SU1695161A1

SU1695161A1 - Устройство непрерывного контрол герметичности трубопровода

Info

Publication number: SU1695161A1
Application number: SU904792026A
Authority: SU
Inventors: Борис Михайлович Лапшин; Елизавета Дашиевна Николаева; Александр Васильевич Мозырин; Виктор Алексеевич Саенко; Иван Владимирович Штин
Original assignee: Научно-исследовательский институт интроскопии Томского политехнического института им.С.М.Кирова; Управление Магистральных Нефтепроводов Центральной Сибири
Priority date: 1990-02-15
Filing date: 1990-02-15
Publication date: 1991-11-30

Abstract

Изобретение относитс к неразрушающему контролю и может быть использовано дл обнаружени течей на закрытых участках трубопроводов. Целью изобретени вл етс повышение предельной чувствительности обнаружени и точности опредем SHEHS1 L-V х Датчик S Трубопровод I f лени местоположени течи. По линии I кабел 5 св зи подаетс комбинаци импульсов подключени первого датчика трубопровода, блок 4 подключает через коммутатор 3 преобразователь 1 к линии II кабел 5. Одновременно на коммутатор 11 подаетс микроконтроллером 6 команда подключени блока 8 ко входу измерител 12, определ ющего значение среднего квадратичного напр жени . Коррел тор 15 последовательно увеличивает задержку сигналов , поступающих от двух датчиков трубопровода . Максимальное значение полученной на выходе коррел тора 15 взаимной коррел ционной функции микроконтроллером б сравниваетс с эталоном. Если подтверждаетс аварийна ситуаци , то по линии аварийной сигнализации подаетс сигнал на блок 14. Микроконтроллером 6 по значению временной задержки, определ емой коррел тором 15, и рассто нию между преобразовател ми вычисл етс местоположение течи по отношению к одному из двух соседних датчиков трубопровода. v Ё ON Ю СЛ сь х; 11 S f Чг

Description

Изобретение относитс к неразрушающему контролю, в частности к средствам дл обнаружени и определени местоположени течей прот женных участков магист- ральных трубопроводов с закрытым доступом в процессе их эксплуатации,

Известны системы непрерывного контрол герметичности трубопроводов фирмы АЭ Интернэшнл, включающие посто нно установленные датчики, которые периодически провер ютс по одному.

Недостатками этих систем вл ютс низка предельна чувствительность обнаружени утечек и низка точность определени местоположени течи.

Наиболее близким к предлагаемому устройству вл етс автоматизированна система непрерывного контрол герметичности подводных нефтепроводов 3, содержаща -п датчиков, каждый из которых состоит из акустического приемного преобразовател , предварительного усилител , коммутатора и блока управлени коммутатором (устройства управлени ключами), а также трехпроводный кабель св зи, к первой линии которого, соединенной с блоком управлени коммутатора, подключен через схему сопр жени выход коммутации датчиков микроконтроллера, а к второй его линии , соединенной с коммутатором, последовательно подключены аттенюатор с цифровым управлением, вход управлени которого соединен с выходом управлени микроконтроллера, блок (схема) предварительной обработки, измеритель среднего квадратичного напр жени , аналого-цифровой преобразователь, выход которого соединен с шиной данных микроконтроллера, а к линии аварии микроконтроллера подключен блок линейной телемеханики. По третьей линии кабел св зи подаетс питание к датчикам. Устройство управлени ключами селективно срабатывает и подключает поочередно один преобразователь к кабелю в зависимости от кодовой комбинации импульсов, приход щих с микроконтроллера . Наличие утечки определ етс микроконтроллером по превышению сигна- па отдатчика над шумами. Местоположение гечи определ етс амплитудным методом по соотношению амплитуд сигналов от двух датчиков, расположенных с противоположных сторон от утечки, по формуле

„(,-$. I- 2o 9U2

где И - рассто ние до место течи относительно одного из датчиков;

V - скорость движени жидкости в трубопроводе;

с - скорость распространени акустических колебаний в трубе;

I - рассто ние между приемными преоб- разовател ми;

а - коэффициент затухани акустических колебаний в трубопроводе;

Ui и Ua - амплитуда сигналов на выходах датчиков.

Данной системе присущи недостаточно

0 высока чувствительность и точность.

Цель изобретени - повышение предельной чувствительности обнаружени и точности определени местоположени течи в трубопроводе за счет обеспечени воз5 можности использовани метода взаимной коррел ции.

