EA044179B1 - METHOD FOR CONTROL OF TIGHTNESS AND DETECTION OF LEAK POSITIONS IN A PIPELINE WITH A SHUTOFF ELEMENT - Google Patents
METHOD FOR CONTROL OF TIGHTNESS AND DETECTION OF LEAK POSITIONS IN A PIPELINE WITH A SHUTOFF ELEMENT Download PDFInfo
- Publication number
- EA044179B1 EA044179B1 EA202390111 EA044179B1 EA 044179 B1 EA044179 B1 EA 044179B1 EA 202390111 EA202390111 EA 202390111 EA 044179 B1 EA044179 B1 EA 044179B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- pipeline
- shut
- signal spectra
- signal
- range
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 16
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 47
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 8
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 2
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 2
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 1
- 238000005314 correlation function Methods 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 230000008447 perception Effects 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 238000010183 spectrum analysis Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Description
Изобретение относится к области технической диагностики, в частности к способам контроля герметичности трубопроводов, и может быть использовано для исследования трубопроводов на герметичность и обнаружения мест течи в трубопроводах атомных станций.The invention relates to the field of technical diagnostics, in particular to methods for monitoring the tightness of pipelines, and can be used to examine pipelines for leaks and detect leaks in pipelines of nuclear power plants.
Одной из важнейших задач технической диагностики оборудования атомных станций является обнаружение протечек теплоносителя. В настоящее время наибольшее распространение получил ультразвуковой способ контроля внутренних и внешних протечек. Внутренние протечки связаны с нарушением герметичности запорной арматуры, внешние - с истечением теплоносителя через повреждённые внешние стенки конструкции. Существующие подходы основаны на анализе акустической эмиссии работающего оборудования, а также расчёта корреляционной функции для пары измерительных каналов. Однако такой подход не предусматривают объективных параметров для количественной оценки величины протечки, а в некоторых случаях решение о наличии протечки принимается на основе субъективной оценки и органолептического восприятия фоновых шумов работающего оборудования.One of the most important tasks of technical diagnostics of nuclear power plant equipment is the detection of coolant leaks. Currently, the most widely used method is the ultrasonic method for monitoring internal and external leaks. Internal leaks are associated with a violation of the tightness of the shut-off valves, external leaks are associated with the outflow of coolant through damaged outer walls of the structure. Existing approaches are based on analyzing the acoustic emission of operating equipment, as well as calculating the correlation function for a pair of measuring channels. However, this approach does not provide objective parameters for quantifying the magnitude of a leak, and in some cases the decision about the presence of a leak is made on the basis of a subjective assessment and organoleptic perception of the background noise of operating equipment.
Известен способ определения координаты течи в трубопроводах (авторское свидетельство СССР на изобретение № 1283566), заключающийся в приеме акустических сигналов в двух точках по длине трубопровода, обнаружении течи и последующей корреляционной обработке принятых акустических сигналов, в результате которой определяют разность времен прихода акустических сигналов и координату места течи.There is a known method for determining the coordinate of a leak in pipelines (USSR copyright certificate for invention No. 1283566), which consists of receiving acoustic signals at two points along the length of the pipeline, detecting a leak and subsequent correlation processing of the received acoustic signals, as a result of which the difference in the arrival times of the acoustic signals and the coordinate are determined leak locations.
Недостатком данного способа является малая длина контролируемой области трубопровода и невозможность его применения в условиях наличия дискретных помех от технических объектов, окружающих или пересекающих трубопровод.The disadvantage of this method is the short length of the controlled area of the pipeline and the impossibility of its use in conditions of the presence of discrete interference from technical objects surrounding or crossing the pipeline.
Наиболее близким аналогом к заявляемому техническому решению является способ контроля герметичности и определения координат места течи в продуктопроводе (патент РФ на изобретение № 2181881), заключающийся в приеме акустических сигналов в двух точках по длине продуктопровода, обнаружении течи и последующей корреляционной обработке принятых акустических сигналов, в результате которой определяют разность времени прихода акустических сигналов и координаты места течи, при этом перед корреляционной обработкой принятых акустических сигналов проводят режектирование дискретных составляющих в каждом из сигналов с последующим спектральным анализом последних и из полученных спектров сигналов выделяют долговременные спектральные составляющие, длительностью превышающие 30 с, и с амплитудой, превышающей фон на 3-6 дБ, и по данным спектральным составляющим судят о наличии течи.The closest analogue to the claimed technical solution is a method for monitoring tightness and determining the coordinates of a leak in a product pipeline (RF patent for invention No. 2181881), which consists of receiving acoustic signals at two points along the length of the product pipeline, detecting leaks and subsequent correlation processing of received acoustic signals, in as a result of which the difference in the arrival time of acoustic signals and the coordinates of the leak location are determined, while before correlation processing of the received acoustic signals, discrete components in each of the signals are rejected, followed by spectral analysis of the latter, and long-term spectral components with a duration exceeding 30 s are isolated from the obtained signal spectra, and with an amplitude exceeding the background by 3-6 dB, and based on these spectral components the presence of a leak is judged.
