СПОСОБ КОНТРОЛЯ ГЕРМЕТИЧНОСТИ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТЫ МЕСТА ТЕЧИ В ПРОДУКТОПРОВОДЕ Российский патент 2002 года по МПК G01M3/24 F17D5/06 

Изобретение относится к области испытательной техники и может быть использовано для испытания трубопроводов на герметичность и обнаружение координаты места течи в нем.

Известен способ контроля герметичности продуктопроводов, заключающийся в регистрации превышения акустического излучения над шумами в одной точке продуктопровода, по которому первоначально регистрируют превышение акустического излучения над шумами в низкочастотной области, затем на более высоких частотах и фиксируют наибольшую частоту, при которой акустическое излучение утечки превышает шумы, а расстояние до места течи определяют по предварительно испытанным для данного продуктопровода зависимостям частотных компонентов акустического излучения от расстояния до течи при соответствующей фиксированной частоте [1].

Недостатком известного способа [1] является необходимость проведения множества замеров на различных частотах. Это приводит к значительным затратам времени, трудоемкости и большим погрешностям при измерении координаты места течи.

Известен способ контроля герметичности и определения координаты места течи в продуктопроводе [2] , принятый за прототип, заключающийся в приеме акустических сигналов в двух точках по длине продуктопровода, обнаружении течи и последующей корреляционной обработке принятых акустических сигналов, в результате которой определяют разность времен прихода акустических сигналов и координату места течи.

Недостатком данного способа является малая длина контролируемой области продуктопровода и невозможность его применения в условиях наличия дискретных помех от технических объектов, окружающих или пересекающих продуктопровод.

Задачей данного изобретения является расширение области применения способа контроля герметичности магистральных продуктопроводов, коммуникаций перекачивающих насосов на компрессорных станциях и переходов продуктопроводов под автомобильными и железными дорогами и других технических объектов, а также увеличение длины контролируемой области и повышения точности определения координаты места течи в продуктопроводе.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе контроля герметичности и определения координаты места течи в продуктопроводе, заключающемся в приеме акустических сигналов в двух точках по длине продуктопровода, обнаружения течи и последующей корреляционной обработке принятых акустических сигналов, в результате которой определяют разность времен прихода акустических сигналов и координату места течи, прием акустических сигналов в двух точках по длине продуктопровода проводят в диапазоне частот f₁, удовлетворяющему математическому соотношению:
f₁<RC/0,61, (1)
где R - радиус продуктопровода;
С - скорость звука в материале продуктопровода,
при этом перед корреляционной обработкой принятых акустических сигналов проводят режектирование дискретных составляющих в каждом из сигналов с последующим спектральным анализом последних, и из полученных спектров сигналов выделяют долговременные спектральные составляющие, длительностью превышающие 30 секунд и с амплитудой, превышающей фон на 3...6 дБ, и по данным спектральным составляющим судят о наличии течи.

Кроме того, проводят предварительно прием акустических сигналов в двух точках по длине продуктопровода в отсутствии течи, затем запоминают параметры полученных сигналов, непрерывно обновляя результаты измерений, и принимают их за фон при обнаружении течи.

Кроме того, проводят дополнительный прием акустических сигналов в третьей точке по длине продуктопровода, производят их спектральный анализ и выделяют спектральные составляющие, соответствующие спектру колебаний перекачивающих насосов на компрессорных станциях продуктопровода, а режектирование дискретных составляющих в каждом из первых двух сигналов проводят с учетом полученных спектральных составляющих, соответствующих спектру колебаний перекачивающих насосов на компрессорной станции продуктопровода.

Дополнительный прием акустических сигналов в третьей точке по длине продуктопровода проводят вблизи компрессорной станции, преимущественно на трубопроводе обвязки.

При этом дополнительный прием акустических сигналов в третьей точке по длине продуктопровода проводят на расстоянии R_доп от перекачивающего насоса компрессорной станции, удовлетворяющем математическому соотношению:
R_доп/R_осн<1/10, (2)
где R_оcн - расстояние от компрессорной станции до точки приема второго акустического сигнала.

Кроме того, проводят дополнительный прием акустических сигналов в точке, не связанной с продуктопроводом, производят спектральный анализ принятых сигналов, а режектирование дискретных составляющих в каждом из принятых сигналов проводят с учетом составляющих, соответствующих спектру колебаний окружающих или пересекающих продуктопровод технических объектов.