Указанна цель достигаетс тем, что в устройство непрерывного контрол герметичности трубопроводов, содержащее п дат0 чиков, каждый из которых состоит из акустического приемного преобразовател , предварительного усилител , коммутатора и блока управлени коммутатором, а также трехпроводный кабель св зи, к первой ли5 нии которого, соединенной с блоком управлени коммутатора, подключен выход коммутации датчиков микроконтроллера, а к второй линии, соединенной с коммутатором , последовательно подключены аттеню0 атор с цифровым управлением, вход управлени которого соединен с выходом управлени микроконтроллера, блок предварительной обработки, измеритель среднего квадратичного напр жени , ана5 лого-цифровой преобразователь, выход которого соединен с шиной данных микроконтроллера , а к линии аварии микроконт роллера подключен блок линейной телемеханики, введены последовательно

0 соединенные дополнительный аттенюатор с цифровым управлением, вход которого подключен к третьей кабельной линии, а вход управлени соединен с выходом управлени микроконтроллера, дополнительный

5 блок предварительной обработки, коммутатор , входы которого соединены с выходами блоков предварительной обработки, а вход управлени соединен с линией переключени канала микроконтроллера, выход - с

0 входом измерител среднего квадратичного напр жени , коррел тор, входы которого соединены с выходами блоков предварительной обработки, а вход управлени и выходы коррел ционной функции и времени

5 задержки соединены с шиной данных микроконтроллера , кроме того, нечетные датчики подключены к второй линии кабел св зи, а четные -к третьей линии кабел св зи.

Предложенна совокупность признаков обеспечивает возможность использовани

метода взаимной коррел ции, который позвол ет выдел ть акустическое излучение (сигнал) от течи при соотношени х сигнал/шум на выходе датчика, меньших единицы , в то врем как при амплитудном методе полезный сигнал об зательно должен быть выше уровн шумов, т.е. предельна чувствительность метода взаимной коррел ции выше, чем амплитудного. Также точность определени местоположени те- чи методом взаимной коррел ции выше, поскольку она определ етс временной задержкой сигналов, приход щих с двух датчиков, относительно друг от друга, в то врем как при амплитудном методе на точность определени амплитуды сигнала оказывает сильное вли ние акустический тракт передачи.

Предлагаемое устройство содержит также дополнительный аттенюатор с цифровым управлением, дополнительный блок предварительной обработки, коррел тор, дополнительный коммутатор, которые св заны с остальными элементами схемы.

Устройства, в которых используетс метод взаимной коррел ции, содержат два датчика, посто нно подключенные к двум каналам обработки, Но эти устройства обеспечивают обнаружение и определение мес- тоположени течей только небольшого участка трубопровода и используютс дл периодического контрол . А применительно к устройствам, содержащим п датчиков, метод взаимной коррел ции невозможен.

Предлагаемое устройство позвол ет реализовать метод взаимной коррел ции за счет подключени нечетных датчиков к второй линии кабел св зи, четные - к третьей в совокупности с остальными отличительны- ми признаками. Таким образом, новые преобразовани в устройстве позволили осуществить одновременный опрос двух соседних датчиков, тем самым использовать метод взаимной коррел ции, что приводит к повышению предельной чувствительности обнаружени и точности определени местоположени течи в трубопроводах.

На чертеже приведена стурктурна схема устройства непрерывного контрол гер- метичности трубопроводов.

Устройство непрерывного контрол герметичности трубопровода содержит п одинаковых датчиков (не указан), каждый из которых состоит из акустического приемно- го преобразовател 1, предварительного усилител 2, коммутатора 3, блок 4 управлени коммутатором 3, трехлинейный кабель 5 св зи, причем к первой линии кабел св зи, соединенной с блоком 4 управлени коммутатора 3, подключен выход коммутации датчиков (не изображены) микроконтроллера б, к второй линии II кабел св зи, соединенной с нечетными (номерами) датчиками , последовательно подключены атте- нюатоо 7 цифровым управлением, вход управлени которого соединен с выходом управлени микроконтроллера б и блок 8 предварительной обработки и полосовой фильтрации, которые образуют первый канал , а к третьей линии ill кабел 5 св зи, соединенной с четными датчиками трубопровода , последовательно подключены дополнительный аттенюатор 9 с цифровым управлением, вход управлени которого соединен с выходом управлени микроконтроллера б и дополнительный блок 10 предварительной обработки и полосовой фильтрации, которые образуют второй канал . К выходам блоков 8,10 предварительной обработки подключен дополнительный коммутатор 11, вход управлени которого соединен с выходом переключени канала микроконтроллера б, а к выходу коммутатора 11 последовательно подключены измеритель 12 среднего квадратичного напр жени , аналого-цифровой преобразователь 13, выход которого соединен с шиной данных микроконтроллера 6, а к линии аварийной сигнализации микроконтроллера 6 подключен блок 14 линейной телемеханики. К выходам блоков 8,10 предварительной обработки подключен коррел тор 15, вход управлени и выходы Коррел ционной функции и времени задержки которого соединены с шиной данных микроконтроллера 6.