Недостатком ближайшего аналога является низкая точность измерений и последующей обработки полученных акустических сигналов за счет влияния геометрии трубопровода, а также наличия в трубопроводе опор и перемычек.The disadvantage of the closest analogue is the low accuracy of measurements and subsequent processing of the received acoustic signals due to the influence of the geometry of the pipeline, as well as the presence of supports and jumpers in the pipeline.
Задачей, достигаемой предлагаемым изобретением, является определение степени герметичности трубопровода с запорным элементом для анализа возможности его дальнейшей эксплуатации, а также повышение качества и эффективности обнаружения мест течи трубопровода.The objective achieved by the proposed invention is to determine the degree of tightness of a pipeline with a shut-off element to analyze the possibility of its further operation, as well as to improve the quality and efficiency of detecting pipeline leaks.
Технический результат, достигаемый настоящим изобретением, заключается в снижении продолжительности проведения диагностического обследования и исключении влияния геометрии трубопровода на результат, полученный при диагностическом обследовании.The technical result achieved by the present invention is to reduce the duration of a diagnostic examination and eliminate the influence of pipeline geometry on the result obtained during a diagnostic examination.
Сущность изобретения состоит в том, что в способе контроля герметичности и обнаружения места течи в трубопроводе с запорным элементом, заключающемся в регистрации акустических сигналов в двух точках по длине трубопровода и последующей обработке принятых акустических сигналов, предложено регистрацию акустических сигналов осуществлять в широком ультразвуковом диапазоне в двух точках по длине трубопровода, расположенных на трубопроводе до и после запорного элемента, затем зарегистрированные в точке трубопровода до запорного элемента и в точке после запорного элемента ультразвуковые сигналы обрабатывать аналого-цифровым преобразователем и по полученным значениям строить два соответствующих точкам регистрации спектра сигналов с использованием преобразования Фурье, далее в построенных спектрах сигналов выделять диапазон от 15000 до 90000 Гц и выбирать в этом диапазоне наибольшее значение амплитуды в обоих спектрах сигналов, затем осуществлять деление амплитуд спектров сигналов в указанном частотном диапазоне на наибольшее значение амплитуды и определять разницу между спектрами сигналов до и после запорного элемента по формуле:The essence of the invention is that in the method of monitoring tightness and detecting the location of a leak in a pipeline with a shut-off element, which consists in recording acoustic signals at two points along the length of the pipeline and subsequent processing of the received acoustic signals, it is proposed to register acoustic signals in a wide ultrasonic range in two points along the length of the pipeline located on the pipeline before and after the shut-off element, then the ultrasonic signals recorded at the point of the pipeline before the shut-off element and at the point after the shut-off element are processed by an analog-to-digital converter and, based on the obtained values, two signal spectrums corresponding to the registration points are built using the Fourier transform , then in the constructed signal spectra, select the range from 15,000 to 90,000 Hz and select in this range the largest amplitude value in both signal spectra, then divide the amplitudes of the signal spectra in the specified frequency range by the largest amplitude value and determine the difference between the signal spectra before and after the shut-off element according to the formula:
где S1i и S2i - амплитуды спектров сигналов до и после запорного элемента соответственно; i, n номера дискретных составляющих в анализируемых участках спектра сигнала, после чего по определенным значениям делать вывод об отсутствии протечки при разнице S между спектрами сигналов менее 100, или о наличии незначительной протечки, если разница между спектрами сигналов находится в диапазоне от - 100 до 100, или о существенной протечке при разнице между спектрами сигналов более 100.where S1i and S 2i are the amplitudes of the signal spectra before and after the locking element, respectively; i, n numbers of discrete components in the analyzed sections of the signal spectrum, and then, based on certain values, conclude that there is no leakage if the difference S between the signal spectra is less than 100, or that there is a slight leakage if the difference between the signal spectra is in the range from - 100 to 100 , or about a significant leak when the difference between the signal spectra is more than 100.