Прием акустических сигналов в двух точках по длине продуктопровода проводят в диапазоне f₁, удовлетворяющему математическому соотношению f₁<RC/0,61 и для частот f₂, лежащих в диапазоне
f₂<<RC/0,61, (3)
Сущность способа основана на том, что звуковые волны распространяются практически без ослабления в узких трубах [3], для которых справедливо неравенство (1). Причем, если справедливо также неравенство (3), то на распространение звуковой волны не влияют изгибы продуктопровода [3]. Это позволяет использовать способ для значительных расстояний между точками приема акустических сигналов по длине продуктопровода. При этом в зону контроля могут попадать самые различные технические объекты и как источники шума препятствовать выявлению присутствия течи и нахождению ее координаты. Предлагаемый способ позволяет исключить или свести влияние данных факторов к минимуму.

На чертеже приведена схема реализации способа в условиях присутствия технических объектов вблизи продуктопровода как мешающий фактор для измерения координаты места течи продуктопровода.

Устройство для реализации способа включает в себя магистральный продуктопровод 1, пьезоэлектрические датчики 2, 3, 4, 5, выходы которых подключены к блоку 6 обработки сигналов и через него к регистратору 7.

Пьезоэлектрические датчики 2, 3 - основные, они контролируют появление течи 8 между ними. Датчики 4, 5 - вспомогательные, служат для компенсации помех от технических объектов, например от перекачивающих насосов 9 компрессорной станции и от поезда 10, проходимого над продуктопроводом 1.

Датчик 4 расположен на расстоянии R_доп от перекачивающего насоса 9 компрессорной станции, удовлетворяющему математическому соотношению (2).

Датчик 5 не связан с продуктопроводом и расположен, например, под рельсами железной дороги 11.

Способ определения координаты места течи в продуктопроводе реализуется следующим образом.

На законченных строительством или эксплуатируемых продуктопроводах проводятся контрольные измерения распределения акустических сигналов по участкам согласно представленного чертежа.

Измеренные параметры акустических сигналов от датчиков 2, 3, 4, 5 вводят в блок 6 обработки сигналов и принимают за фоновый сигнал.

Измерения распределения акустического сигнала по всей длине контролируемого продуктопровода проводят регулярно и каждый раз сверяют текущие показания фонового сигнала на каждом участке с предыдущими.

При появлении в продуктопроводе 1 течи 8 механические колебания продуктопровода, вызванные его неисправностью, в виде шумовых сигналов распространяются вдоль продуктопровода 1 в обе стороны от места течи 8 и воспринимаются пьезоэлектрическими датчиками 2 и 3. Сигналы преобразуют в электрические и усиливают. Затем их фильтруют в диапазоне частот (1) и проводят режектирование дискретных составляющих в каждом из сигналов с последующим спектральным анализом последних.

Одновременно с помощью датчика 4 проводят дополнительный прием акустических сигналов вблизи перекачивающего насоса 9 компрессорных станций, производят их спектральный анализ и выделение спектральных составляющих, соответствующих спектру колебаний перекачивающего насоса 9 продуктопровода 1. При этом режектирование дискретных составляющих в сигналах, поступающих с датчиков 2 и 3, осуществляют с учетом полученных с помощью датчика 4 дискретных спектральных составляющих, соответствующих спектру колебаний перекачивающего насоса 9 компрессорной станции.

Также одновременно с предыдущими операциями с помощью датчика 5 проводят дополнительный прием акустических сигналов в точке, не связанной с продуктопроводом 1. Проводят спектральный анализ принятых сигналов. При этом режектирование дискретных составляющих в сигналах с датчиков 2 и 3 проводят с учетом дискретных составляющих, соответствующих спектру колебаний окружающих продуктопровод 1 технических объектов, например поезда 10.

Если между датчиками 2 и 3 имеется изгиб продуктопровода 1, фильтрация сигналов проводится в диапазоне частот (3).

Все описанные операции осуществляются в блоке 6 обработки сигналов на стандартных блоках известными способами.

Появление течи 8 в продуктопроводе 1 приводит к появлению в акустических сигналах, принимаемых датчиками 2 и 3, долговременных спектральных составляющих, длительностью превышающих 30 секунд, и с амплитудой, превышающей фон на 3. . .6 дБ. То есть регистрация подобных составляющих в спектре принятых сигналов однозначно указывает на появление течи 8 в контролируемом участке продуктопровода 1. Данные результаты получены при проведении многочисленных экспериментов на действующем трубопроводе Оренбург-Газпрома. Нахождение координаты места течи 8 в продуктопроводе 1 проведен корреляционным способом [2].