Приемные преобразователи 1 могут быть выполнены на основе пьезокерамики ЦТС-19, обладающей высокой чувствительностью и стабильность о свойств. Блоки 8 и 10 предварительной обработки представл ют собой полосовой усилитель с полосой пропускани 3-6 кГц, который может быть настроен на любую из частот диапазона 10- 100 кГц. В качестве фильтра сосредоточенной селекции полосового усилител может быть использован пьезокерамический или электромеханический фильтр. Микроконтроллер 6 может быть выполнен на . стальных микроЭВМ серии К1816ВЕ 48, К.1816ВЕ 51. В качестве коррел тора 15 может быть использован коррел тор из прибора MicroCorr.

Конструктивно приемный преобразователь 1, усилитель 2, коммутатор 3 и блок 4 управлени коммутатора 3 объединены в один общий корпус - датчик трубопровода. Датчики заключены в герметичные контейнеры и устанавливаютс на трубопроводе через 100 м. Это рассто ние выбрано на

основании исследований затухани акустического излучени при распространении по трубопроводу большого диаметра (1020- 1220 Мм),расположенному в обводненном грунте. Соедин ютс датчики трехжильным кабелем, например, КГЗ-60-90 ПО в бронированном исполнении. Остальные элементы схемы размещены в отдельном пульте.

Устройство работает следующим образом ,

С выхода коммутации датчиков микроконтроллера 6 по первой линии I кабел 5 св зи подаетс кодова комбинаци импульсов подключени первого (нечетного) датчика трубопровода. При этом блок 4 уп- . равлени коммутатором 3 первого датчика селективно срабатывает и подключает через коммутатор 3 преобразователь 1 первого датчика к второй линии II кабел 5 св зи. Одновременно на вход управлени коммутатора 11 подаетс с микроконтроллера 6 команда подключени первого канала, т.е. блока 8 предварительной обработки, к входу измерител 12 среднего квадратичного напр жени . Приемный преобразователь 1 преобразовывает акустические колебани в электрические сигналы (напр жени ), которые усиливаютс усилителем 2. Аттенюатор

7позвол ет ослабл ть сигнал на 0-80 дБ дл исключени нелинейного усилени сигнала.

8блоке 8 предварительной обработки осуществл етс полосова фильтраци сигнала в диапазоне частот 10-100 кГц дл получени наилучшего соотношени сигнал/шум. В измерителе 12 среднего квадратичного напр жени определ етс значение среднего квадратичного напр жени , которое преобразовываетс аналого-цифровым преобразователем 13 в соответствующий цифровой эквивалент и поступает по шине данных на микроконтроллер 6. Микроконтроллер 6 выставл ет величину ослаблени аттенюатора 7, при которой сигнал с датчика трубопровода проходит без ограничени по амплитуде. После этого с выхода коммутации датчиков микроконтроллера 6 по первой линии I кабел 5 св зи подаетс следующа кодова комбинаци импульсов, подключающа второй (четный) датчик трубопровода к третьей линии III кабел 5 св зи . Одновременно через коммутатор 11 подключаетс второй канал, т.е. выход блока 10 предварительной обработки к входу измерител 12 среднего квадратичного напр жени . При этом также устанавливаетс необходимый уровень ослаблени входного сигнала аттенюатора 9, обеспечивающий прохождение его без ограничени по амплитуде .

Затем микроконтроллер 6 подает на вход управлени коррел тора 15 команду выполнени коррел ционного анализа на наличие течи. Коррел тор 15 путем последо вательного увеличени задержки сигналов, поступающих от двух датчиков трубопровода , друг относительно друга производит цикл коррел ционного анализа. Максимальное значение полученной на выходе корре0 л тора 15 взаимной коррел ционной функции в микроконтроллере 6 сравниваетс с эталоном, хранимым в программной пам ти данных. Если отклонение не превышает допустимого значени , переход т к

5 опросу следующего датчика. С микроконт- . роллера 6 выдаетс команда на подключение третьего (нечетного) датчика. При этом предыдущий нечетный (первый) датчик отключаетс , а также через коммутатор 11

