СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАЛИЧИЯ И ЭКВИВАЛЕНТНОГО РАДИУСА ДЕФЕКТА В ИЗОЛЯЦИОННОМ ПОКРЫТИИ ПОДЗЕМНОГО СООРУЖЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2000 года по МПК F16L58/00 

Изобретение относится к области защиты подземных сооружений от коррозии и может быть использовано при определении наличия и характера дефектов в изоляционном покрытии подземных сооружений, например подземных трубопроводов.

Для оценки новизны и изобретательского уровня первого из двух заявленных объектов изобретения рассмотрим ряд известных технических средств аналогичного назначения.

Известны способы определения дефектов в изоляционном покрытии трубопровода, основанные на измерении параметров электрического поля, заданного высокочастотным генератором при помощи приемника с направленной антенной (см. Руководство по эксплуатации средств противокоррозионной защиты подземных трубопроводов. М.: Мингазпром, ВНИИГАЗ, 1986, стр. 39-62).

Эти способы позволяют определить наличие дефекта в изоляционном покрытии подземного сооружения, но не позволяют определить его геометрические размеры, что является весьма важной информацией для определения характера аварийной ситуации, ее возможного развития и методов ее устранения.

Наиболее близким к заявленному способу является известный способ определения дефектов в изоляционном покрытии подземных сооружений, заключающийся в том, что измеряют напряжение между двумя электродами сравнения, потенциал "подземное сооружение-земля" с омической составляющей и поляризационный потенциал "подземное сооружение-земля" (см. В. Бекман. Катодная защита. - М: Металлургия, 1992, стр. 122, рис. 81).

Теоретическая основа данного способа состоит в том, что потенциал "подземное сооружение-земля" состоит из трех составляющих
U_ein=U_aus+U_ir,
где V_ein - потенциал "подземное сооружение-земля" с омической составляющей, В;
U_aus - поляризационный потенциал "подземное сооружение-земля", В;
U_ir - омическая составляющая потенциала "подземное сооружение-земля", В.

Определение эквивалентного радиуса дефекта в изоляционном покрытии подземного сооружения производится по формуле
Ro = 1,74ΔU/(Uein-Uaus),
где R₀ - эквивалентный радиус дефекта в изоляционном покрытии, м;
Δ U - разность потенциала между двумя медно-сульфатными электродами сравнения, В.

По наибольшему количеству сходных признаков и достигаемому при использовании результату данное техническое решение выбрано в качестве прототипа заявленного способа.

Серьезной технической проблемой при реализации данного способа является невозможность синхронного измерения требуемых для расчета эквивалентного радиуса дефекта величин Δ U, U_ein и U_aus, так как U_ein измеряется при включенной катодной защите подземного сооружения, а U_aus - при отключенной катодной защите, в момент, когда Δ U не измеряется. Другим недостатком этого способа является невозможность проверки точности измерений U_ein и U_aus.

Для оценки новизны и изобретательского уровня второго заявленного объекта изобретения рассмотрим известные технические средства аналогичного назначения.

Наиболее близким к заявленному устройству по своей технической сущности является устройство, содержащее измерительные каналы, входы одного из которых соединены с двумя электродами сравнения, а входы другого соединены с электродом сравнения и контрольным проводником от подземного трубопровода (см. В.Бекман. Катодная защита. - М.: Металлургия, 992, стр. 122, рис. 81).

По наибольшему количеству сходных признаков и достигаемому при использовании результату данное техническое решение выбрано в качестве прототипа заявленного устройства.

Недостатками прототипа, не позволяющими достичь поставленной нами цели, является низкая точность определения эквивалентного радиуса дефекта в изоляционном покрытии трубопровода, обусловленная вышеуказанными недостатками реализуемого способа измерений.

Задачей изобретения является повышение точности определения эквивалентного радиуса дефекта в изоляционном покрытии подземного сооружения.

Сущность первого самостоятельного объекта заявляемого изобретения выражается в следующей совокупности существенных признаков, достаточной для достижения указанного выше технического результата.