Также предлагается ультразвуковые сигналы регистрировать с помощью датчиков акустической эмиссии.It is also proposed to register ultrasonic signals using acoustic emission sensors.
Заявленное изобретение поясняется чертежами. На фиг. 1 представлена схема выполнения опера- 1 044179 ций способа, на фиг. 2 - схемы расположения датчиков для контроля запорной арматуры, на фиг. 3 и 4 приведены спектры ультразвуковых сигналов в точках 1 и 2 двух единиц обследуемой запорной арматуры.The claimed invention is illustrated by drawings. In fig. 1 shows a diagram of the execution of the operations of the method; FIG. 2 - diagrams of the arrangement of sensors for monitoring shut-off valves, in Fig. Figures 3 and 4 show the spectra of ultrasonic signals at points 1 and 2 of two units of the shut-off valves being examined.
Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.The proposed method is carried out as follows.
На трубопровод до и после герметизирующего элемента устанавливают датчики для регистрации ультразвуковых сигналов, например датчики акустической эмиссии GT400. Точки для установки датчиков выбирают либо в верхней части сечения трубопровода, либо в боковой его части. Точки для установки датчиков в нижней части сечения трубопровода не выбирают из-за возможных искажений акустического сигнала вследствие возможного наличия различного рода отложений.Sensors for recording ultrasonic signals, for example GT400 acoustic emission sensors, are installed on the pipeline before and after the sealing element. Points for installing sensors are selected either in the upper part of the pipeline section or in its side part. Points for installing sensors in the lower part of the pipeline section are not selected due to possible distortion of the acoustic signal due to the possible presence of various types of deposits.
Затем осуществляют регистрацию акустических сигналов в широком ультразвуковом диапазоне. Далее зарегистрированные ультразвуковые сигналы обрабатывают аналого-цифровым преобразователем и по полученным значениям строят два соответствующих точкам регистрации спектра сигналов с использованием преобразования Фурье.Then acoustic signals are recorded in a wide ultrasonic range. Next, the recorded ultrasonic signals are processed by an analog-to-digital converter and, based on the obtained values, two signal spectrums corresponding to the recording points are constructed using the Fourier transform.
Затем в построенных спектрах сигналов выделяют диапазон от 15000 до 90000 Гц, т.к. на более низких частотах проявляются собственные колебания трубопровода, а на более высоких - ложные пики из-за особенностей работы акустического датчика.Then, in the constructed signal spectra, the range from 15,000 to 90,000 Hz is distinguished, since At lower frequencies, natural vibrations of the pipeline appear, and at higher frequencies, false peaks appear due to the operating characteristics of the acoustic sensor.
Далее выбирают в этом диапазоне наибольшее значение амплитуды в обоих спектрах сигналов и осуществляют деление амплитуд спектров сигналов в указанном частотном диапазоне на наибольшее значение амплитуды.Next, the largest amplitude value in both signal spectra is selected in this range and the amplitudes of the signal spectra in the specified frequency range are divided by the largest amplitude value.
Разницу между спектрами сигналов до и после запорного элемента определяют по формуле:The difference between the signal spectra before and after the locking element is determined by the formula:
где Su и S2i - амплитуды спектров сигналов до и после запорного элемента соответственно; i, n номера дискретных составляющих в анализируемых участках спектра сигнала.where S u and S 2i are the amplitudes of the signal spectra before and after the locking element, respectively; i, n numbers of discrete components in the analyzed sections of the signal spectrum.
По полученному значению делают вывод об отсутствии протечки при разнице S между спектрами сигналов менее -100, или о наличии незначительной протечки, если разница между спектрами сигналов находится в диапазоне от - 100 до 100, или о существенной протечке при разнице между спектрами сигналов более 100.Based on the obtained value, a conclusion is made that there is no leakage if the difference S between the signal spectra is less than -100, or that there is a slight leakage if the difference between the signal spectra is in the range from -100 to 100, or that there is a significant leakage if the difference between the signal spectra is more than 100.
Описанный способ был использован на Нововоронежской АЭС при обследовании арматуры системы питательной воды на байпасе и на линии рециркуляции.The described method was used at the Novovoronezh NPP when examining the fittings of the feedwater system on the bypass and on the recirculation line.