0 подключаетс первый канал к входу измерител 12 среднего квадратичного напр жени . При подключении четного датчика отключаетс предыдущий четный датчик, Таким образом, происходит одновремен5 ный опрос всех попарно (двух соседних) датчиков и осуществл етс коррел ционный анализ сигналов с датчиков на наличие течи. Если в результате коррел ционного анализа на одной из пар датчиков обнару0 живаетс недопустимое превышение сигнала , провод т перепроверку информации через некоторые временные интервалы с данных датчиков. Ложна информаци , котора может возникнуть при прохождении

5 очистного устройства по трубопроводу, его размыве (в случае подводных трубопроводов ), изменении скорости перемещени жидкости по трубопроводу, исключаетс микроконтроллером с помощью соответст0 вующего программного обеспечени . Если подтверждаетс аварийна ситуаци , то по линии аварийной сигнализации микроконтроллера 6 подаетс сигнал Авари на блок 14 линейной телемеханики. Одновременно

5 с выхода коррел тора 15 снимаетс значение временной задержки, соответствующее максимальному значению взаимной коррел ционной функции. Микроконтроллер 6 по известному рассто нию между преобразо0 вател ми 1 и разницей во времени прохож- . дени обоих сигналов рассчитывает точное местоположение течи по отношению к одному из двух соседних датчиков по формуле Ix 0 -1 с)/2,

5 где 1Х рассто ние до течи;

I - базовое рассто ние между преобразовател ми;

т- временна задержка сигналов; с - скорость распространени звука дл конкретного испытуемого,трубопровода.

По третьей линии III кабел 5 св зи также подаетс питание к датчикам через разделительный фильтр (не изображен).

Предлагаемое устройство позвол ет обнаруживать течи меньших размеров за счет повышени предельной чувствительности. Порог чувствительности ультразвукового контактного переносного течеискател ТУКП-1, в котором реализован коррел ционный метод, составл ет 6,12 л/ч, по прото- типу - 25 л/ч,

Повышение предельной чувствительности позвол ет увеличить базовое рассто ние между датчиками, что приведет к удешевлению устройства за счет сокраще- ни количества датчиков. Кроме того, в случае контрол герметичности нефтепроводов уменьшаютс вредные экологические последстви от выхода нефти в окружающую среду и сокращаютс потери нефти.

Предлагаемое устройство позвол ет оп- редел ть местоположение течи в трубопроводе с точностью ±0,2 м, а точность определени местоположени течи по прототипу составл ет ±1-3 м. Повышение точ- ности определени местоположени течи приведет к сокращению времени устранени течей и затрат, св занных с ремонтом повреждений трубопровода.

В предлагаемом устройстве возможен также смешанный режим работы без изменени схемы, при котором контроль наличи течи (обнаружение течи) осуществл етс по амплитудному методу, а определение местоположени течи - по методу взаимной коррел ции, что позволит увеличить скорость опроса датчиков, но при этом предельна чувствительность обнаружени будет такой же, как и в прототипе.

Claims

Формула изобретени

Устройство непрерывного контрол герметичности трубопровода, содержащее датчики, каждый из которых состоит из последовательно соединенных акустиче

ского приемного преобразовател , предварительного усилител , коммутатора и блока управлени коммутатором, а также трехлинейный кабель св зи, к первой линии которого , соединенной с блоками управлени коммутаторов, подключен выход коммутации датчиков микроконтроллера,а к второй линии кабел св зи, соединенной с коммутатором , последовательно подключены аттенюатор с цифровым управлением, вход управлени которого соединен с выходом управлени микроконтроллера, блок предварительной обработки и полосовой фильтрации , измеритель среднего квадратичного напр жени и аналого-цифровой преобразователь , выход которого соединен с шиной данных микроконтроллера, а к линии аварийной сигнализации последнего подключен блок линейной телемеханики, отличающеес тем, что, с целью повышени предельной чувствительности обнаружени и точности определени местоположени течи, оно снабжено коррел тором, а также последовательно соединенными дополнительным аттенюатором с цифровым управлением , вход которого подключен к третьей линии кабел св зи, а вход управлени соединен с выходом управлени микроконтроллера , дополнительным блоком предварительной обработки и полосовой фильтрации и дополнительным коммутатором , рабочие входы которого соединены с выходами блоков предварительной обработки , вход управлени соединен с выходом микроконтроллера, а выход - с входом измерител среднего квадратичного напр жени , причем входы коррел тора подключены к выходам блоков предварительной обработки, а вход управлени и выходы коррел ционной функции и времени задержки соединены с шиной данных микроконтроллера , при этом нечетные датчики подключены коммутаторами к второй, а четные - к третьей лини м кабел св зи.