RU2213292C1 - Method of location of leak and estimation of its size in underwater pipe line - Google Patents
Method of location of leak and estimation of its size in underwater pipe line Download PDFInfo
- Publication number
- RU2213292C1 RU2213292C1 RU2002116480/06A RU2002116480A RU2213292C1 RU 2213292 C1 RU2213292 C1 RU 2213292C1 RU 2002116480/06 A RU2002116480/06 A RU 2002116480/06A RU 2002116480 A RU2002116480 A RU 2002116480A RU 2213292 C1 RU2213292 C1 RU 2213292C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- leak
- radiation
- location
- pipeline
- frequency
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
- Examining Or Testing Airtightness (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемый способ относится к контрольно-измерительной технике и может быть использован для определения места течи и характерного размера течи в подземном трубопроводе. The proposed method relates to instrumentation and can be used to determine the location of the leak and the characteristic size of the leak in the underground pipeline.
Известны способы обнаружения места нарушения герметичности подземных трубопроводов (авт. свид. СССР 380909, 411268, 642575, 934269, 1216550, 1283566, 1610347, 1657988, 1672105, 1679232, 1705709, 1733837, 1777014, 1778597, 1812386; патент РФ 2135887; патенты США 4289019, 4570477; патент Великобритании 1349129; патент Франции 2498325; патенты Японии 59-38537, 60-24900, 63-22531; Трубопроводный транспорт жидкости и газа. - М., 1993 и другие). Known methods of detecting the place of leakage of underground pipelines (ed. Certificate of the USSR 380909, 411268, 642575, 934269, 1216550, 1283566, 1610347, 1657988, 1672105, 1679232, 1705709, 1733837, 1777014, 1778597, 1812386; US patent 2135887; US patent 2135887; 4289019, 4570477; UK patent 1349129; French patent 2498325; Japan patents 59-38537, 60-24900, 63-22531; Pipeline transport of liquid and gas. - M., 1993 and others).
Из известных способов наиболее близким к предлагаемому является "Способ определения места и характерного размера течи в подземном трубопроводе" (авт. свид. СССР 1812386, F 17 D 5/02,1990), который и выбран в качестве прототипа. Of the known methods closest to the proposed is the "Method of determining the location and characteristic size of the leak in the underground pipeline" (ed. Certificate of the USSR 1812386, F 17 D 5 / 02,1990), which is selected as a prototype.
Согласно данному способу в трубопроводе создают электромагнитное излучение помещением в нем излучателей передачи и по утечке из отверстия течи электромагнитного излучения путем наземной пеленгации определяют ее место на трассе. Вдоль трубопровода ориентированно посылают сверхвысокочастотные электромагнитные излучения с изменяющейся во времени частотой и принимают их приемником. Полоса пропускания приемника равна диапазону излучения передатчика. Местоположение и характерный размер отверстия течи определяют по появлению резкого возрастания электромагнитного сигнала, фиксируя частоту спада. According to this method, electromagnetic radiation is generated in a pipeline by placing transmission emitters in it and by its leakage from the hole of a leak of electromagnetic radiation, ground location is determined by its direction finding. Microwave radiation with a time-varying frequency is orientedly sent along the pipeline and received by the receiver. The passband of the receiver is equal to the radiation range of the transmitter. The location and characteristic size of the leak hole is determined by the appearance of a sharp increase in the electromagnetic signal, fixing the frequency of decline.
Однако обнаружить электромагнитный сигнал, который покидает пределы трубопровода и, пройдя толщину грунта, попадает на приемную антенну приемника электромагнитного излучения, в загруженных частотных диапазонах при большом числе маскирующих сигналов затруднительно. However, it is difficult to detect an electromagnetic signal that leaves the pipeline and, having passed the thickness of the soil, enters the receiving antenna of the receiver of electromagnetic radiation in busy frequency ranges with a large number of masking signals.
