KR102486592B1 - 파이프 결함을 검출하기 위한 반사측정 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

파이프라인의 결함을 발견하기 위한 시스템 및 방법이 개시된다. 일 실시예에서, 파이프라인에서 결함을 발견하기 위한 방법은: 제1 파이프라인 및 제2 파이프라인과 전기적으로 연결되는 신호 발생기에 의해 제1 파이프라인에서 전기 신호를 생성하는 단계를 포함한다. 반사된 신호는 제1 파이프라인 및 제2 파이프라인과 전기적으로 연결되는 데이터 획득 장비에 의해 획득된다. 반사된 신호는 제1 파이프라인 또는 제2 파이프라인의 결함으로부터 적어도 부분적으로 반사된다. 방법은 또한 반사된 신호를 분석하여 결함의 위치 및 결함의 심각도 중 적어도 하나를 결정하는 단계를 포함한다. 일부 실시예에서, 제1 파이프라인 및 제2 파이프라인은 션트 케이블로 연결된다.

Description

파이프 결함을 검출하기 위한 반사측정 장치 및 방법
본 발명적 기술은 일반적으로 금속 파이프의 검사에 관한 것이다. 특히, 본 발명적 기술은 반사를 사용하여 파이프라인 상의 코팅 결함, 분리, 박리, 부식 또는 다른 결함을 검출하는 것에 관한 것이다.
관련 출원에 대한 교차 참조
본 출원은 2017년 4월 7일자로 출원된 미국 가출원 번호 제62/483183호의 이익을 주장하며, 그 내용은 본원에 참조로 통합된다.
금속 파이프라인은 시간이 지남에 따라 결함을 일으킬 수 있다. 그러한 결함의 일부 예는 파이프 코팅의 열화, 파이프 코팅의 분리 또는 박리, 및 파이프 또는 그 코팅의 부식이다. 매립된 파이프라인은 특히 이러한 결함에 취약하다. 파이프를 검사 및/또는 수리하기 위해, 파이프 결함은 바람직하게는 그 주위의 토양을 제거함으로써 파이프 라인을 노출시켜야 하는 것 없이, 발견되어야만 한다.
파이프 결함을 발견하기 위한 일부 종래의 기술은 음향 신호(예를 들어, 초음파)를 파이프의 재료 안으로 생성한 후, 다음에 이어지는 반사된 음향 신호를 측정하는 것에 의존한다. 음향 신호가 파이프의 결함으로부터 반사되므로, 결함의 위치는 예를 들어, 음향 신호의 리턴-트립(return-trip) 시간에 기초하여 결정될 수 있다. 그러나, 음향 신호는 상대적으로 빠르게 감쇠되며, 따라서 이러한 종래 기술의 감도를 제한한다. 더욱이, 음향 신호의 반사를 예측하는 것은 일반적으로 어렵다. 예를 들어, 반사각은 특정 결함의 형상에 의해 강하게 영향을 받을 수 있어서, 결함의 위치를 정확히 찾아내는 것을 어렵게 만든다.
일부 종래 기술은 직류 또는 교류를 파이프의 세그먼트에 인가함으로써 파이프라인을 검사한다. 이러한 종래 기술은 DCVG(direct current voltage gradient) 검사 및 ACVG(alternating current voltage gradient) 검사로 공지되어 있다. 검사 동안, 전압은 예를 들어, 토양을 통해 돌출되고 파이프의 표면에 접촉하는 금속 폴을 사용하여 파이프의 세그먼트에 인가된다. 파이프의 세그먼트에 따른 전압 강하는 일반적으로 파이프의 상태에 상관된다. 예를 들어, 파이프라인에 따른 결함은 더 큰 전압 강하를 야기할 것이며, 모든 다른 조건들은 동일하다. 파이프의 하나의 세그먼트가 검사된 후, 일단(crew)은 전체 파이프라인이 검사될 때까지, 다음 세그먼트 등으로 이동한다. 그 결과, DCVG/ACVG 검사는 노동 집약적이고 완료하기 위해 긴 시간을 필요로 한다. 더욱이, DCVG/ACVG 검사의 결과는 전류의 일부가 파이프 주위의 토양을 통해 이동하기 때문에, 토양 저항률에 크게 의존한다. 토양 내의 염분 및 수분의 농도가 토양 저항률을 상당히 변화시킬 수 있기 때문에, 측정 결과는 덜 신뢰할 수 있고/있거나 해석하기 어렵다.
따라서, 결함 위치 및 심각도(severity)를 검출하기 위한 방법 및 시스템에 대한 필요성이 존재한다.
본 요약은 아래의 상세한 설명에서 추가적으로 설명되는 엄선된 개념을 단순화된 형태로 소개하기 위해 제공된다. 본 요약은 청구된 발명 대상의 중요한 특징들을 식별하도록 의도되지 않는다.
발명적 기술은 파이프 결함의 위치를 발견하고 파이프 결함의 심각도(severity)를 측정하는 것에 관한 것이다.
일부 실시예에서, 테스트 전기 신호는 신호 발생기에 의해 생성되고, 검사 중인 파이프라인에 인가된다. 신호는 파이프라인을 통해 전파되고 파이프라인의 결함과 상호작용한다. 파이프라인의 결함은 파이프라인의 전기 임피던스의 변화를 야기시킨다. 따라서, 테스트 신호(예를 들어, 전압 또는 전류 신호)의 일부는 반사된 신호를 획득하는 데이터 획득 장비(예를 들어, 오실로스코프, 아날로그-디지털(A/D) 변환기, 스펙트럼 분석기 등)를 향하여 다시 결함으로부터 반사된다. 반사된 신호는 분석되어 결함의 위치 및 심각도를 추정할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 방출 신호와 수신 신호 사이의 시간 지연((예를 들어, 리턴-트립 지연)은 결함까지의 거리에 대응하고, 수신 신호의 진폭은 결함의 심각도에 대응한다.
일부 실시예에서, 인접한 파이프라인은 신호에 대한 리턴 경로(return path)로서 사용될 수 있다. 그러한 리턴 경로는 신호에 대한 리턴 경로가 토양 내의 상이한 수분 및/또는 염분 함량에 기초하여 가변적인 전자기 속성을 갖는 토양인 경우와 달리, 안정된 전자기 속성을 갖는다. 2개의 파이프라인은 예를 들어, 션트 케이블(shunt cable)에 의해 연결될 수 있다. 더욱이, 2개의 파이프라인이 유사한 전자기 속성을 갖는 토양에 의해 둘러싸이므로, 토양에 대한 신호의 누설에 의해 야기되는 전자기 노이즈는 보정 및 상쇄될 수 있다. 검사된 파이프라인(들)을 둘러싸는 환경은 "부식성-전해질 환경(corrosive-electrolyte environment)"으로서 지칭될 수 있다. 전형적으로, 부식성-전해질 환경은 토양이지만, 많은 다른 물질들 예를 들어, 물, 콘크리트, 가스 및 그것의 조합이 파이프라인의 파이프 주위에 존재할 수 있다는 점이 이해될 것이다.
일부 실시예에서, 파이프는 주어진 길이의 맨홀 내부에 액세스될 수 있다. 측정은 맨홀의 양 단부에서 파이프 라인에 신호를 송신함으로써 수행될 수 있다. 신호의 진입 지점은 맨홀의 길이에 의해 오프셋되므로, 반사된 신호의 리턴-트립 지연 시간은 맨홀의 길이 및 신호의 속도에 비례하여 상이할 것이다. 일부 실시예에서, 파이프라인의 양 단부에서의 2개의 측정은 결합되어 결함의 위치를 보다 정확하게 식별할 수 있다.
