743A1 (en) * 2009-11-16 2012-01-12 Aquarius Spectrum Ltd. System method and device for leak detection and localization in a pipe network

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HUAPING YU ; MEI GUO: "An efficient oil and gas pipeline monitoring systems based on wireless sensor networks", INFORMATION SECURITY AND INTELLIGENCE CONTROL (ISIC), 2012 INTERNATIONAL CONFERENCE ON, IEEE, 14 August 2012 (2012-08-14), pages 178 - 181, XP032325696, ISBN: 978-1-4673-2587-5, DOI: 10.1109/ISIC.2012.6449735 *
MARTIN DALBRO ET AL.: "Wireless Sensor Networks for Off-shore Oil and Gas Installations", SENSOR TECHNOLOGIES AND APPLICATIONS, 2008. SENSORCOMM '08. SECOND INTERNATIONAL CONFERENCE ON, IEEE, PISCATAWAY, NJ, USA, 25 August 2008 (2008-08-25), pages 258-263, XP031319572, ISBN: 978-0-7695-3330-8 page 261 *

Also Published As

Publication number Publication date
CA2894217C (en) 2021-03-16
US20150308917A1 (en) 2015-10-29
EP2932222A2 (en) 2015-10-21
IL239106A0 (en) 2015-07-30
WO2014091513A2 (en) 2014-06-19
EA201591062A1 (ru) 2015-10-30
WO2014091513A3 (en) 2014-09-12
IL239106B (en) 2019-10-31
CA2894217A1 (en) 2014-06-19
CN104919295A (zh) 2015-09-16
ITRM20120629A1 (it) 2014-06-12
CN104919295B (zh) 2019-08-23
US11015998B2 (en) 2021-05-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EA032736B1 (ru) Система и способ наблюдения, управления и мониторинга конструкционной целостности сети трубопроводов для транспортировки текучей среды, локализации местоположения утечки и оценки степени повреждения
CA3149984A1 (en) Non-intrusive integral system for pipelines monitoring in real time
CN205785299U (zh) 一种管廊状态监测系统
KR101046300B1 (ko) 가스 충전소 안전 관리 방법 및 시스템
CN103201592B (zh) 完整性监测系统和监测静止结构的完整性的方法
US20130066568A1 (en) Integrated system with acoustic technology, mass imbalance and neural network for detecting, locating and quantifying leaks in ducts
US7715983B2 (en) Detecting hazardous conditions in underground environments
Fouda et al. Pattern recognition of optical fiber vibration signal of the submarine cable for its safety
CN110009872A (zh) 一种岩坡工程灾害实时监测预警系统及方法
EP1943631A2 (en) System and method for securing an infrastructure
WO2023201389A1 (en) Infrastructure monitoring systems and methods
US20170193414A1 (en) Global management for oil gas assets
CN101098195A (zh) 光纤安全预警系统
KR102626331B1 (ko) 배관 이상 기록 장치 및 이를 이용한 모니터링 시스템
CN106205059A (zh) 一种滑坡蠕变监测的预警系统及方法
US11112280B2 (en) System and method for sensing flow and user interface for monitoring material flow in a structure
KR20230137021A (ko) 인공지능을 이용한 배관이상 탐지 방법 및 시스템
JP2007155347A (ja) 地震被害管理システム及び方法
US20060068754A1 (en) System and method for securing a large infrastructure
JP2012251841A (ja) 加速度センサ搭載計量器
US20230112611A1 (en) Emulated facility safety with embedded enhanced interface management
KR102685016B1 (ko) 지하구조물 모니터링 시스템 및 방법
TWM645902U (zh) 自由場、深井式感測器與遠端訊號源的組合配置及其地震偵測系統
Vinothkumar et al. An integrated surveillance system to detect fire and gas leakage in petrochemical industry using Zigbee protocol
JP2004303001A (ja) 地震防災システムおよび配管網における遮断弁装置の制御方法ならびに地震防災・訓練方法