УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ИЗМЕНЕНИЙ ДАВЛЕНИЯ В ТРУБОПРОВОДЕ Российский патент 1999 года по МПК G01L23/08 

Предлагаемое изобретение относится к средствам измерительной техники и может быть использовано для мгновенного бесконтактного получения информации о несанкционированных изменениях давления в трубопроводе при транспортировке нефти, газа, а также в кабельных линиях дальней связи и на протяженных коммуникациях в таких отраслях промышленности, как химическая, атомная, металлургическая.

Предполагаемое изобретение основывается на использовании объективно существующих в природе активных (физических) свойств времени, а именно:
- способности мгновений передачи через изменение плотности времени информации от происходящего энтропийного необратимого процесса к детектору, в качестве которого может быть использовано любое вещество или система, например, механическая крутильная система ("крутильные весы"), резистор в мостовой схеме Уитстона или контактная пара (спай разных металлов) [1];
- свойства времени поглощаться (экранироваться) или отражаться веществами по законам геометрической оптики [2].

Существование указанных физических свойств времени как не рассматриваемого современной физикой вида взаимодействия было экспериментально подтверждено в лабораторных условиях и натуральными измерениями [3 - 7].

Для обнаружения изменения давления газов или жидкостей в трубопроводе, а также для измерения давления в практике используются всевозможные манометрические устройства, основанные на различных принципах.

Известны радиоактивные манометрические устройства, в которых интенсивность ионизирующего излучения, проходящего через исследуемую среду, является функцией свойств среды (плотности состава и т.д.). В таких устройствах предполагается использование источника и приемника ионизирующего излучения (α-, β-, γ- излучение, нейтронное и рентгеновское излучения) [8]. Принцип измерения давления в указанных устройствах не связан с силовым воздействием среды на чувствительный элемент, что является достоинством приборов. Величина тока, измеренного с помощью высокочувствительного усилителя, пропорциональна плотности или абсолютному давлению газа. Однако радиоактивные манометрические устройства имеют ряд недостатков, к числу которых следует отнести невозможность оперативного обнаружения изменения давления на участках трубопровода, удаленных от места расположения детектора, а также невозможность применения радиоактивного манометрического устройства на реальных действующих трубопроводах, транспортирующих жидкие или газообразные продукты, имеющие обычно переменные значения таких параметров, как температура, химический состав, содержание механических примесей, влажность. Кроме того, к недостаткам радиоактивных манометрических устройств следует отнести сложность выполнения измерений, которая обусловлена необходимостью применения оператором радиоактивных изотопов, а также ограниченный диапазон измерений.

Известны также следующие виды манометров: жидкостные (U-образные, колокольные, компрессионные), грузопоршневые, деформационные (мембранные, сильфонные, тубчатопружинные), электрические (емкостные, пьезоэлектрические, сопротивления), термокондуктометрические (терморезистивные, термоэлектрические), а также комбинированные. Манометры устанавливаются, как правило, вблизи точек отбора давления в местах, удобных для обслуживания [9]. У этих манометрических устройств отсутствует часть недостатков, присущих радиоактивным манометрическим устройствам, однако общими недостатками, характеризующими указанные виды манометрических устройств, являются:
- локальность измерений;
- необходимость контакта чувствительного элемента с измеряемой средой, которая может оказывать агрессивное тепловое, вибрационное и т.п. воздействие на чувствительный элемент;
- малый диапазон измерений;
- низкая чувствительность.

Все это приводит к ограниченности эксплуатационных возможностей.

Известен датчик давления [10], который содержит цилиндрический элемент, выполненный в виде упругой трубки с комбинированным отверстием. На цилиндрический элемент намотано световолокно, включенное в интерферометр, а полость трубки сообщена с источником измеряемого давления. Датчик предназначен для измерения флуктуаций давления газа или жидкости в системах с большим диапазоном изменения давления, однако обладает общим с описанными выше датчиками недостатком - локальностью измерения.