일 실시예에서, 파이프라인의 결함을 검출하기 위한 방법은: 제1 파이프라인 및 제2 파이프라인과 전기적으로 연결되는 신호 발생기에 의해 제1 파이프라인 및 제2 파이프라인에 전기 신호를 생성하는 단계: 제1 파이프라인 및 제2 파이프라인과 전기적으로 연결되는 데이터 획득 장비에 의해 반사된 신호를 획득하는 단계를 포함한다. 반사된 신호는 제1 파이프라인 또는 제2 파이프라인의 결함으로부터 적어도 부분적으로 반사된다. 방법은 또한 반사된 신호를 분석하여 결함의 위치 및 결함의 심각도 중 적어도 하나를 결정하는 단계를 포함한다.
일 양태에서, 제1 파이프라인 및 제2 파이프라인은 션트 케이블로 연결된다. 다른 양태에서, 전기 신호는 차동 전기 신호이고, 신호 발생기는 제1 파이프라인에서 하이(high) 신호를 생성하고 제2 파이프라인에서 로우(low) 신호를 생성한다.
일 양태에서, 방법은 전기 신호에 대한 표피 깊이(δ)가 파이프라인의 벽 두께(e)에 대응하도록 전기 신호의 주파수를 조정하는 단계를 포함한다. 다른 양태에서, 방법은 결함의 임피던스(ZD)가 제1 파이프라인 및 제2 파이프라인의 임피던스(Z0)보다 더 큰 자릿수(order of magnitude)이도록 전기 신호의 주파수를 조정하는 단계를 포함한다. 다른 양태에서, 방법은 신호에 대한 반사 계수(Γ)가 하기에 의해 제한되도록 전기 신호의 주파수를 조정하는 단계를 포함하며:
Figure 112019105397458-pct00001
여기서,
Figure 112019105397458-pct00002
는 하한 비율이고
Figure 112019105397458-pct00003
는 상한 비율이다.
일 양태에서, 전기 신호는 맨홀의 제1 단부에서 생성되는 제1 전기 신호이고, 반사된 신호는 맨홀의 제1 단부에서 획득되는 제1 반사된 신호이다. 더욱이, 방법은 맨홀의 제2 단부에서 제1 파이프라인과 전기적으로 연결되는 신호 발생기에 의해 제1 파이프라인에서 제2 전기 신호를 생성하는 단계를 포함한다. 맨홀의 제2 단부는 제1 파이프라인을 따라 종 방향으로 맨홀의 제1 단부로부터 대향한다. 방법은 또한 맨홀의 제2 단부에서 제1 파이프라인과 전기적으로 연결되는 데이터 획득 장비에 의해 제2 반사된 신호를 획득하는 단계를 포함한다. 제2 반사된 신호는 결함으로부터 적어도 부분적으로 반사된다. 방법은 또한 제1 반사된 신호 및 제2 반사된 신호를 분석하여 결함의 위치 및 결함의 심각도 중 적어도 하나를 결정하는 단계를 포함한다.
일 양태에서, 제1 파이프라인은 맨홀의 벽과 접촉하는 결함을 포함한다. 다른 양태에서, 반사된 신호는 제1 파이프라인 및 제2 파이프라인을 둘러싸는 부식성-전해질 환경을 통해 적어도 부분적으로 전파된다. 다른 양태에서, 결함의 위치는 전기 신호를 생성하는 것과 반사된 신호를 수신하는 것 사이의 리턴-트립 지연에 기초하여 결정된다.
일 실시예에서, 파이프라인의 결함을 검출하기 위한 방법은: 제1 파이프라인 및 제2 파이프라인과 전기적으로 연결되는 신호 발생기에 의해 제1 파이프라인에서 제1 전기 신호를 생성하는 단계; 및 제1 파이프라인 및 제2 파이프라인과 전기적으로 연결되는 데이터 획득 장비에 의해 제1 반사된 신호를 획득하는 단계를 포함한다. 반사된 신호는 제1 파이프라인 또는 제2 파이프라인의 결함으로부터 적어도 부분적으로 반사된다. 방법은 또한 신호 발생기에 의해 제2 파이프라인에서 제2 전기 신호를 생성하는 단계; 데이터 획득 장비에 의해 제2 반사된 신호를 획득하는 단계 - 반사된 신호는 결함으로부터 적어도 부분적으로 반사됨 -; 및 제1 반사된 신호 및 제2 반사된 신호를 분석하여 결함의 위치 및 결함의 심각도 중 적어도 하나를 결정하는 단계를 포함한다.
다른 예에서, 파이프라인의 결함을 검출하기 위한 방법은 제1 파이프라인 및 제2 파이프라인과 전기적으로 연결되는 신호 발생기에 의해 제1 파이프라인에서 제1 전기 신호를 생성하는 단계를 포함한다. 제1 파이프라인 및 제2 파이프라인은 부식성-전해질 환경을 통해 전기적으로 연결된다. 방법은 제1 파이프라인 및 제2 파이프라인과 전기적으로 연결되는 데이터 획득 장비에 의해 제1 반사된 신호를 획득하는 단계를 더 포함한다. 반사된 신호는 제1 파이프라인 또는 제2 파이프라인의 결함으로부터 적어도 부분적으로 반사된다. 방법은 또한 신호 발생기에 의해 제2 파이프라인에서 제2 전기 신호를 생성하는 단계; 및 데이터 획득 장비에 의해 제2 반사된 신호를 획득하는 단계를 포함한다. 반사된 신호는 결함으로부터 적어도 부분적으로 반사된다. 방법은 또한 제1 반사된 신호 및 제2 반사된 신호를 분석하여 결함의 위치 및 결함의 심각도 중 적어도 하나를 결정하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 파이프라인의 결함을 검출하기 위한 시스템은: 제1 파이프라인 및 제2 파이프라인에서 차동 신호를 생성하도록 구성되는 제1 파이프라인 및 제2 파이프라인과 전기적으로 연결되는 신호 발생기; 및 제1 파이프라인 및 제2 파이프라인과 전기적으로 연결되는 데이터 획득 장비를 포함한다. 데이터 획득 장비는 제1 파이프라인에서 반사된 신호를 수신하도록 구성된다. 반사된 신호는 제1 파이프라인 또는 제2 파이프라인의 결함으로부터 적어도 부분적으로 반사된다.
일 양태에서, 제1 파이프라인 및 제2 파이프라인은 션트 케이블로 연결된다. 다른 양태에서, 션트 케이블은 조정가능한 임피던스를 갖는다.
일 양태에서, 제1 파이프라인 및 제2 파이프라인은 적어도 부분적으로 매립된다. 다른 양태에서, 제1 파이프라인 및 제2 파이프라인은 맨홀 내부에 적어도 부분적으로 있다. 다른 양태에서, 신호 발생기는 적어도 하나의 차동 케이블을 사용하여 제1 파이프라인 및 제2 파이프라인과 연결된다. 다른 양태에서, 시스템은 신호 발생기를 차동 케이블과 연결시키기 위한 스위치를 포함한다.
일 양태에서, 데이터 획득 장비는 적어도 하나의 차동 케이블을 사용하여 제1 파이프라인 및 제2 파이프라인과 연결된다. 다른 양태에서, 데이터 획득 장비는 오실로스코프, 아날로그-디지털(A/D) 변환기, 및 스펙트럼 분석기로 구성되는 그룹으로부터 선택된다.
일 양태에서, 전기 신호의 표피 깊이(δ)는 파이프라인의 벽 두께(e)에 대응한다. 다른 양태에서, 결함의 임피던스(ZD)는 제1 파이프라인 및 제2 파이프라인의 임피던스(Z0)보다 더 큰 자릿수이다.