Согласно изобретению способ определения наличия и эквивалентного радиуса дефекта в изоляционном покрытии подземного сооружения, заключающийся в том, что измеряют напряжение между двумя электродами сравнения, потенциал "подземное сооружение-земля" с омической составляющей и поляризационный потенциал "подземное сооружение-земля", характеризуется тем, что дополнительно синхронно измеряют омическую составляющую потенциала "подземное сооружение-земля", сравнивают измеренное значение омической составляющей потенциала "подземное сооружение-земля" с разностью между потенциалом "подземное сооружение-земля" с омической составляющей и поляризационным потенциалом "подземное сооружение-земля", выбирают значение омической составляющей потенциала "подземное сооружение-земля", имеющее минимальное отклонение от сравниваемых величин, после чего на основе окончательно выбранного значения омической составляющей потенциала "подземное сооружение-земля" определяют размеры радиуса эквивалентного дефекта в изоляционном покрытии подземного сооружения.

В этом заключается совокупность существенных признаков первого самостоятельного объекта заявленного изобретения, обеспечивающая получение технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.

Сущность второго самостоятельного объекта заявляемого изобретения выражается в следующей совокупности существенных признаков, достаточной для достижения указанного выше технического результата.

Согласно изобретению устройство для определения наличия и эквивалентного радиуса дефекта в изоляционном покрытии подземного сооружения, содержащее измерительные каналы для синхронного измерения электрических параметров, входы одного из которых соединены с двумя электродами сравнения, а входы другого соединены с электродом сравнения и контрольным проводником от подземного сооружения, характеризуется тем, что каждый измерительный канал снабжен интегратором, ключом, двумя синхронными детекторами, генератором тактовых импульсов, сумматором, двумя преобразователями напряжение - частота, двумя элементами оптической развязки, при этом устройство дополнительно снабжено датчиком потенциала, выходным устройством для контроля и передачи информации, включающим коммутатор, измерительный прибор, запоминающее устройство и разъем для соединения устройства с внешним компьютером, при этом входы интегратора, ключа и первого синхронного детектора первого канала соединены с первым электродом сравнения, вход второго синхронного детектора первого канала соединен со вторым электродом сравнения, причем другие входы синхронных детекторов в каждом канале соединены с выходом генератора тактовых импульсов, другой выход которого соединен со входом ключа, а выходы синхронных детекторов соединены со входами сумматора, выход которого соединен со входом первого преобразователя напряжение-частота, один вход сумматора соединен с входом второго преобразователя напряжение-частота, выходы которых соединены с элементами оптической развязки, кроме того первый вход интегратора второго канала соединен с подземным сооружением, второй вход интегратора второго канала соединен с выходом ключа, датчиком потенциала и входом первого синхронного детектора второго канала, вход второго синхронного детектора второго канала соединен со вторым электродом сравнения, а вход первого синхронного детектора третьего канала соединен с подземным сооружением, вход второго синхронного детектора третьего канала соединен со вторым электродом сравнения, один из входов и выход сумматоров всех измерительных каналов соединены со входами коммутатора выходного устройства, выход которого соединен с измерительным прибором, выходы элементов оптической развязки измерительных каналов соединены с входами запоминающего устройства, выход которого снабжен разъемом для связи с внешним компьютером.

Заявленное техническое решение является новым, так как характеризуется наличием новой совокупности признаков, отсутствующей во всех известных нам объектах техники аналогичного назначения.

Непосредственный технический результат, который может быть получен при реализации заявленной совокупности признаков, заключается в том, что все измерения проводятся при включенной катодной защите подземного сооружения, в момент, когда напряжение между датчиком потенциала и подземным сооружением равно нулю, что позволяет более точно измерить составляющие потенциала "подземное сооружение-земля" и максимально точно определить эквивалентный радиус выявленного дефекта.

Получение упомянутого технического результата обеспечивает появление у объекта изобретения в целом ряда новых полезных свойств, а именно повышение точности определения эквивалентного радиуса выявленного дефекта в изоляционном покрытии подземного сооружения.

Указанное позволяет признать заявленное техническое решение соответствующим критерию "изобретательский уровень".

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлена блок-схема заявленного устройства, на фиг. 2 представлены диаграммы, поясняющие характер синхронно измеряемых устройством напряжений.