Наибольшее распространение в области контроля изменения давления при транспортировке нефти, газа получили деформационные, в частности пружинные манометры, которые монтируются на конце линии отбора давления. Схема такого устройства для обнаружения изменения давления II, наиболее близкого к предлагаемому, содержит трубопровод, в который в точке отбора вварен штуцер. Штуцер через запорный вентиль соединен с отборной трубкой, на конце которой установлен трехходовой кран, соединенный с измерительным прибором - манометром.

Недостатком известного устройства является необходимость контакта чувствительного элемента (пружины Бурдона) с измеряемой средой, оказывающей на него неблагоприятное воздействие. Кроме того, в таком устройстве имеет место инерционность в фиксировании изменения давления, возрастающая с увеличением расстояния от места изменения давления до места расположения манометра.

Предлагаемым изобретением решается задача быстрого обнаружения информации о событии, связанном с изменением давления в трубопроводе и произошедшем в отдалении от места расположения детектора при одновременном повышении эксплуатационных возможностей, надежности и чувствительности измерений.

Для достижения этого технического результата в устройстве для обнаружения изменений давления в трубопроводе, содержащем узел отбора, для подведения жидкости или газа к детектору состоящий из штуцера, сочлененного с внутренним пространством трубопровода, запорного органа, соединяющего штуцер с отборной трубкой, а также измерительный прибор, узел отбора расположен в начале или конце трубопровода. Свободный конец отборной трубки заглушен и окружен экраном, в котором имеется отверстие. Напротив того отверстия располагается отверстие экранированного блока, внутри которого под отверстием смонтирован детектор, соединенный с измерительным прибором, расположенным за пределами экранированного блока. Детектор может быть соединен с измерительным прибором через измерительную схему, элементы которой для защиты от влияния информации, не подлежащей контролю, экранированы от детектора и от окружающей среды.

Для обеспечения стабильной работы детектора и связанной с ним измерительной схемы отверстие экранированного блока должно быть загерметизировано.

Отличительными признаками предлагаемого изобретения от указанного выше известного устройства для обнаружения изменения давления, оснащенного пружинным манометром, является наличие заглушенного конца на отборной трубке. Благодаря этому исключается контакт между чувствительным элементом измерительного прибора и измеряемой средой в полости трубопровода и обеспечивается отбор, направление, подведение и мгновенная передача внутритрубной информации к детектору, соединенному с измерительным прибором. Расположение узла отбора в начале или конце трубопровода дает возможность обнаруживать изменение давления жидкости или газа на любом участке трубопровода на всем его протяжении. Установка экранов вокруг заглушенного конца отборной трубки и вокруг детекторного блока защищает заглушенный конец отборной трубки и детектор от помех, обусловленных воздействием посторонних необратимых энтропийных процессов, например тепловых, изменения концентрации пыли в атмосфере, влажности атмосферы, химических компонентов и т.п. Вместе с тем наличие окон в упомянутых экранах и их взаимное расположение обеспечивает беспрепятственное прохождение внутритрубной информации к детектору. В том случае, когда детектор соединен с измерительным прибором через измерительную схему, экранирование элементов схемы от детектора препятствует их взаимному обмену информацией. Герметизация экранированного блока с детектором обеспечивает стабильную работу детектора и измерительной схемы.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображены:
на фиг. 1 - принципиальная схема устройства для обнаружения изменений давления в трубопроводе;
на фиг. 2 - пример выполнения экранированного детекторного блока в разрезе;
на фиг. 3 - конструкция экранированного детекторного блока, в котором детектор соединен с измерительным прибором через измерительную схему в разрезе.