일 양태에서, 결함은 맨홀의 벽과 접촉하는 것이다. 다른 양태에서, 결함은 분리, 박리, 또는 부식 영역 중 하나이다.
발명적 기술의 전술한 양태 및 많은 수반되는 이점은 첨부 도면과 함께 해석될 때, 동일한 것이 다음의 상세 설명을 참조하여 더 양호하게 이해되는 바와 같이보다 쉽게 이해될 것이며, 여기서:
도 1은 본 개시된 기술의 일 실시예에 따른 신호 전파의 개략도이다.
도 2 내지 도 3a는 본 개시된 기술의 실시예에 따른 결함 검출의 개략도이다.
도 4 및 도 5는 본 개시된 기술의 실시예에 따른 테스트 신호의 그래프이다.
도 6은 본 개시된 기술의 일 실시예에 따른 결함 검출의 방법의 흐름도이다.
도 7 및 도 8은 본 개시된 기술의 실시예에 따른 전송 라인 모델의 개략도이다.
도 9 및 도 10은 본 개시된 기술의 실시예에서 파이프라인 결함의 개략도이다.
도 11 및 도 12는 본 개시된 기술의 실시예에 따른 신호 전파의 개략도이다.
도 13 및 도 14는 본 개시된 기술의 실시예에 따른 파이프라인 임피던스의 그래프이다.
도 15a 및 도 15b는 본 개시된 기술의 실시예에 따른 결함 검출의 개략도이다.
도 16 및 도 17은 본 개시된 기술의 실시예에 따른 결함 검출의 개략도이다.
도 18 내지 도 20은 본 개시된 기술의 실시예에 따른 결함 검출의 그래프이다.
도 21 및 도 22는 본 개시된 기술의 실시예에 따른 결함 검출의 개략도이다.
도 23 및 도 24는 본 개시된 기술의 실시예에 따른 결함 검출의 그래프이다.
예시적인 실시예가 예시되고 설명되지만, 다양한 변경이 본 발명적 기술의 사상 및 범위로부터 벗어나는 것 없이 그 내에서 이루어질 수 있다는 점이 이해될 것이다.
도 1은 본 개시된 기술의 일 실시예에 따른 신호 전파의 개략도이다. 동작시, 방출 신호(ES)는 파이프라인(1)을 따라 전파된다. 그러한 신호의 일 예는 II이다. 파이프라인의 일부 예는 오일, 가스, 물, 화학물질, 가압 공기 등을 운반하기 위한 금속 파이프이다. 이러한 파이프는 토양에 부분적으로 또는 완전히 매립되거나 수역에 잠길 수 있다.
결함(10)(예를 들어, 파이프 코팅의 열화, 파이프 코팅의 분리 또는 박리, 파이프 또는 코팅의 부식 등)과 마주칠 때, 신호(II)는 부분적으로 IR로서 반사되고 부분적으로 파이프라인(1)을 통해 ITM 으로서 그리고 주변 토양으로 ITS로서 전송된다. 반사된 신호(IR)는 소스를 향해 리턴되고, 전송 신호(ITM)는 파이프라인(2)을 통해 리턴 신호(RS)로서 리턴하기 위해 파이프라인(1)을 따라 계속 이동한다. 파이프라인(1 및 2)은 신호에 대한 경로를 폐쇄하기 위해 션트 케이블(미도시)로 연결될 수 있다.
도 2 내지 도 3a는 본 개시된 기술의 실시예에 따른 결함을 검출하는 개략도이다. 이러한 도면에서, 파이프라인(1 및 2)은 좌측에서 우측으로 연장된다. 일부 실시예에서, 파이프라인(1)은 검사 중일 수 있는 반면, 일반적으로 평행한 파이프라인(2)은 신호에 대한 리턴 경로를 제공한다. 파이프라인(1 및 2)은 션트 케이블(3)로 전기적으로 연결될 수 있다. 일부 실시예에서, 맨홀(100 및 200)은 파이프라인(1 및 2)에 대한 액세스를 허용한다. 예시된 실시예에서, 맨홀(100 및 200)은 거리(L)만큼 분리된다.
일부 실시예에서, 신호 발생기(52)(또한 "파형 발생기"로서 지칭됨), 데이터 획득 장비(51)(예를 들어, 오실로스코프, 아날로그-디지털(A/D) 변환기, 스펙트럼 분석기 등), 및 임피던스 매칭 네트워크(IMN)(53)는 맨홀(100)에 위치된다. 신호 발생기(52), 데이터 획득 장비(51) 및 IMN(53)은 집합적으로 "신호 생성 및 획득 장비"로서 지칭된다. 상이한 실시예에서, 신호 생성 및 획득 장비는 맨홀(200)에 또는 지면 위에 있을 수 있다. 동작시, 신호 발생기(52)는 파이프라인(1)을 따라 전파되는 신호를 생성한다. 리턴 신호는 데이터 획득 장비(51)에 의해 획득될 수 있다. 일부 실시예에서, IMN(53)은 파이프라인(1 및 2)에 연결되고 장비와 파이프라인 사이의 임피던스를 매칭시킨다. 일부 실시예에서, 시스템은 IMN(53) 없이 동작한다. 예를 들어, 신호 발생기(52)는 차동 신호를 생성하기 위해 파이프라인(1 및 2)에 연결될 수 있고, 데이터 획득 장비(51)는 반사된 신호를 획득하기 위해 파이프라인(1 및 2)에 연결될 수 있다.
반사된 신호의 분석은 때때로 반사측정(reflectometry)으로서 지칭된다. 신호가 시간 도메인에서 분석될 때, 반사측정은 시간-도메인 반사측정으로서 지칭되고, 신호가 주파수 도메인에서 분석될 때, 반사측정은 주파수-도메인 반사측정으로서 지칭된다.
일부 실시예에서, 파이프는 상대적으로 밀접하게 패킹되므로, 파이프라인을 따른 토양(부식성-전해질 환경)의 속성 변화는 동일한 방식으로 양 파이프라인에 영향을 미친다. 따라서, 종방향 파이프라인의 모든 쌍에 대해, 토양의 변화 속성의 효과는 파이프라인의 신호-전달 및 신호-리턴 역할을 전환하고, 그 다음, 프로파일을 비교함으로써 최소화되거나 적어도 감소될 수 있다. 더욱이, 반사가 신호-전달 파이프라인 상에서 발생하므로, 본 발명적 기술은 또한 어떤 파이프라인이 파이프라인을 따라 결함에 의해 영향을 받는지를 결정할 수 있다.
일부 실시예에서, 신호는 션트 케이블(3)을 통해 제1 파이프라인(1)으로부터 제2파이프라인(2)으로 전파된다. 일부 실시예에서, 신호 발생기(52)는 제1 파이프라인(1)을 통해, 제1 파이프라인으로부터 파이프라인을 둘러싸는 부식성-전해질 환경을 통해 제2 파이프라인으로 이동하고, 제2 파이프라인(2)(전송 신호) 또는 제1 파이프라인(1)(반사된 신호)을 통해 데이터 획득 장비(51)로 다시 이동하는 전기 신호를 생성할 수 있다. 획득 신호는 분석되어 결함의 위치 및/또는 심각도를 결정할 수 있다.
일부 실시예에서, 신호 발생기(52)는 일부 스캔 동안 제1 파이프라인(1)에서 전기 신호를 생성할 수 있고, 획득 장비(51)는 반사된 및/또는 전송된 신호를 획득할 수 있다. 다음으로, 역 동작은 하나 이상의 제2 스캔 동안 수행되며, 여기서 반사된 및/또는 전송된 전기 신호가 획득된다. 제1 및 제2 스캔의 획득된 신호는 결함의 위치 및/또는 심각도를 결정하기 위해 비교될 수 있다.