Устройство 1 содержит измерительные каналы 2, 3, 4 для синхронного измерения электрических параметров, электроды сравнения Э1, Э2, датчик потенциала D, контрольный проводник от размещенного в земле 3 подземного сооружения, например трубопровода T, каждый канал 2, 3, 4 содержит интегратор 5, ключ 6, два синхронных детектора 7, 8, генератор тактовых импульсов 9, сумматор 10, два преобразователя напряжение-частота 11, 12, два элемента оптической развязки 13, 14, выходное устройство для контроля и передачи информации 15, содержащее коммутатор 16, измерительный прибор 17, запоминающее устройство 18, и разъем 19 для соединения устройства с внешним компьютером. Входы интегратора 5, ключа 6, синхронного детектора 7 первого канала 2 соединены с первым электродом сравнения Э1, другие входы синхронных детекторов 7, 8 в каждом канале соединены с выходом генератора тактовых импульсов 9, другой выход которого соединен с входом ключа 6, а выходы синхронных детекторов 7, 8 соединены с входами сумматора 10, выход которого соединен с входом первого преобразователя напряжение-частота 11, один вход сумматора 10 соединен с входом второго преобразователя напряжение-частота 12, выходы которых соединены с элементами оптической развязки 13, 14. Первый вход интегратора 5 второго канала 3 соединен с подземным сооружением T, второй вход интегратора 5 второго канала 3 соединен с выходом ключа 6, датчиком потенциала D и входом первого синхронного детектора 7 второго канала 3, вход второго синхронного детектора 8 второго канала 3 соединен со вторым электродом сравнения Э2, а вход первого синхронного детектора 7 третьего канала 4 соединен с подземным сооружением T, вход второго синхронного детектора 8 третьего канала 4 соединен со вторым электродом сравнения Э2, один из входов и выход сумматоров 10 всех измерительных каналов соединены со входами коммутатора 16 выходного устройства 15, выход которого соединен с измерительным прибором 17, выходы элементов оптической развязки 13, 14 всех измерительных каналов соединены с входами запоминающего устройства 18, выход которого снабжен разъемом 19 для связи с внешним компьютером.

Устройство, реализующее заявленный способ, работает следующим образом. Все измерения производятся при включенной катодной защите, при измерениях каналом 2 устройства 1 потенциала Δ U между электродами сравнения Э1, Э2, напряжение от них поступает на входы синхронных детекторов 7, 8, с выхода которых сигналы поступают на вход сумматора 10, с выхода которого напряжение Δ U поступает на вход преобразователя напряжение-частота, с выхода которого сигнал поступает на вход элемента оптической развязки 13, с выхода которого сигнал поступает на входы запоминающего устройства 18.

При измерениях каналом 3 устройства 1 поляризационного потенциала "подземное сооружение-земля" U_aus и омической составляющей "потенциала подземное сооружение-земля" U_ir, напряжение от датчика потенциала D поступает на вход синхронного детектора 7 и инвертирующий вход интегратора 5, на неинвертирующий вход которого поступает напряжение от трубопровода T, в результате на выходе интегратора 5 устанавливается такое напряжение, при котором напряжение между датчиком потенциала D и трубопроводом T равно нулю. При этом датчик потенциала D под действием тока катодной защиты поляризуется, генератор тактовых импульсов 9 управляет работой ключа 6 и работой двух синхронных детекторов 7, 8, при этом, когда ключ 6 закрыт, синхронные детекторы 7, 8 открыты, в это время происходит измерение напряжения между датчиком потенциала D и электродом сравнения Э2, напряжение с выхода синхронных детекторов 7, 8 поступает на входы сумматора 10, на один из входов поступает напряжение, равное омической составляющей потенциала "подземное сооружение-земля" U_ir, а на выход - поляризационный потенциал "подземное сооружение-земля" U_aus. Эти напряжения поступают на входы преобразователей напряжение-частота 11, 12, с выхода которых сигналы поступают на входы элементов оптической развязки 13, 14, с выхода которых сигналы поступают на входы запоминающего устройства 18.

При измерениях каналом 4 устройства 1 потенциала "подземное сооружение-земля" с омической составляющей U_ein, напряжение от электрода сравнения Э2 поступает на вход синхронного детектора 7, напряжение от трубопровода T поступает на вход синхронного детектора 8, с выходов синхронных детекторов 7, 8 напряжение поступает на вход сумматора 10, с выхода которого поступает на вход преобразователя напряжение-частота, с выхода которого сигнал поступает на вход элемента оптической развязки 13, с выхода которого сигнал поступает на вход запоминающего устройства 18.

Диаграммы, поясняющие изменение синхронно измеряемых устройством напряжений, показывают, что U_ir = U_ein-U_aus. В этом случае омическая составляющая потенциала "подземное сооружение-земля" U_ir контролируется по формуле U_ir = U_ein-U_aus, а расчет эквивалентного радиуса дефекта в изоляционном покрытии трубопровода производится по формуле R₀ = 1,74 Δ U/(U_ein-U_aus).