Устройство для обнаружения изменений давления в трубопроводе (фиг. 1) содержит трубопровод 1, в котором в точке отбора смонтирован узел отбора, представляющий собой штуцер 2, вваренный в трубопровод 1, и запорный орган, например, вентиль 3, соединяющий штуцер 2 с отборной трубкой 4, один конец которой связан таким образом с внутренним пространством трубопровода 1, а другой конец отборной трубки 4 заглушен. Заглушенный конец отборной трубки 4 окружен экраном 5, выполненным, например, из листового алюминия толщиной 2 - 4 мм. В экране 5 имеется отверстие 6, предназначенное для прохождения внутритрубной информации к детектору 7, который смонтирован внутри экранированного блока 8 под отверстием 9, обеспечивающим вместе с отверстием 6 доступ информации к детектору 7. Отверстие 9 экранированного блока 8 загерметизировано с внутренней и внешней сторон, например, при помощи самоклеящейся полимерной пленки 10. Детектор 7 соединен с измерительным приором 11, расположенным за пределами экранированного блока 8.

Весьма существенным для работы предлагаемого устройства для обнаружения изменений давления в трубопроводе является подбор материала отборной трубки 4, что связано с выявленной и экспериментально подтвержденной возможностью экранирования информации вследствие того, что плотность времени, переносящая информацию, ослабляется при взаимодействии с веществом [1], [3]. Например, стальной лист толщиной более 6 мм полностью экранирует информацию от энтропийного процесса, а кирпич полностью экранирует информацию при его толщине, равной 2 - 3 см. Руководствуясь указанным свойством плотности времени, на газопроводе с давлением газа до 75 кгс/см² может быть использована, например, тонкостенная трубка из красной меди диаметром 10 х 8 мм или, например, высоконапорная трубка из резино-тканевого материала, пропускающая через себя информацию из внутритрубного пространства.

В качестве конкретного примера выполнения экранированного детекторного блока 8 можно привести конструкцию, представленную на фиг. 2, где в качестве детектора 7 использован один из спаев двух металлов: олова и меди в дифференциальной контактной паре. Электроконтактная пара состоит из двух встречных спаев 12, 13 "олово-медь", размещенных в экранирующей трубке 14 из алюминия или плотного картона, торцы которой закрыты колпачками 15, 16, изготовленными как и трубка 14 из алюминия или картона. Спаи 12, 13 отделены друг от друга экранирующей, например картонной, перегородкой 17 с отверстием 18, предназначенным для выравнивания температуры спаев 12 и 13. Напротив спая 12, выполняющего роль детектора 7 (фиг. 1), расположено отверстие 9 для прохождения информации. Под воздействием информации в спае 12 происходит изменение структуры его вещества, в цепи возникает электрический ток, который усиливается и регистрируется вторичным прибором 11, в качестве которого могут быть использованы, например, фотокомпенсационный микровольтмикроамперметр Ф116/1 или зеркальный гальванометр типа М17/2.

Конкретным примером выполнения экранированного детекторного блока 8, соединенного с измерительным прибором 11 через измерительную схему, представляющую собой, например, измерительный мост Уитстона, является конструкция, изображенная на фиг. 3. Детектор 7 являющийся одним из резисторов моста Уитстона, а также остальные резисторы моста 19, 20, 21, образующие измерительную схему, и соединяющие их провода 22 размещены внутри цилиндрического экрана, образованного тремя вставленными друг в друга алюминиевыми трубками 23, 24, 25, между которыми расположены изолирующие втулки 26, 27. Противоположные торцы цилиндрического экрана закрыты алюминиевыми колпачками 28, 29, плотно прилегающими к торцам алюминиевых трубок 23, 24, 25. В одном из колпачков 28 напротив детектора 7 выполнено отверстие 9 для прохождения внутритрубной информации к детектору 7, загерметизированное с внутренней и внешней стороны самоклеящейся пленкой 10. Все провода 22 измерительного моста Уитстона помещены в оплеточные алюминиевые экраны 30. На выходе из экранированного детекторного блока 8 провода 22 загерметизированы герметиком 31. Промежутки между проводами 22, имеющиеся вдоль всего детекторного блока, способствуют выравниванию температуры воздуха внутри замкнутого объема детекторного блока 8. К одной из диагоналей моста Уитстона подключен источник 32 постоянного тока, а к другой - измерительный прибор 11.