도 2의 시스템(1000)에서, 신호는 신호 발생기(52)에 의해 파이프라인(1)으로 방출된다. 신호는 파이프라인(1)을 통해 전파되고, 신호의 전송된 부분은 션트 케이블(3)(예를 들어, 구리 또는 알루미늄 바) 및 파이프라인(2)을 통해 데이터 획득 장비(51)로 리턴된다.
도 3의 시스템(2000)에서, 신호는 또한 신호 발생기(52)에 의해 파이프라인(1)으로 방출된다. 시스템(2000)은 토양 전극(54)(예를 들어, 토양에 대한 접지) 및 임피던스(Z0)를 갖는 맞춤형(customable) 특성 부하(4)(예를 들어, 조정가능한 임피던스를 갖는 션트 케이블)를 포함한다. 일부 실시예에서, 임피던스(Z0)는 (예를 들어 가변 커패시턴스 또는 인덕턴스를 사용하여) 조정가능할 수 있다.
도 3a의 시스템(3000)에서, 신호는 차동 스위치(61)를 통해 파이프라인(1 및 2)에 도달한다. 스위치는 차동 케이블, 예를 들어, 평형, 차동 BNC 케이블(62)에 의해 신호 생성 및 획득 장비와 연결될 수 있다. 차동 케이블(62)은 예를 들어, 하이(high) 신호를 파이프라인(1)으로 구동하고 로우(low) 신호를 파이프라인(2)으로 구동함으로써 파이프라인(1 및 2)으로 차동 신호를 전달할 수 있다.
도 4 및 도 5는 본 개시된 기술의 실시예에 따른 테스트 신호의 그래프이다. 양 그래프에서, 수평 축은 시간을 도시하고, 수직 축은 전압으로 진폭(E)을 도시한다. 상이한 실시예에서, 신호의 진폭은 예를 들어, 암페어의 전류로서 표현될 수 있다. 테스트 신호는 예를 들어, 신호 발생기(53)에 의해 생성될 수 있다.
도 4는 지속 시간(Δt) 동안 상대적으로 일정한 전압(E)을 갖는 스텝 신호를 도시한다. 도 5는 일련의 스텝 신호를 도시한다. 예를 들어, 신호는 지속 시간(Δt1) 동안 상대적으로 일정한 전압(E) 다음에, 지속 시간(Δt2-Δt1) 동안 전압(E-ΔE1) 다음에, 지속 시간(Δt3 -Δt2-Δt1) 동안 전압(E-ΔE1-ΔE2) 등을 갖는다. 도 4의 스텝 신호의 반사율(Γ)은 하기에 대응한다는 것을 알 수 있으며:
Figure 112019105397458-pct00004
여기서, ZL은 부하의 임피던스이고 Z0는 특성 임피던스이다. 이때: 즉,
Figure 112019105397458-pct00005
일 때
신호는 단락에 직면한다. 일반적으로, 신호 전파 속도(v)는 하기와 같이 표현될 수 있으며:
Figure 112019105397458-pct00006
여기서, 2L은 신호가 횡단하는 길이이고(예를 들어, 테스트된 파이프라인의 경우 1L, 리턴 경로의 파이프라인의 경우 플러스 1L),
Figure 112019105397458-pct00007
는 신호의 리턴-트립을 위해 요구되는 시간이다. 일부 실시예에서, 도 4에 도시된 신호는 도 2에 도시된 시스템과 함께 사용된다.
도 5에 도시된 신호에 대해, 반사율은 하기와 같이 표현될 수 있으며:
Figure 112019105397458-pct00008
여기서, ZDi는 파이프라인을 따른 결함의 임피던스에 대응한다. 2개의 파이프를 둘러싸는 토양의 벌크 유전 상수는 하기와 같다는 것을 알 수 있으며:
Figure 112019105397458-pct00009
실제로, 철 화합물을 제외한 사실상 모든 매개물에 대해
Figure 112019105397458-pct00010
및
Figure 112019105397458-pct00011
이며, 여기서, μ는 투자율이고
Figure 112019105397458-pct00012
ε는 유전율(또는 유전 상수)이다. 더욱이, 대부분의 실제 응용의 경우 토양의 유전 상수는
Figure 112019105397458-pct00013
에 의해 좌우되기 때문에, 토양의 저항율은 토양의 수분 함유량으로부터 결정될 수 있다. 예를 들어, 도 5에 도시된 신호는 토양의 수분 함유량 및 저항율을 결정하기 위해 도 3에 도시된 시스템과 함께 사용될 수 있다.
도 6은 본 개시된 기술의 일 실시예에 따른 결함 검출을 위한 방법의 흐름도(6000)이다. 예시된 방법에 있어서, 블록(610)은 입력(예를 들어, 데이터 입력 또는 활동)에 대응한다. 그러한 입력의 일부 예는 파이프라인 특성, 현장 경험, 현장 수리, 또는 임피던스(Z0)에 대한 추정치이다. 블록(620)은 예를 들어, Z0의 일부 값이 결함 임피던스(ZD)에 대해 일치 또는 불일치인지를 선언하기 위한 사용자 선택을 나타낸다. 블록(630)은 계산, 예를 들어 ZD에 대한 추정치, 원하는 Z0th, 또는 주파수의 선택을 나타낸다.
블록(640)은 현장 테스팅 결과(예를 들어, 측정 결과)를 나타낸다. 현장 테스팅 결과 중 일부 예는 유효 임피던스(Z0eff) 및 등가 유효 임피던스(Z0eqeff)의 판독이다. 블록(650)은 방법에 의해 획득되는 결과, 예를 들어, 결함의 위치 및 결함의 특성을 나타낸다. 결함의 특성 중 일부 예는 결함의 심각도 및 결함의 타입(부식, 박리 등)이다.
전송 라인 모델
도 7 및 도 8은 본 개시된 기술의 실시예들에 따른 전송 라인 모델의 개략도이다. 이러한 전송 라인 모델은 신호가 파이프를 따라 전파됨에 따라 신호의 행동을 나타낸다. 도 7은 분산 요소들: C(커패시턴스), L(인덕턴스), R(저항) 및 G(컨덕턴스)를 포함하는 전송 라인 모델을 나타낸다. 예시된 전송 라인 모델은 또한 ZD - 결함의 임피던스 또는 결함 임피던스를 포함한다.
도 8은 특성 임피던스(Z0) 및 결함 임피던스(ZD)를 포함하는 컴팩트화된 전송 라인 모델을 도시한다. 반사율(Γ)은 하기와 같이 표현될 수 있으며:
Figure 112019105397458-pct00014
특성 임피던스(Z0)는 하기에 대응하며:
Figure 112019105397458-pct00015
여기서, w는 각 주파수(
Figure 112019105397458-pct00016
)이다.
파이프라인 결함
도 9 및 도 10은 본 개시된 기술의 실시예에 따른 파이프라인 결함의 개략도이다. 도 9의 개략도는 검사 하에 있는 파이프라인(1), 및 신호용 리턴 경로인 파이프라인(2)을 도시한다. 일부 현장 상황에서, 결함(10)은 토양에 대한 전기 경로를 생성할 수 있다. 그러한 결함의 예는 박리이지만, 다른 결함이 또한 신호가 적어도 부분적으로 토양으로 진입하기 위한 전기 경로를 생성할 수 있다.
도 10의 개략도는 또한 파이프라인(1 및 2)을 도시한다. 일부 실시예에서, 결함의 구성 또는 타입 때문에, 리턴 경로 파이프라인(2)은 파이프라인(1) 및 토양을 통해 이동하는 신호에 대한 리턴 경로를 제공한다.