Для селекции сигналов по направлению прихода панорамные приемники комплектуются пеленгаторными антеннами. Известны устройства, обеспечивающие пеленгацию либо по максимуму амплитуды сигнала, либо по минимуму (Белавин О.В. Основы радионавигации. - Издание второе. - М.: Сов. радио, 1977. - С.98-110). To select signals in the direction of arrival, panoramic receivers are equipped with direction-finding antennas. Known devices that provide direction finding either to the maximum amplitude of the signal, or to a minimum (Belavin OV Fundamentals of radio navigation. - Second edition. - M .: Sov. Radio, 1977. - S.98-110).
Существенное уменьшение числа маскирующих сигналов может быть достигнуто при пеленгации по максимуму путем сужения диаграммы направленности антенны. Однако получение узких диаграмм направленности в диапазонах относительно низких частот затруднительно. При пеленгации по минимуму (с кардиоидной диаграммой направленности) существенного уменьшения числа маскирующих сигналов достичь нельзя. A significant reduction in the number of masking signals can be achieved with direction finding to the maximum by narrowing the antenna pattern. However, obtaining narrow radiation patterns in the ranges of relatively low frequencies is difficult. With a minimum direction finding (with a cardioid radiation pattern), a significant reduction in the number of masking signals cannot be achieved.
Технической задачей изобретения является повышение точности определения места и характерного размера течи в подземном трубопроводе путем устранения маскирующих сигналов, приходящих с других направлений. An object of the invention is to increase the accuracy of determining the location and characteristic size of a leak in an underground pipeline by eliminating masking signals coming from other directions.
Поставленная задача решается тем, что согласно способу определения места и характерного размера течи в подземном трубопроводе, заключающемуся в том, что в трубопроводе создают электромагнитное излучение с помощью помещенного в нем излучателя передачи, вдоль трубопровода ориентированно посылают сверхвысокочастотные электромагнитные излучения с изменяющейся во времени частотой и принимают электромагнитное излучение, утекающее из отверстия течи, электромагнитное излучение, утекающее из отверстия течи, принимают с помощью двух панорамных приемников, диапазон частотной перестройки которых равен диапазону излучения передатчика, а антенны имеют круговую и кардиоидную диаграммы направленности, вращают кардиоидную диаграмму направленности антенны до совмещения нулевого провала с направлением прихода электромагнитного излучения и фиксируют момент указанного совмещения, при этом местоположение отверстия течи определяют по минимуму кордиоидной диаграммы направленности антенны, а характерный размер отверстия течи определяют по частотной метке на экране осциллографического индикатора. The problem is solved in that according to the method for determining the location and characteristic size of a leak in an underground pipeline, which consists in the fact that electromagnetic radiation is generated in the pipeline by means of a transmission emitter placed in it, microwave radiation with a frequency that varies with time is oriented along the pipeline and received electromagnetic radiation leaking from the leak hole, electromagnetic radiation leaking from the leak hole, is received using two panes many receivers whose frequency tuning range is equal to the radiation range of the transmitter, and the antennas have a circular and cardioid radiation patterns, rotate the cardioid radiation pattern of the antenna until the zero dip coincides with the direction of arrival of electromagnetic radiation and the moment of indicated alignment is recorded, while the location of the leakage hole is determined by the minimum of the cordioid antenna patterns, and the characteristic size of the leakage hole is determined by the frequency mark on the screen of the oscilloscope Cesky indicator.
Структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ, и разрез участка трубопровода показаны на фиг.1. График зависимости коэффициента пропускания f(1) излучения отверстием диаметра Д=2а в экране толщиной d от относительной толщины экрана d/2a представлен на фиг.2. Диаграмма направленности приемных антенн 7 и 8 изображена на фиг.3.The structural diagram of a device that implements the proposed method, and a section of a section of the pipeline shown in figure 1. The dependence of the transmittance f (1) of the radiation by a hole of diameter D = 2a in a screen of thickness d on the relative thickness of the screen d / 2a is presented in FIG. 2. The radiation pattern of the
Устройство содержит передатчик 1, излучатель 2, среду 3, размещенную внутри трубопровода 4, отверстие 5 течи, грунт 6, последовательно включенные первую приемную антенну 7 с круговой диаграммой направленности, первый смеситель 10.1, второй вход которого соединен с выходом гетеродина 17, первый усилитель 11.1 промежуточной частоты, частотомер 13, второй вход которого соединен с выходом формирователя управляющего импульса 19, и блок 14 регистрации, последовательно включенные вторую приемную антенну 8 с кардиоидной диаграммой направленности, блок 9 управления диаграммой направленности, второй смеситель 10.2, второй вход которого соединен с выходом гетеродина 17, второй усилитель 11.2 промежуточной частоты, второй амплитудный детектор 12.2, коммутатор 15, второй, третий и четвертый входы которого соединены с выходами первого амплитудного детектора 12.1, формирователя 19 управляющего импульса и блока 21 деления соответственно, и вертикально отклоняющие пластины осциллографического индикатора 16, горизонтально отклоняющие пластины которого соединены с выходом генератора 18 пилообразного напряжения, последовательно подключенные к выходу первого амплитудного детектора 12.1 блока 21 деления, второй вход которого соединен с выходом второго амплитудного детектора 12.2, пороговый блок 20, формирователь 19 управляющего импульса, генератор 18 пилообразного напряжения и гетеродин 17, выход которого соединен с вторыми входами смесителей 10.1 и 10.2. The device comprises a
Предлагаемый способ реализуется следующим образом. The proposed method is implemented as follows.
От передатчика 1 сверхвысокочастотный сигнал подается на излучатель 2, помещенный в водную, газовую или газоконденсатную среду 3 внутри трубопровода 4. От излучателя 2 электромагнитное поле ориентированно распространяется вдоль трубопровода 4, отражаясь от его стенок. В месте трубопровода 4, где находится отверстие 5 течи, генерируется электромагнитный сигнал, который покидает пределы трубопровода 4 и, пройдя толщину грунта 6, попадает на приемные антенны 7 и 8 двух панорамных приемников с одним общим гетеродином 17. From the
Для определения характерного размера Д отверстия 5 используется следующее соотношение между критической длиной волны излучения λкр и Д:
λкр = 1,25Д,
при котором происходит переход от экспоненциального затухания излучения в канале, образованном отверстием 5 в стене трубы 4, к пропусканию, обусловленному возможностью распространения основной волны в волноводном канале отверстия 5.To determine the characteristic size D of hole 5, the following relation is used between the critical radiation wavelength λ cr and D:
λ cr = 1.25 D,
in which there is a transition from exponential attenuation of radiation in the channel formed by the hole 5 in the pipe wall 4 to transmission, due to the possibility of the propagation of the main wave in the waveguide channel of the hole 5.
Если трубопровод 4 заполнен средой с относительной диэлектрической проницаемостью ε, то соответствующая λкр частота излучения fkp определяется из выражения
где с - скорость света в вакууме.If the pipeline 4 is filled with a medium with a relative permittivity ε, then the radiation frequency f kp corresponding to λ cr is determined from the expression
where c is the speed of light in vacuum.
Таким образом, зная частоту излучения fkp, при которой начинает резко возрастать сигнал на входах панорамных приемников, используемых для пеленгации течи, можно определить характерный размер отверстия 5 течи:
На фиг. 2 представлен график зависимости коэффициента пропускания f(1) излучения отверстием диаметром Д=2а в экране толщиной d от относительной толщины экрана d/2a. Из вида зависимости f(1)=f(d/2a) следует, что оценка характерного размера отверстия Д будет точной при d/2a>1. Именно в этой области наблюдается резкая зависимость коэффициента пропускания f(1)от величины ка= 2πd/λ, т.е. при небольшом изменении частоты сигнала интенсивность прошедшего через отверстие 5 излучения сильно изменяется. При ка=2,5 в волноводном канале, образованном отверстием в стенке трубы, может распространяться основная волна - поэтому наблюдается периодическая зависимость f(1) от d.Thus, knowing the radiation frequency f kp at which the signal at the inputs of panoramic receivers used for direction finding of the leak begins to increase sharply, one can determine the characteristic size of the leak 5 hole:
In FIG. 2 is a graph of the transmission coefficient f (1) of the radiation by an opening of diameter D = 2a in a screen of thickness d on the relative thickness of the screen d / 2a. From the form of the dependence f (1) = f (d / 2a) it follows that the estimate of the characteristic size of the hole D will be accurate for d / 2a> 1. It is in this region that a sharp dependence of the transmittance f (1) on the quantity ka = 2πd / λ is observed, i.e. with a small change in the frequency of the signal, the intensity of the radiation transmitted through the hole 5 varies greatly. For ka = 2.5, the main wave can propagate in the waveguide channel formed by the hole in the pipe wall - therefore, a periodic dependence of f (1) on d is observed.