В соответствии с представленной на фиг. 1 схемой реализации заявленного способа, проводили измерение акустических сигналов до (п.1.1) и после (п.1.2) установленного запорного элемента. На фиг. 2 приведена схема расположения точек для выполнения измерений. Цифрами отмечены номера точек измерений: 1 и 2. Стрелкой обозначено направление движения рабочей среды.In accordance with the one shown in FIG. 1, according to the implementation diagram of the claimed method, acoustic signals were measured before (clause 1.1) and after (clause 1.2) the installed locking element. In fig. Figure 2 shows a diagram of the location of points for performing measurements. The numbers indicate the numbers of measurement points: 1 and 2. The arrow indicates the direction of movement of the working medium.
Проводили анализ сигналов, полученных при помощи датчика акустического GT400. Регистрацию выполняли в двух точках: в точке 1 до и в точке 2 после запорного элемента 3.We analyzed the signals obtained using the GT400 acoustic sensor. Registration was performed at two points: at point 1 before and at point 2 after locking element 3.
Обследуемая запорная арматура (запорный элемент 3) предназначалась для перекрытия потока воды под давлением 8 МПа и при температуре 160°С.The shut-off valve under examination (shut-off element 3) was intended to shut off the flow of water under a pressure of 8 MPa and at a temperature of 160°C.
После измерения акустических сигналов в точках 1 и 2 проводили оцифровку полученных сигналов, зарегистрированных до (п.2.1) и после (п.2.2) запорного элемента 3. После чего проводили расчет (пп.3.1 и 3.2 на фиг. 1) спектров оцифрованных сигналов, зарегистрированных до и после установленного запорного элемента 3. При расчете спектра тока задавали размер быстрого преобразования Фурье 1684, весовую функцию Harm и усреднение 75%.After measuring the acoustic signals at points 1 and 2, the received signals recorded before (clause 2.1) and after (clause 2.2) of the locking element 3 were digitized. After that, the spectra of the digitized signals were calculated (clauses 3.1 and 3.2 in Fig. 1) , recorded before and after the installed shut-off element 3. When calculating the current spectrum, the size of the fast Fourier transform 1684, the weighting function Harm and averaging of 75% were specified.
После этого проводили выделение диапазона от 20000 до 80000 Гц в спектрах оцифрованных сигналов (п.4.1 и 4.2 фиг. 1), зарегистрированных в точках 1 и 2 до и после запорного элемента 3. В выделенном диапазоне обоих спектров оцифрованных сигналов была выбрана наибольшая амплитуда.After this, the range from 20,000 to 80,000 Hz was selected in the spectra of digitized signals (sections 4.1 and 4.2 of Fig. 1), recorded at points 1 and 2 before and after the locking element 3. In the selected range of both spectra of digitized signals, the largest amplitude was selected.
Затем было осуществлено деление на наибольшую амплитуду спектров оцифрованных сигналов, зарегистрированных до (п.6.1) и после (п.6.2) запорного элемента 3, а далее - вычитание амплитуд нормализованных спектров оцифрованных сигналов, зарегистрированных до и после запорного элемента 3. Далее осуществляли суммирование разностей амплитуд нормализованных спектров оцифрованных сигналов, зарегистрированных до и после запорного элемента 3.Then, the amplitudes of the normalized spectra of the digitized signals recorded before and after the locking element 3 were subtracted by the largest amplitude of the spectra of the digitized signals recorded before (clause 6.1) and after (clause 6.2) the locking element 3. Next, the summation was carried out differences in the amplitudes of the normalized spectra of digitized signals recorded before and after the locking element 3.
Разницу между спектрами сигналов до и после запорного элемента 3 определяли по формуле:The difference between the signal spectra before and after locking element 3 was determined by the formula:
где Sn и S2i - амплитуды спектров сигналов до и после запорного элемента соответственно, i, n - номера дискретных составляющих в анализируемых участках спектра сигнала.where Sn and S 2i are the amplitudes of the signal spectra before and after the locking element, respectively, i, n are the numbers of discrete components in the analyzed sections of the signal spectrum.
По полученным спектрам производили идентификацию состояния запорного элемента по суммарной разности амплитуд при условии: различие менее -100 трактуется как отсутствие протечки, параметр в диапазоне от -100 до 100 интерпретируется как возможна незначительная протечка, а результат более 100 означает существенная протечка.Based on the obtained spectra, the state of the shut-off element was identified by the total difference in amplitudes under the following conditions: a difference of less than -100 is interpreted as the absence of a leak, a parameter in the range from -100 to 100 is interpreted as a possible slight leak, and a result of more than 100 means a significant leak.