신호 전파
도 11 및 도 12는 본 개시된 기술의 실시예에 따른 신호 전파의 개략도이다. 도 11은 결함(10)에 도달 시, 신호의 소스(예를 들어, 신호 발생기)를 향하여 신호(VR)로서 부분적으로 반사되는 인입 신호(VI)를 도시한다. 신호는 또한 파이프라인(1)을 통한 전송된 신호(VTM)로서 그리고 주변 토양으로의 전송된 신호(VTS)로서 계속 전파된다. 도 12는 전류(I)가 신호를 나타내는 유사한 시나리오를 도시한다.
임피던스 매칭
도 13 및 도 14는 본 개시된 기술의 실시예에 따른 파이프라인 임피던스의 그래프이다. 적어도 일부 실시예에서, 신호용 리턴 도파관으로서 제2 파이프라인을 사용하는 것은 토양 내의 불규칙성들과 관련된 문제들을 제거한다. 예를 들어, 토양의 저항은 일반적으로 파이프라인을 따라 변한다. 토양이 신호용 리턴 경로로서 사용될 때, 토양 내의 전류의 분포의 복잡하고 확률적인 특성은 토양을 고전적인 전송 라인의 리턴 분기(branch)로서 모델링하는 것을 어렵게 만든다. 그러나, 파이프라인(2)이 리턴 경로로서 사용될 때, 검사된 파이프라인의 결함(예를 들어, 코팅 결함)을 통해 누설되는 전류의 총 양은 파이프라인 루프를 통해 흐르는 전류의 특정 부분(fraction) 내에 유지될 수 있으며, 따라서 토양의 속성을 덜 중요하게 만든다. 일부 실시예에서, 파라미터 α(상한 비율) 및 β(하한 비율)는 토양 안으로 누설되는 전류의 양이 바람직한 제한(bound) 내에 있다는 것을 보증하기 위해 미리 정의될 수 있다. 이러한 파라미터는 하기와 같이 정의될 수 있으며:
Figure 112019105397458-pct00017
이론에 구속되지 않으면서, 결함 위치의 정확성은 α1의 값을 제한함으로써 개선되고, 결함의 특성화(예를 들어, 결함의 타입 및/또는 크기의 특성화)의 정확도는
Figure 112019105397458-pct00018
의 값을 제한함으로써 개선된다는 점이 믿어진다. 그 결과, 반사 계수에 대한 유사한 범위는 하기와 같이 정의될 수 있으며:
Figure 112019105397458-pct00019
또는
Figure 112019105397458-pct00020
근사로서, 상기 범위는 하기로 단순화될 수 있으며:
Figure 112019105397458-pct00021
일부 실시예에서, 값은 하기로 설정될 수 있으며:
Figure 112019105397458-pct00022
여기서, N은 파이프라인 상의 결함의 개수를 나타낸다. 그 결과는 하기와 같다:
Figure 112019105397458-pct00023
일부 실시예에서, 상기 불규칙성은 적어도 한 자릿수 차이에 대응하는 것으로서 해석될 수 있다. 예를 들어,
Figure 112019105397458-pct00024
는
Figure 112019105397458-pct00025
가 0.1 미만인 것으로서 해석될 수 있다. 다른 실시예에서, 비교된 값은 적어도 2 자릿수 차이일 수 있으며, 예를 들어
Figure 112019105397458-pct00026
은 Γ가 0.01 미만 이라는 것을 의미한다. 상이한 실시예에서, 값 사이의 다른 비교가 가능하다.
임피던스 매칭에서 주파수의 역할
일부 실시예에서, 신호의 주파수는 특성 임피던스(Z o )의 제어 파라미터 및, 결과적으로, 반사 계수(
Figure 112019105397458-pct00027
)로서 사용된다. 그러한 제어는 적어도 부분적으로, 파이프라인의 금속(예를 들어, 스틸)에서 발생하는 표피 효과 때문에 가능하다. 일부 실시예에서, Z O 및 Z D 의 값은 아래에 설명되는 바와 같이,
Figure 112019105397458-pct00028
및
Figure 112019105397458-pct00029
를 통한 신호 주파수(f)의 선택과 조합될 수 있다.
우리는 하기를 알고 있으며:
Figure 112019105397458-pct00030
표피 효과 때문에, 하기를 알 수 있으며:
Figure 112019105397458-pct00031
여기서, K는 상수이고 R은 저항이다. 따라서:
Figure 112019105397458-pct00032
이다.
표피 효과의 표현식은 하기를 제공하며:
Figure 112019105397458-pct00033
여기서,
Figure 112019105397458-pct00034
= 도체의 저항률
Figure 112019105397458-pct00035
= 전류의 각 주파수 =
Figure 112019105397458-pct00036
× 주파수
Figure 112019105397458-pct00037
Figure 112019105397458-pct00038
= 도체의 상대 자기 투자율
Figure 112019105397458-pct00039
= 자유 공간의 투자율
Figure 112019105397458-pct00040
Figure 112019105397458-pct00041
= 재료의 상대 유전율
Figure 112019105397458-pct00042
= 자유 공간의 유전율이며,
Figure 112019105397458-pct00043
이면, 이때:
Figure 112019105397458-pct00044
이며
그러나, 하기:
Figure 112019105397458-pct00045
이므로
이때,
Figure 112019105397458-pct00046
이다.
도 13은 Z0 및 δ에 대한 상기 표현식을 사용하여 획득되는 특성 임피던스(Z0)의 그래프이다. 수평 축은 주파수(f)의 로그를 도시한다. 수직 축은 특성 임피던스(Z0)의 절대 값을 도시한다. 일부 실시예에서, 표피 깊이(δ)는 일반적으로 파이프의 이용가능한 재료가 신호의 전파를 위해 완전히 이용되며, 따라서 신호의 원치 않는 감쇠를 제한하기 때문에, 파이프 벽의 두께(e)에 대응하는 것이 유리하다. 값(wc)은 표피 깊이가 파이프 벽의 두께에 대응하는 각 주파수이다. 일부 실시예에서, 표피 깊이는 예를 들어, +/- 5% 또는 +/- 10% 변형 내에서 파이프 벽의 두께에 대응할 수 있다.
도 14는 본 개시된 기술의 실시예에 따른 파이프라인 임피던스의 그래프이다. 수평 축은 주파수의 로그를 도시한다. 수직 축은 특성 임피던스(Z0)의 실수부, 허수부 및 절대값을 도시한다. 일부 실시예에서,
Figure 112019105397458-pct00047
의 범위는 파이프라인에서 범위가 대형 박리(또한 "대형 홀리데이(large holiday)"로서 지칭됨)에서 소형 박리에 이르는 결함에 대응한다.
샘플 케이스는 하기 파라미터로 시뮬레이션되었다:
파이프의 직경 - 3 인치;
파이프의 두께 - 5 mm;
파이프의 재료 - 탄소 스틸;
파이프라인들 사이의 거리 - 1 m의 이격; 및
파이프라인 코팅 - 20 mil의 콜타르(coal tar).
물리적 속성은 하기와 같다:
Figure 112019105397458-pct00048
Figure 112019105397458-pct00049
Figure 112019105397458-pct00050
Figure 112019105397458-pct00051
Figure 112019105397458-pct00052
Z0의 값들은 상기 열거된 파라미터 및 재료 속성을 사용하여 계산되었다. 결과는 도 14의 그래프 및 아래 표 1에 도시된다.