Для расчета чувствительности приемопередающей системы в реальных условиях используем в качестве примера следующие параметры:
Р= 3 Вт - мощность электромагнитного излучения, возбуждаемая в трубопроводе;
Д=2Rтp=0,7 м - диаметр трубы трубопровода;
2а=4 см - диаметр отверстия течи;
1=100 км=105 м - удаленность течи от источника излучения;
h=2 м - глубина залегания трубопровода;
λ=3πа=0,2 м - длина волны излучения в трубопроводе.To calculate the sensitivity of the transceiver system in real conditions, we use the following parameters as an example:
P = 3 W - the power of electromagnetic radiation excited in the pipeline;
D = 2R TP = 0.7 m - the diameter of the pipe;
2a = 4 cm — diameter of the leak hole;
1 = 100 km = 10 5 m — distance of the leak from the radiation source;
h = 2 m - the depth of the pipeline;
λ = 3πa = 0.2 m is the radiation wavelength in the pipeline.
Используя соответствующие формулы, можно оценить необходимые параметры приемников излучения в месте течи, в частности:
Ем= 0,32 В/м - амплитуда колебаний электрического поля в трубопроводе в сечении с течью;
Ем1= 1,7•10-3 В/м - амплитуда колебаний электрического поля на внешней стороне отверстия;
Ем2= 4,3•10-5 В/м - амплитуда колебаний электрической компоненты электромагнитного поля вблизи поверхности грунта со стороны атмосферы;
П=2,5•10-12 Вт/м2 - плотность потока излучения в области приемных антенн вблизи от поверхности грунта и при сопротивлении измерения приемных антенн R2≈60 Oм сигналы на входе панорамных приемников определяются формулой
Следовательно, для обнаружения течи необходимы приемники с чувствительностью S≈10 мкВ.Using the appropriate formulas, it is possible to estimate the necessary parameters of radiation detectors at the leak site, in particular:
E m = 0.32 V / m - the amplitude of the oscillations of the electric field in the pipeline in cross section with a leak;
E m1 = 1.7 • 10 -3 V / m - the amplitude of the oscillations of the electric field on the outside of the hole;
E m2 = 4.3 • 10 -5 V / m - the amplitude of the oscillations of the electrical component of the electromagnetic field near the soil surface from the atmosphere;
P = 2.5 • 10 -12 W / m 2 is the radiation flux density in the region of the receiving antennas near the soil surface and when the measurement resistance of the receiving antennas is R 2 ≈60 Ohm, the signals at the input of panoramic receivers are determined by the formula
Therefore, to detect leaks, receivers with a sensitivity of S≈10 μV are needed.
Просмотр возможного диапазона критических частот fkp осуществляется с помощью генератора 18 пилообразного напряжения, который периодически с периодом Тп по пилообразному закону изменяет частоту fг гетеродина 17. Одновременно пилообразное напряжение поступает на горизонтально отклоняющие пластины осциллографического индикатора 16, формируя его горизонтальную развертку.Viewing the possible range of critical frequencies f kp is carried out using a sawtooth generator 18, which periodically with a period T p according to the sawtooth law changes the frequency f g of the local oscillator 17. At the same time, the sawtooth voltage is applied to the horizontally deflecting plates of the oscilloscope indicator 16, forming its horizontal scan.