Все измеренные величины контролируются при помощи коммутатора 16 выходного устройства 15 и измерительным прибором 17. Расчет эквивалентного радиуса дефекта в изоляционном покрытии производится при помощи внешнего компьютера, присоединенного к разъему 19.

Возможность промышленного применения заявленного технического решения подтверждается успешными испытаниями опытного образца заявленного устройства.

Использование заявленного решения по сравнению со всеми известными средствами аналогичного назначения обеспечивает существенное повышение точности определения эквивалентного радиуса выявленного дефекта в изоляционном покрытии подземного сооружения.

Изобретение относится к защите подземных сооружений от коррозии и может быть использовано при определении дефектов в изоляционном покрытии подземных сооружений, например подземных трубопроводов. Все измерения производятся при включенной катодной защите. Измеряют напряжение между двумя электродами сравнения, потенциал "подземное сооружение-земля" с омической составляющей и поляризационный потенциал "подземное сооружение-земля". Дополнительно синхронно измеряют омическую составляющую потенциала "подземное сооружение-земля", сравнивают измеренное значение омической составляющей потенциала "подземное сооружение-земля" с разностью между потенциалом "подземное сооружение-земля" с омической составляющей и поляризационным потенциалом "подземное сооружение-земля", выбирают значение омической составляющей потенциала "подземное сооружение-земля", имеющее минимальное отклонение от сравниваемых величин, после чего определяют размеры радиуса эквивалентного дефекта в изоляционном покрытии подземного сооружения. Обеспечивает повышение точности определения эквивалентного радиуса выявленного дефекта в изоляционном покрытии подземного сооружения, например трубопровода. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ определения наличия и геометрических размеров дефектов в изоляционном покрытии подземных сооружений, заключающийся в том, что измеряют напряжение между двумя электродами сравнения, потенциал "подземное сооружение-земля" с омической составляющей и поляризационный потенциал "подземное сооружение-земля", отличающийся тем, что дополнительно синхронно измеряют омическую составляющую потенциала "подземное сооружение-земля", сравнивают измеренное значение омической составляющей потенциала "подземное сооружение-земля" с разностью между потенциалом "подземное сооружение-земля" с омической составляющей и поляризационным потенциалом "подземное сооружение-земля", выбирают значение омической составляющей потенциала "подземное сооружение-земля", имеющее минимальное отклонение от сравниваемых величин, после чего на основе окончательно выбранного значения омической составляющей потенциала "подземное сооружение-земля" определяют размеры радиуса эквивалентного дефекта в изоляционном покрытии подземного сооружения. 2. Устройство для определения наличия и геометрических размеров дефектов в изоляционном покрытии подземных сооружений, содержащее измерительные каналы для синхронного измерения электрических параметров, входы одного из которых соединены с двумя электродами сравнения, а входы другого соединены с электродом сравнения и контрольным проводником от подземного сооружения, отличающееся тем, что каждый измерительный канал снабжен интегратором, ключом, двумя синхронными детекторами, генератором тактовых импульсов, сумматором, двумя преобразователями напряжение - частота, двумя элементами оптической развязки, при этом устройство дополнительно снабжено датчиком потенциала, выходным устройством для контроля и передачи информации, включающим коммутатор, измерительный прибор, запоминающее устройство и разъем для соединения устройства с внешним компьютером, при этом входы интегратора, ключа и первого синхронного детектора первого канала соединены с первым электродом сравнения, вход второго синхронного детектора первого канала соединен со вторым электродом сравнения, причем другие входы синхронных детекторов в каждом канале соединены с выходом генератора тактовых импульсов, другой выход которого соединен со входом ключа, а выходы синхронных детекторов соединены со входами сумматора, выход которого соединен со входом первого преобразователя напряжение - частота, один вход сумматора соединен с входом второго преобразователя напряжение - частота, выходы которых соединены с элементами оптической развязки, кроме того, первый вход интегратора второго канала соединен с подземным сооружением, второй вход интегратора второго канала соединен с выходом ключа, датчиком потенциала и входом первого синхронного детектора второго канала, вход второго синхронного детектора второго канала соединен со вторым электродом сравнения, а вход первого синхронного детектора третьего канала соединен с подземным сооружением, вход второго синхронного детектора третьего канала соединен со вторым электродом сравнения, один из входов и выход сумматоров всех измерительных каналов соединены со входами коммутатора выходного устройства, выход которого соединен с измерительным прибором, выходы элементов оптической развязки измерительных каналов соединены с входами запоминающего устройства, выход которого снабжен разъемом для связи с внешним компьютером.