주파수 함수로서의 특성 임피던스(Z0)
주파수 로그 주파수 Z 실수부 Z 허수부 Z 절대값
100 2. 00 8. 17 0. 42 8. 18
150 2. 18 9. 04 0. 57 9. 06
250 2. 40 10. 29 0. 84 10. 32
500 2. 70 10. 28 1. 40 12. 36
750 2. 88 13. 63 1. 89 13. 76
1000 3. 00 14. 69 2. 34 14. 88
1500 3. 18 16. 36 3. 15 16. 66
2500 3. 40 18. 81 4. 57 19. 35
5000 3. 70 22. 97 7. 46 24. 15
7500 3. 88 26. 02 9. 87 27. 83
10000 4. 00 28. 54 11. 98 30. 96
15000 4. 18 32. 75 15. 63 36. 29
25000 4. 40 39. 43 21. 56 44. 94
50000 4. 70 51. 92 32. 51 61. 26
75000 4. 88 61. 78 40. 70 73. 98
100000 5. 00 70. 31 47. 34 84. 76
150000 5. 18 85. 06 57. 74 102. 81
250000 5. 40 109. 54 71. 69 130. 92
500000 5. 70 155. 84 86. 40 178. 19
750000 5. 88 188. 56 87. 19 207. 74
1000000 6. 00 211. 55 82. 28 226. 99
1500000 6. 18 238. 94 69. 58 248. 59
2500000 6. 40 260. 71 47. 08 264. 93
5000000 6. 70 272. 64 24. 00 273. 70
7500000 6. 88 275. 04 15. 40 275. 47
10000000 7. 00 275. 88 11. 07 276. 10
15000000 7. 18 276. 47 6. 78 276. 55
25000000 7. 40 276. 75 3. 48 276. 78
따라서,
Figure 112022054860034-pct00054
인 경우:
Figure 112019105397458-pct00055
이고
Figure 112019105397458-pct00056
인 경우
Figure 112019105397458-pct00057
이다.
상기 파라미터 및 속성의 경우, 하기를 알 수 있다:
Figure 112019105397458-pct00058
따라서, 도 14의 그래프의 로그 수평 축 상에서, 하부 주파수 한계는 100Hz이며, 이는 상기 시뮬레이션에서
Figure 112019105397458-pct00059
이다. 상부 주파수 한계는 25 MHz이며, 이는 일부 실시예에서, 고전적 발생기의 최대 주파수이다.
일부 실시예에서, 상이한 최적화 개선들은 본 발명적 기술의 적용가능성의 정확도 및 범위를 개선시킬 수 있다. 예를 들어, 결함 국소화(localization) 및 특성화(characterization)의 프로세스는 디커플링될 수 있다. 그 결과, 각각 β보다 더 낮고 α보다 더 높은 반사 계수가 사용될 수 있다. 그러나, 디커플링은 더 긴 테스트 시간을 야기할 수 있다. 더욱이, 본 발명적 기술은 임피던스가 토양 전극에 추가될 수 있기 때문에(최대 주파수에서 Z O 에 의해 허용되는 "자연적인(natural)" 범위와 비교하여) 더 큰 결함에 대해 적응가능할 수 있다. 일반적으로, 경제적인 고려 사항은 정보 워크플로우의 처리와 관련하여 테스트 팀과 수리 팀 사이의 균형을 맞추기 위해 사용될 수 있다.
결함 위치 결정
도 15a 및 도 15b는 본 개시된 기술의 실시예에 따른 결함을 검출하기 위한 개략도이다. 도 15a는 파이프라인(1)을 따라 전파하고, 루프 2를 통해 데이터 획득 장비(51)로 리턴하는 신호들을 생성하는 신호 발생기(52)를 도시한다. 그러나, 등가 미러 이미지 루프 1이 또한 생성된다. 이것은 파이프라인(1, 2)이 신호 생성 및 획득 장비(51, 52)로부터 양 측면들 상으로 연장되기 때문이다. 따라서, 실제로, 파이프라인들(1, 2) 중 하나의 섹션은 다른 섹션으로부터 격리되지 않는다. 그 결과, 일부 실시예에서, 신호 생성 및 획득 장비(51, 52)의 어떤 측면 상에서 결함이 발생하는지를 구별할 수 없다.
도 15b는 다음 위치에서의 신호 생성 및 획득 장비(51, 52)를 도시한다. 여기서, 신호들은 2개의 루프들: 루프 2 및 루프 3에서 다시 생성된다. 일부 실시예에서, 결함의 위치는 미리 결정된 거리만큼 파이프라인을 따라 오프셋되는 다수의 측정들에 기초하여 결정된다. 예를 들어, 포인트(A, B, C) 사이의 측정은 루프 1 및 루프 2 상에서 수행되고, 그 다음, 루프　2 및 루프 3 상의 포인트(B, C, D) 사이의 측정과 비교될 수 있다. 그러한 측정의 일부 실시예는 아래의 도 16 내지 도 19와 함께 논의된다.
도 16 및 도 17은 본 개시된 기술의 실시예에 따른 결함을 검출하기 위한 개략도이다. 일부 실시예에서, 2개 세트의 측정이 맨홀(100)의 두 측면에서 수행된다. 도 16은 북단에서 수행되는 측정들을 예시하고, 도 17은 남단에서 수행되는 측정들을 예시한다. 두 경우에서, 결함(10)은 신호 반사를 야기할 수 있지만, 2개의 측정 포인트 사이의 거리(Dp)는 도 18 내지 도 20을 참조하여 아래에 설명되는 바와 같이, 상이한 신호 반사를 야기한다.
도 18 및 도 19는 본 개시된 기술의 실시예에 따른 결함을 검출하기 위한 그래프이다. 그래프의 수평 축은 파이프라인을 따라 신호들의 소스로부터 거리를 미터로 나타낸다. 수직 축은 신호 강도를 전압으로 나타낸다. 그래프의 수직 라인은 파이프라인의 결함 위치에 대응한다.
도 18의 그래프는 맨홀의 남단으로부터 수행되는 측정들에 대응하고(도 17), 도 19의 그래프는 맨홀의 북단으로부터 수행되는 측정들에 대응한다(도 16). 그래프들은 그러한 설정에 특정한 탐침 포인트(probing point)로부터 결함의 거리를 나타내기 위해 분석될 수 있다. 예를 들어, 도 18 및 도 19가 결함들의 표시에 대해 분석될 때, 도 18에서 결함의 위치는 약 33 미터이고, 도 19에서 결함의 위치는 맨홀(100)의 길이(Dp)가 5 미터이므로, 약 38 미터이다. 이것은 결함(10)이 맨홀(100)의 중심으로부터 35.5 미터 떨어져 있다는 것을 의미한다.
더욱이, 도 18 및 도 19의 프로파일의 비교는 또한 결함의 측면을 결정하는 것을 도우며, 즉, 가상의 미러 이미지 결함이 제거될 수 있다. 예를 들어, 결함(10)이 맨홀(100)의 남단에 더 가까이 있고, 맨홀의 북단으로부터 더 먼 거리에 있으므로, 실제(비-가상) 결함(10)은 맨홀(100)의 남측 상에 있다.
도 20은 본 개시된 기술의 실시예에 따른 결함을 검출하기 위한 그래프이다. 수평 축은 측정 포인트(즉, 전자 장비를 수용하는 맨홀)로부터의 거리를 나타내고, 수직 축은 신호의 강도를 나타낸다. 예시된 반사측정 프로파일은 신호가 전파되고 있는 매체에 대한 정보를 제공한다. 특별히, 포지티브(positive) 반사들은 토양으로부터 콘크리트 및 공기로의 전이와 같은, 매체 유전체의 유전율의 감소를 의미한다. 이러한 반사는 인접한 맨홀이 다른 맨홀의 탐침 포인트로부터 어떻게 보이는지를 나타낼 수 있다.