Принимаемые электромагнитные сигналы с выходов антенн 7 и 8 поступают на первые входы смесителей 10.1 и 10.2, на вторые входы которых подается напряжение гетеродина 17 линейно изменяющейся частоты. На выходах смесителей 10.1 и 10.2 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителями 11.1 и 11.2 выделяются напряжения промежуточной (разностной) частоты. После амплитудного детектирования в амплитудных детекторах 12.1 и 12.2 эти напряжения через коммутатор 15 подаются на вертикально отклоняющие пластины осциллографического индикатора 16, на горизонтально отклоняющие пластины которого подается напряжение развертки с выхода генератора 18 пилообразного напряжения. В результате на экране индикатора 16 (на горизонтальной развертке) формируется частотная метка, положение которой на горизонтальной развертке однозначно определяет характерный размер Д данной течи. Горизонтальная развертка осциллографического индикатора 16 проградуирована непосредственно в характерных размерах течи и может визуально наблюдаться оператором. За счет того, что на вторые входы смесителей 10.1 и 10.2 подается одно и то же напряжение гетеродина 17 линейно изменяющейся частоты, на выходах усилителей 11.1 и 11.2 промежуточной частоты в любой момент времени наблюдается один и тот же выходной сигнал. Амплитуда сигнала на выходе первого усилителя 11.1 промежуточной частоты не зависит от направления прихода входного сигнала из-за кругового вида диаграммы направленности первой антенны 7 (фиг.3). Вторая антенна 8 имеет кардиоидную диаграмму направленности, вращение которой осуществляется блоком 9 управления. Амплитуды сигналов с выходов амплитудных детекторов 12.1 и 12.2 поступают на входы блока 21 деления и коммутатора 15. Коммутатор 15 предназначен для подключения ко входу индикатора 16 одного из сигналов: с выходов амплитудных детекторов 12.1 и 12.2, формирователя 19 управляющего импульса и блока 21 деления. The received electromagnetic signals from the outputs of the
Для осуществления селекции электромагнитных сигналов, генерируемых отверстием течи, по направлению прихода при помощи блока 9 управления кардиоидную диаграмму направленности антенны 8 вращают до совмещения нулевого провала с направлением прихода электромагнитных сигналов (фиг.3). Амплитуда сигналов с этого направления на выходе второго панорамного приемника близка к нулю, поэтому на выходе блока 21 деления, осуществляющего деление амплитуды сигнала с выхода первого амплитудного детектора 12.1 (первого панорамного приемника) на амплитуду сигнала с выхода второго амплитудного детектора 12.2 (второго панорамного приемника), в этот момент напряжение будет максимальным. To implement the selection of electromagnetic signals generated by the leakage hole in the direction of arrival using the control unit 9, the cardioid radiation pattern of the
Следует подчеркнуть, что величина отношения не зависит от напряженности поля сигналов в месте приема. Момент максимизации отношения фиксируется по индикатору 16. Величину порога устанавливают так, чтобы пороговый блок 20 срабатывал только от сигналов, приходящих с нулевого направления. It should be emphasized that the magnitude of the ratio does not depend on the field strength of the signals at the receiving site. The moment of maximizing the relationship is fixed by indicator 16. The threshold value is set so that the threshold unit 20 is triggered only by signals coming from the zero direction.
При срабатывании порогового блока 20 формирователь 19 вырабатывает управляющий импульс, который останавливает генератор 18 пилообразного напряжения, запускает частотомер 13, разрешает прохождение сигнала на индикатор 16 и запись в блок 14 регистрации. За время длительности этого импульса частотомер 13 измеряет критическую частоту fкр сигнала, которая записывается в блок 14 регистрации и визуально наблюдается на экране осцилло-графического индикатора 16.When the threshold unit 20 is triggered, the driver 19 generates a control pulse that stops the sawtooth voltage generator 18, starts the frequency counter 13, allows the signal to pass to the indicator 16 and write to the registration unit 14. During the duration of this pulse, the frequency meter 13 measures the critical frequency f cr of the signal, which is recorded in the registration unit 14 and visually observed on the screen of the oscillographic indicator 16.