Спектры ультразвуковых сигналов в точках 1 и 2 двух единиц обследуемой запорной арматурыSpectra of ultrasonic signals at points 1 and 2 of two units of the examined shut-off valves
- 2 044179 приведены на фиг. 3 и 4. При этом на фиг. 3 представлено наложение нормированных спектров до и после запорного элемента с протечками, а на фиг. 4 - наложение спектров до и после запорного элемента без протечек. В первом случае различие спектров составило S=759, a во втором случае S=-680. Таким образом, был сделан вывод о существенной протечке в запорном органе первой единицы арматуры и отсутствии протечки второй единицы арматуры.- 2 044179 are shown in Fig. 3 and 4. Moreover, in FIG. Figure 3 shows an overlay of normalized spectra before and after a leaking shut-off element, and FIG. 4 - superposition of spectra before and after the shut-off element without leaks. In the first case, the difference in the spectra was S=759, and in the second case S=-680. Thus, it was concluded that there was a significant leak in the shut-off valve of the first unit of fittings and no leakage of the second unit of fittings.
Предлагаемый способ может быть использован на АЭС, а также для контроля герметичности трубопроводов на предприятиях и объектах техники теплоэнергетики и других отраслей промышленности.The proposed method can be used at nuclear power plants, as well as for monitoring the tightness of pipelines at enterprises and facilities of thermal power engineering and other industries.
Использование предлагаемого способа позволяет определить степень герметичности трубопровода с запорным элементом для анализа возможности его дальнейшей эксплуатации, а также повысить качество и эффективность обнаружения мест течи трубопровода.Using the proposed method makes it possible to determine the degree of tightness of a pipeline with a shut-off element to analyze the possibility of its further operation, as well as to improve the quality and efficiency of detecting pipeline leaks.
Claims (2)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020128921 | 2020-09-01 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA044179B1 true EA044179B1 (en) | 2023-07-28 |
Family
ID=
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4393711A (en) | Apparatus and method for ultrasonic detection of flaws in power plant piping systems | |
| US8091427B2 (en) | Nondestructive inspection apparatus and nondestructive inspection method using guided wave | |
| KR100426227B1 (en) | Methods, devices and systems for identifying subjects | |
| Lee et al. | A study of the characteristics of the acoustic emission signals for condition monitoring of check valves in nuclear power plants | |
| RU2754620C1 (en) | Method for controlling sealing capacity and detecting leak point in pipeline with shut-off element | |
| CN109681785A (en) | A kind of Non-contact Magnetic stress mornitoring system and application method | |
| CN103399083B (en) | A kind of suppressing method of Pulsed eddy current testing Lift-off effect | |
| EA044179B1 (en) | METHOD FOR CONTROL OF TIGHTNESS AND DETECTION OF LEAK POSITIONS IN A PIPELINE WITH A SHUTOFF ELEMENT | |
| Zhdanov et al. | Algorithms for pre-processing of eddy-current signals when inspecting heat-exchanger pipes of NPP steam generators | |
| KR101210472B1 (en) | Apparatus and method for detecting the micro-scale crack using nonlinear characteristics of ultrasonic resonance | |
| Udpa et al. | Automated analysis of eddy current signals in steam generator tube inspection | |
| KR200446596Y1 (en) | The Acoustic Emission Signal Acquisition Assembly for Leak Detection of Closure Plug in Heavy Water Reactor | |
| Jiang | Study of underground oil-gas pipeline corrosion pits estimation based on MFL inspection method | |
| Jax et al. | Acoustic emission inspections of nuclear components considering recent research programmes | |
| Bahn et al. | Manufacturing of representative axial stress corrosion cracks in tube specimens for eddy current testing | |
| Mazal et al. | The use of acoustic emission method for diagnosis of damage of pneumatic cylinders | |
| bin Ibrahim | Acoustic emission technique for early leakage detection of in-service control valve | |
| JPH0783787A (en) | Acoustic monitoring method and device | |
| Meng et al. | Leak detection of gas pipelines based on characteristics of acoustic leakage and interfering signals | |
| KR102584912B1 (en) | Apparatus and Method for Detecting Wall-thining of Pipe | |
| EP1338898B1 (en) | Technique for computing a measure on an ultrasonic signal having application to identify valve defects in operating engines | |
| Rondeau et al. | Study of the health of an operating industrial valve by means of the continuously acoustic emission measurement | |
| JPS63215932A (en) | Leakage detector | |
| Dudzik et al. | The possibility of application the acoustic emission method for monitoring flow of water within a ball valve | |
| JP6275384B2 (en) | Steam stop monitoring system and monitoring method for steam stop valve |