일부 실시예에서, 신호 강도의 변화는 신호 속도 추정치를 확인하거나 속도를 보정하기 위해 유용할 수 있다. 예를 들어, 맨홀(파이프라인들을 연결하는 션트 케이블(3)이 없음)의 반사측정 시그니처(signature)는 인접한 맨홀의 탐침 포인트로부터 보일 수 있다. 예시된 예에서, 2개의 맨홀은 174 m 떨어져 있었다. 그러한 맨홀이 6 m 너비인 경우, 토양/콘크리트/공기 경계로 인한 반사가 보이는 예상된 거리는 168 m이다. 이것은 도 20의 그래프에서 164 m의 측정된 거리와 비교될 수 있다. 따라서, 사용되는 신호 속도는 파이프라인의 그러한 섹션에 걸쳐 약 4 미터 이내에서 정확하며, 4% 미만의 에러를 초래한다.
파이프라인과 콘크리트 벽 사이에 위치되는 결함
도 21 및 도 22는 본 개시된 기술의 실시예에 따른 결함을 검출하기 위한 개략도이다. 일부 실시예에서, 벽(110)에 대한 파이프라인의 절연의 무결성은 도 21 및 도 22에 예시되는 설정(setup)을 사용하여 평가될 수 있다. 일부 실시예에서, 벽(110)은 콘크리트 벽이다. 일부 실시예에서, 도 21은 비-보정된 설정에 대응하고, 도 22는 보정된 설정에 대응한다. 보정된 설정은 공지된 임피던스를 갖는 션트 케이블(3)을 포함한다. 두께(Tw)는 맨홀의 콘크리트 벽의 두께를 나타내고, 거리(Dw)는 콘크리트 벽(110)에서 션트 케이블(3)의 위치까지의 거리를 나타낸다.
맨홀(100)의 단부 벽이 불완전한 격리를 포함하는 경우, (예를 들어, 단부 벽(110)을 통해 파이프라인에서 지면까지 전기 경로가 존재하는 경우), 이때, 신호 반사는 임피던스의 국소화된 변화 때문에 파이프와 벽 사이의 계면에서 발생한다. 따라서, 신호 반사측정(reflectometry)은 단부 벽 내의 파이프라인 코팅 및/또는 절연의 평가를 위해 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 이러한 반사측정 프로파일은 비보정된 설정(또한 "원시 설정(raw setup)"으로 지칭됨) 및 보정된 설정에서 획득될 수 있다. 상이한 반사측정 프로파일은 아래의 도 23 및 도 24를 참조하여 설명된다.
도 23 및 도 24는 본 개시된 기술의 실시예에 따른 결함 검출의 그래프이다. 도 23은 파이프라인과 맨홀의 벽 사이의 비손상된 절연에 대응한다. 도 24는 파이프라인과 맨홀의 벽 사이의 손상된(훼손된) 절연에 대응한다. 두 그래프의 경우, 수평 축은 신호의 소스로부터의 거리에 대응하고, 수직 축은 전압에서의 신호의 강도에 대응한다.
도 23의 비손상된 절연으로 인해, 신호가 맨홀(100)의 단부 벽(110)(예를 들어, 콘크리트 벽)을 통해 전파될 때 전류가 거의 손실되지 않는다. 그 결과, 맨홀의 콘크리트와 주변 토양 사이의 경계는 비-보정된 설정에서 첨예한 반사를 유도한다. 첨예한 반사는 약 5.5 m의 거리에 대응한다.
도 23의 비손상된 절연으로 의해, 션트(3)가 보정된 설정에 존재할 때, 션트(3)는 또한 첨예한 반사를 유도하지만, 비보정된 설정의 경우보다 신호의 소스에 더 근접한다. 도 23의 그러한 반사 사이의 겉보기 거리(apparent distance)는 (Lb - Tw - Dw)에 의존한다. 일부 실시예에서, "보정 반사"로 라벨링된 곡선의 그러한 2개의 프로파일 사이의 차이는 첨예하고, 션트가 도입된 장소를 상대적으로 정확하게 나타낼 수 있다.
더욱이, 2개의 "보정 반사" 프로파일 사이의 차이는 또한 도 24에서 훼손된(손상된) 절연을 나타낸다. 예를 들어, 훼손된 절연의 경우, 션트의 존재 또는 부재의 영향은 콘크리트 벽을 통한 신호 누설 때문에, 감소된다. 그 결과, 보정 반사는 도 24의 그래프에서 둔화된 것으로 나타난다. 일부 실시예에서, 콘크리트를 포함하는 상이한 재료들 내의 코팅 절연의 평가는 도 24의 그것과 같은 보정 반사 커브들의 형상, 및 도 23의 그것과 같은 비손상된 절연의 기준 곡선과 그러한 곡선들의 비교에 기초하여 수행될 수 있다.
상술된 기술의 많은 실시예는 비-일시적 메모리에 저장되고 프로그램가능 컴퓨터 또는 컨트롤러에 의해 실행되는 루틴들을 포함하는, 컴퓨터-실행가능 또는 컨트롤러-실행가능 명령들의 형태를 취할 수 있다. 당업자는 본 기술이 위에 도시되고 설명되는 것들 이외의 컴퓨터/컨트롤러 상에서 실시될 수 있다는 점을 이해할 것이다. 본 기술은 상술된 컴퓨터-실행가능 명령들 중 하나 이상을 수행하도록 특별히 프로그램되거나, 구성되거나 고안되는 특수-목적 컴퓨터, 주문형 집적 회로(ASIC), 컨트롤러 또는 데이터 프로세서로 구체화될 수 있다. 많은 실시예에서, 본원에서 설명되는 임의의 로직 또는 알고리즘은 소프트웨어 또는 하드웨어로, 또는 소프트웨어 및 하드웨어의 조합으로 구현될 수 있다.
전술한 내용으로부터, 본 기술의 특정 실시예는 예시의 목적을 위해 본원에서 설명되었지만, 다양한 수정이 본 개시로부터 벗어나는 것 없이 이루어질 수 있다는 것이 이해될 것이다. 더욱이, 특정 실시예와 연관되는 다양한 이점 및 특징은 그러한 실시예 맥락에서 상술되었지만, 다른 실시예가 또한 그러한 이점 및/또는 특징을 나타낼 수 있고, 모든 실시예가 본 기술의 범위 내에 속하기 위해 그러한 이점 및/또는 특징을 반드시 나타낼 필요는 없다. 따라서, 본 개시는 본원에 명시적으로 도시되거나 설명되지 않은 다른 실시예를 망라한다.