Таким образом, предлагаемый способ по сравнению с прототипом и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивает повышение точности определения места и характерного размера течи в подземном трубопроводе. Это достигается путем устранения маскирующих сигналов, приходящих с других направлений, что обеспечивает возможность обнаружения слабых электромагнитных сигналов, генерируемых отверстием течи, измерения и записи значений их частот. Thus, the proposed method in comparison with the prototype and other technical solutions for a similar purpose provides an increase in the accuracy of determining the location and characteristic size of the leak in the underground pipeline. This is achieved by eliminating masking signals coming from other directions, which makes it possible to detect weak electromagnetic signals generated by the leak hole, measure and record their frequency values.
Эффективность предлагаемого способа заключается в облегчении поиска и повышении точности определения места и характерного размера течи при снижении трудозатрат за счет исключения каких-либо земляных работ или остановки транспортирования газа или газоконденсата по подземному трубопроводу. Способ позволяет определить наличие дефекта в трубопроводе как при наличии в нем нефтепродуктов, так и при их отсутствии. The effectiveness of the proposed method consists in facilitating the search and increasing the accuracy of determining the location and characteristic size of the leak while reducing labor costs by eliminating any excavation work or stopping the transportation of gas or gas condensate through an underground pipeline. The method allows to determine the presence of a defect in the pipeline both in the presence of oil products in it, and in their absence.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002116480/06A RU2213292C1 (en) | 2002-06-14 | 2002-06-14 | Method of location of leak and estimation of its size in underwater pipe line |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002116480/06A RU2213292C1 (en) | 2002-06-14 | 2002-06-14 | Method of location of leak and estimation of its size in underwater pipe line |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2213292C1 true RU2213292C1 (en) | 2003-09-27 |
Family
ID=29777784
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2002116480/06A RU2213292C1 (en) | 2002-06-14 | 2002-06-14 | Method of location of leak and estimation of its size in underwater pipe line |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2213292C1 (en) |
-
2002
- 2002-06-14 RU RU2002116480/06A patent/RU2213292C1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0845109B1 (en) | System for and method of determining the location of an object in a medium | |
US6003376A (en) | Acoustic system for measuring the location and depth of underground pipe | |
Bimpas et al. | Detection of water leaks in supply pipes using continuous wave sensor operating at 2.45 GHz | |
EP0147829B1 (en) | Multi-frequency radar for underground investigation | |
US7852091B2 (en) | Microwave determination of location and speed of an object inside a pipe | |
US20210041550A1 (en) | Method for ascertaining at least one physical parameter of a system by exploiting the reflection from a reference object | |
KR870002450A (en) | Phase Sensing Ultrasonic Nondestructive Testing Method and Apparatus | |
WO1994017373A1 (en) | Procedure for determining material flow rate | |
RU2663083C1 (en) | Method for determining relative dielectric permittivity and method of ground subject detecting | |
RU2213292C1 (en) | Method of location of leak and estimation of its size in underwater pipe line | |
KR100979286B1 (en) | Apparatus and method for detecting distance and orientation between objects under water | |
Bruliński et al. | Characterization of ultrasonic communication channel in swimming pool | |
RU2374557C2 (en) | Method of determining position and typical size of leakage in underground pipeline | |
RU2399888C1 (en) | Method of measuring level of material in reservoir | |
RU2343344C1 (en) | Method of spotting and detection of typical size of leakage in underground pipeline | |
RU2219429C2 (en) | Method of location of leaks in underground pipe line and estimation of their sizes | |
RU2244869C1 (en) | Device for detecting location of pipeline break | |
RU2612749C1 (en) | Ultrasonic flowmeter | |
JPH01282490A (en) | Underground searching apparatus equipped with underground dielectric constant measuring function | |
JPH0471190B2 (en) | ||
RU2204119C2 (en) | Procedure detecting point of leak in pressure pipe-line and facility for its implementation | |
KR200188711Y1 (en) | Antenna structure of detection apparatus for the survey of buried structures by used gpr system | |
RU2219430C2 (en) | Method of location and estimation of size of leakage in underground pipe line | |
RU2158015C2 (en) | Subsurface radar | |
Lunt et al. | Measurement of Doppler gate length using signal re-injection |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20040615 |