Мостовая измерительная схема может быть собрана, например, из металлопленочных резисторов типа ОМЛТ-0,125 сопротивлением 5,6 килоом, питание схемы постоянным током напряжением 25-30 вольт может осуществляться, например, от источника постоянного тока типа Б5-29.

В качестве измерительного прибора 11 на выходе мостовой измерительной схемы может быть подключен, например, фотокомпенсационный усилитель микровольтмикроамперметр Ф-116/1. Может быть предусмотрен вывод информации на ЭВМ.

Работа устройства для обнаружения изменений давления в трубопроводе происходит следующим образом.

Перед началом работы окно 9 (фиг. 1) экранированного блока 8 с детектором 7 устанавливается напротив окна 6 экрана 5 на расстоянии, не превышающем 2 см. При дальнейшем удалении блока 8 с детектором 7 от окна 6 экрана 5 происходит резкое падение амплитуды сигнала детектора, которая обратно пропорциональна расстоянию до места расположения источника информации [2], [3]. Затем открывается вентиль 3, соединяя внутреннее пространство трубки 4 с полостью трубопровода 1. При изменении давления в трубопроводе 1, например, по причине резкого изменения отбора продукта потребителем, вследствие утечки через трещины, при порыве трубопровода и т.п. информация об этом событии мгновенном передается через изменение плотности времени по внутритрубному пространству трубопровода 1 сквозь пропускающие информацию стенки отборной трубки 4, окна 6 и 9 к детектору 7.

В случае выполнения детектора 7 в виде электроконтактной дифференциальной пары (фиг. 2) информация вызывает изменение в структуре вещества спая 12, что фиксируется измерительным прибором 11.

При соединении детектора 7 с измерительным прибором 11 через измерительную схему, представляющую собой мост Уитстона (фиг. 3) после установки детекторного блока 8 напротив окна 6 экрана 5 необходимо произвести юстировку нуля мостовой измерительной схемы как до, так и после подачи электропитания от источника постоянного тока 32. Затем открывается вентиль 3, внутренние пространства трубопровода 1 и отборной трубки 4 соединяются, а изменения давления в трубопроводе 1 мгновенно через изменение плотности времени вызывает изменение сопротивления резистора-детектора 7, и электрический сигнал с выхода измерительной схемы усиливается и фиксируется измерительным прибором 11.

Таким образом, предлагаемое устройство для обнаружения изменений давления в трубопроводе работает в режиме пассивного бесконтактного наблюдения за процессом в трубопроводе и не требует каких-либо специальных энергетических затрат, специальных монтажных работ и сооружения проводной или радиосвязи. Не требуется также и применение дорогостоящих материалов. Измерительная схема устройства проста и дает возможность обработки сигналов детектора на электронно-вычислительной машине.

Макет предполагаемого устройства для обнаружения изменений давления в трубопроводе прошел испытания в производственных условиях на технологическом продуктопроводе широкой фракции летучих углеводородов (сжиженном газе) на трассе Южно-Балакский газоперерабатывающий завод - Тобольский нефтехимический комбинат [7] , а также на газопроводе К.Р.П.Московского управления эксплуатации газопроводов "Мострансгаз", о чем свидетельствует приведенный в Приложении "Акт испытаний".

Источники информации.

1. Козырев Н.А. Время, как физическое явление. В книге "Моделирование и прогнозирование в биоэкологии". Латвийский государственный университет им. П.Стучки. Рига, 1988, с. 59-72.

2. Козырев Н.А. Астрономическое доказательство реальности четырехмерной геометрии Минковского. Сборник "Появление космических факторов на Земле и звездах". Серия "Проблемы исследования Вселенной". Вып. 9. -М.-Л.: АН СССР 1980, с. 85-93.