Claims (28)

  1. 파이프라인의 결함을 검출하기 위한 방법에 있어서,
    제1 파이프라인 및 제2 파이프라인과 전기적으로 연결되는 신호 발생기에 의해 상기 제1 파이프라인 및 상기 제2 파이프라인에 전기 신호를 생성하는 단계;
    상기 제1 파이프라인 및 상기 제2 파이프라인과 전기적으로 연결되는 데이터 획득 장비에 의해 반사된 신호를 획득하는 단계 - 상기 반사된 신호는 상기 제1 파이프라인 또는 상기 제2 파이프라인의 결함으로부터 적어도 부분적으로 반사됨 -; 및
    상기 반사된 신호를 분석하여 상기 결함의 위치 및 상기 결함의 심각도(severity) 중 적어도 하나를 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 파이프라인 및 제2 파이프라인은 션트 케이블(shunt cable)로 연결되는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전기 신호는 차동 전기 신호이고, 상기 신호 발생기는 상기 제1 파이프라인에서 하이(high) 신호 및 상기 제2 파이프라인에서 로우(low) 신호를 생성하는 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전기 신호에 대한 표피 깊이(δ)가 상기 파이프라인의 벽 두께(e)에 대응하도록 상기 전기 신호의 주파수를 조정하는 단계를 더 포함하는 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 결함의 임피던스(ZD)가 상기 제1 파이프라인 및 상기 제2 파이프라인의 임피던스(Z0)보다 더 큰 자릿수 이도록 상기 전기 신호의 주파수를 조정하는 단계를 더 포함하는 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 신호에 대한 반사 계수(Γ)가 하기에 의해 제한되도록 상기 전기 신호의 주파수를 조정하는 단계를 더 포함하며:
    Figure 112019105397458-pct00060

    Figure 112019105397458-pct00061
    는 하한 비율이고 및
    Figure 112019105397458-pct00062
    는 상한 비율인 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전기 신호는 맨홀의 제1 단부에서 생성되는 제1 전기 신호이고, 상기 반사된 신호는 상기 맨홀의 상기 제1 단부에서 획득되는 제1 반사된 신호이며, 상기 방법은:
    상기 맨홀의 제2 단부에서 상기 제1 파이프라인과 전기적으로 연결되는 상기 신호 발생기에 의해 상기 제1 파이프라인에서 제2 전기 신호를 생성하는 단계 - 상기 맨홀의 상기 제2 단부는 상기 제1 파이프라인을 따라 종 방향으로 상기 맨홀의 상기 제1 단부로부터 대향함 -;
    상기 맨홀의 상기 제2 단부에서 상기 제1 파이프라인과 전기적으로 연결되는 상기 데이터 획득 장비에 의해 제2 반사된 신호를 획득하는 단계 - 상기 제2 반사된 신호는 상기 결함으로부터 적어도 부분적으로 반사됨 -; 및
    상기 제1 반사된 신호 및 상기 제2 반사된 신호를 분석하여 상기 결함의 상기 위치 및 상기 결함의 상기 심각도 중 적어도 하나를 결정하는 단계를 더 포함하는 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 파이프라인은 상기 맨홀의 벽과 접촉하는 결함을 포함하는 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 반사된 신호는 상기 제1 파이프라인 및 상기 제2 파이프라인을 둘러싸는 부식성-전해질 환경을 통해 적어도 부분적으로 전파되는 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 결함의 상기 위치는 상기 전기 신호를 생성하는 것과 상기 반사된 신호를 수신하는 것 사이의 리턴-트립(return-trip) 지연에 기초하여 결정되는 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 결함의 상기 심각도는 상기 반사된 신호의 진폭에 대응하는 방법.
  12. 파이프라인의 결함을 검출하기 위한 방법에 있어서,
    제1 파이프라인 및 제2 파이프라인과 전기적으로 연결되는 신호 발생기에 의해 상기 제1 파이프라인에서 제1 전기 신호를 생성하는 단계;
    상기 제1 파이프라인 및 상기 제2 파이프라인과 전기적으로 연결되는 데이터 획득 장비에 의해 제1 반사된 신호를 획득하는 단계 - 상기 반사된 신호는 상기 제1 파이프라인 또는 상기 제2 파이프라인의 결함으로부터 적어도 부분적으로 반사됨 -;
    상기 신호 발생기에 의해 상기 제2 파이프라인에서 제2 전기 신호를 생성하는 단계;
    상기 데이터 획득 장비에 의해 제2 반사된 신호를 획득하는 단계 - 상기 반사된 신호는 상기 결함으로부터 적어도 부분적으로 반사됨 -; 및
    상기 제1 반사된 신호 및 상기 제2 반사된 신호를 분석하여 상기 결함의 위치 및 상기 결함의 심각도 중 적어도 하나를 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 파이프라인 및 제2 파이프라인은 션트 케이블과 연결되는 방법.
  14. 파이프라인에서 결함을 검출하기 위한 방법에 있어서,
    제1 파이프라인 및 제2 파이프라인과 전기적으로 연결되는 신호 발생기에 의해 상기 제1 파이프라인에서 제1 전기 신호를 생성하는 단계 - 상기 제1 파이프라인 및 제2 파이프라인은 부식성-전해질 환경을 통해 전기적으로 연결됨 -;
    상기 제1 파이프라인 및 상기 제2 파이프라인과 전기적으로 연결되는 데이터 획득 장비에 의해 제1 반사된 신호를 획득하는 단계 -상기 반사된 신호는 상기 제1 파이프라인 또는 상기 제2 파이프라인의 결함으로부터 적어도 부분적으로 반사됨 -;
    상기 신호 발생기에 의해 상기 제2 파이프라인에서 제2 전기 신호를 생성하는 단계;
    상기 데이터 획득 장비에 의해 제2 반사된 신호를 획득하는 단계 - 상기 반사된 신호는 상기 결함으로부터 적어도 부분적으로 반사됨 -; 및
    상기 제1 반사된 신호 및 상기 제2 반사된 신호를 분석하여 상기 결함의 위치 및 상기 결함의 심각도 중 적어도 하나를 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  15. 파이프라인의 결함을 검출하기 위한 시스템에 있어서,
    제1 파이프라인 및 제2 파이프라인과 전기적으로 연결되는 신호 발생기 - 상기 신호 발생기는 상기 제1 파이프라인 및 상기 제2 파이프라인에서 전기 신호를 생성하도록 구성됨; 및
    상기 제1 파이프라인 및 상기 제2 파이프라인과 전기적으로 연결되는 데이터 획득 장비 - 상기 데이터 획득 장비는 상기 제1 파이프라인에서 반사된 신호를 수신하도록 구성됨 -를 포함하며, 상기 반사된 신호는 상기 제1 파이프라인 또는 상기 제2 파이프라인의 결함으로부터 적어도 부분적으로 반사되는 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1 파이프라인 및 제2 파이프라인은 션트 케이블로 연결되는 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 션트 케이블은 조정가능한 임피던스를 갖는 시스템.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 제1 파이프라인 및 상기 제2 파이프라인은 적어도 부분적으로 매립되는 시스템.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 제1 파이프라인 및 상기 제2 파이프라인은 적어도 부분적으로 맨홀 내부에 있는 시스템.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 신호 발생기는 적어도 하나의 차동 케이블로 상기 제1 파이프라인 및 상기 제2 파이프라인과 연결되는 시스템.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 신호 발생기과 상기 차동 케이블을 연결하기 위한 스위치를 더 포함하는 시스템.
  22. 제15항에 있어서,
    상기 데이터 획득 장비는 적어도 하나의 차동 케이블로 상기 제1 파이프라인 및 상기 제2 파이프라인과 연결되는 시스템.
  23. 제15항에 있어서,
    상기 데이터 획득 장비는 오실로스코프, 아날로그-디지털(A/D) 변환기, 및 스펙트럼 분석기로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 시스템.
  24. 제15항에 있어서,
    상기 전기 신호의 표피 깊이(δ)는 상기 파이프라인의 벽 두께(e)에 대응하는 시스템.
  25. 제15항에 있어서,
    상기 결함의 임피던스(ZD)는 상기 제1 파이프라인 및 상기 제2 파이프라인의 임피던스(Z0)보다 더 큰 자릿수인 시스템.
  26. 제15항에 있어서,
    상기 신호의 반사 계수(Γ)는 하기에 의해 제한되며:
    Figure 112022054860034-pct00063

    Figure 112022054860034-pct00064
    는 하한 비율이고 및
    Figure 112022054860034-pct00065
    는 상한 비율인 시스템.
  27. 제15항에 있어서,
    상기 결함은 맨홀의 벽과 접촉하는 것인 시스템.
  28. 제15항에 있어서,
    상기 결함은 분리, 박리, 또는 부식 영역 중 하나인 시스템.
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