3. Козырев Н.А., Насонов В.В. Новый метод определения тригонометрических параллаксов на основе измерения разности между истинным и видимым положением звезды. Астрометрия и небесная механика. Серия "Проблемы исследования Вселенной". Вып. 7, -М.-Л.: АН СССР 1978, с. 168-179.

4. Лаврентьев М.М. и др. О дистанционном воздействии звезд на резистор. Докл. АН СССР. 1990, т. 314, N 2, c. 352-355.

5. Лаврентьев М.М. и др. О регистрации истинного положения Солнца. Докл. АН СССР. 1990, т. 315, N 2, с. 368-370.

6. Лаврентьев М.М. и др. О регистрации реакции вещества на внешний необратимый процесс. Докл АН СССР, 1991, т. 317, N 3, c. 635-639.

7. Забелин В.Е. Отчет по выполнению работ согласно "Договору по проведение измерений мгновенной передачи и фиксирования информации от процесса аварийного изменения давления в продуктопроводе широкой фракции летучих углеводородов. Санкт-Петербург, 1991 г. Договор на период сентябрь-декабрь 1991 г. между М.Г.П. "Агро-Тест", г. Санкт-Петербург, и Производственным объединением магистральных нефтепроводов в Западной и Северо-Западной Сибири, г. Тюмень.

8. Электрические измерения электрических и неэлектрических величин. /Под редакцией Е.С.Полищука.-Киев: 1984, с. 302.

9. Чистяков В.С. Краткий справочник по теплотехническим измерениям. -М.: Энергоатомиздат, 1990, с. 127, 140.

10. Авторское свидетельство СССР N 857766, кл. G 01 L 23/06, опубл. 1981 г.

11. Иванов Г.М. и др. Теплотехнические измерения и приборы. Учебник для теплоэнергетических специальностей вузов. -М. : 1984, с. 115. рис. 11-31 - прототип.

Использование: для мгновенного бесконтактного получения информации о несанкционированных изменениях давления в трубопроводе при транспортировке нефти, газа. Сущность: устройство содержит узел отбора, состоящий из штуцера, сочлененного с внутренним пространством трубопровода, запорный орган, соединяющий штуцер с отборной трубкой, а также измерительный прибор. Узел отбора располагается в начале или в конце трубопровода. Свободный конец отборной трубки заглушен и окружен экраном, в котором имеется отверстие. Напротив этого отверстия располагается отверстие экранированного блока, внутри которого под отверстием смонтирован детектор, соединенный с измерительным прибором, расположенным за пределами экранированного блока. Детектор может быть соединен с измерительным прибором через измерительную схему, элементы которой для защиты от влияния информации, не подлежащей контролю, экранированы от детектора и от окружающей среды. Для обеспечения стабильной работы детектора и связанной с ним измерительной, схемы отверстие экранированного блока должно быть загерметизировано. Устройство не требует применения дорогостоящих материалов, специальных энергетических затрат и монтажных работ, при этом повышаются эксплуатационные возможности, надежность и чувствительность измерений. 2 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для обнаружения изменений давления в трубопроводе, содержащее узел отбора для подведения жидкости или газа к детектору, состоящий из штуцера, сочлененного с внутренним пространством трубопровода, запорного органа, соединяющего штуцер с отборной трубкой, и измерительного прибора, отличающееся тем, что узел отбора расположен в начале или конце трубопровода, свободный конец отборной трубки заглушен и окружен экраном с отверстием, напротив которого расположено отверстие экранированного блока, внутри которого под отверстием смонтирован детектор, соединенный с измерительным прибором, расположенным за пределами экранированного блока. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что детектор соединен с измерительным прибором через измерительную схему, элементы которой экранированы от детектора и от окружающей среды. 3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что отверстие экранированного блока загерметизировано.