В отличие от прототипа в данном способе на порядок увеличена длина контролируемой области продуктопровода и расширена область применения способа на случай контроля целостности продуктопровода вблизи различных технических объектов, например компрессорных станций и железных дорог
Источники информации
1. Патент 1651016, F 17 D 5/06, 1989.

2. Патент 1283566, G 01 М 3/24, 1985 - прототип.

3. Исакович М.И. Общая акустика - М.: Наука, 1974.

Изобретение относится к области испытательной техники и предназначено для испытания трубопроводов на герметичность и обнаружения координаты места течи в продуктопроводе. Задачей данного изобретения является расширение области применения способа контроля герметичности магистральных продуктопроводов под автомобильными и железными дорогами, а также увеличение длины контролируемой области и повышение точности определения координаты места течи в продуктопроводе. Способ заключается в приеме акустических сигналов в двух точках по длине продуктопровода, обнаружении течи и последующей корреляционной обработке принятых акустических сигналов, в результате которой определяют разность времен прихода акустических сигналов и координату места течи. Прием акустических сигналов в двух точках по длине продуктопровода проводят в диапазоне частот f₁, удовлетворяющему определенному математическому соотношению. Перед корреляционной обработкой принятых акустических сигналов проводят режектирование дискретных составляющих в каждом из сигналов с последующим спектральным анализом последних и из полученных спектров сигналов выделяют долговременные спектральные составляющие, длительностью превышающие 30 с, и с амплитудой, превышающей фон на 3-6 дБ, и по данным спектральным составляющим судят о наличии течи. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ контроля герметичности и определения координаты места течи в продуктопроводе, заключающийся в приеме акустических сигналов в двух точках по длине продуктопровода, обнаружении течи и последующей корреляционной обработке принятых акустических сигналов, в результате которой определяют разность времен прихода акустических сигналов и координату места течи, отличающийся тем, что прием акустических сигналов в двух точках по длине продуктопровода проводят в диапазоне частот f₁, удовлетворяющему математическому соотношению
f₁ <RC/0,61,
где R - радиус продуктопровода;
С - скорость звука в материале продуктопровода,
при этом перед корреляционной обработкой принятых акустических сигналов проводят режектирование дискретных составляющих в каждом из сигналов с последующим спектральным анализом последних и из полученных спектров сигналов выделяют долговременные спектральные составляющие, длительностью превышающие 30 с, и с амплитудой, превышающей фон на 3-6 дБ, и по данным спектральным составляющим судят о наличии течи. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что предварительно проводят прием акустических сигналов в двух точках по длине продуктопровода в отсутствии течи, затем запоминают параметры полученных сигналов, непрерывно обновляя результаты измерений, и принимают их за фон при обнаружении течи. 3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что проводят дополнительный прием акустических сигналов в третьей точке по длине продуктопровода, производят их спектральный анализ и выделяют спектральные составляющие, соответствующие спектру колебаний перекачивающих насосов на компрессорных станциях, а режектирование дискретных составляющих в каждом из первых двух сигналов осуществляют с учетом полученных спектральных составляющих, соответствующих спектру колебаний перекачивающих насосов на компрессорных станциях продуктопровода. 4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что дополнительный прием акустических сигналов в третьей точке по длине продуктопровода проводят вблизи компрессорной станции, преимущественно на трубопроводе обвязки. 5. Способ по п. 3, отличающийся тем, что дополнительный прием акустических сигналов в третьей точке по длине продуктопровода проводят на расстоянии R_доп от перекачивающего насоса компрессорной станции, удовлетворяющем математическому соотношению
R_доп/R_осн <1/10,
где R_осн - расстояние от компрессорной станции до точки приема второго акустического сигнала. 6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что проводят дополнительный прием акустических сигналов в точке, не связанной с продуктопроводом, производят спектральный анализ принятых сигналов, а режектирование дискретных составляющих в каждом из принятых сигналов проводят с учетом составляющих, соответствующих спектру колебаний технических объектов, окружающих или пересекающих продуктопровод. 7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно проводят прием акустических сигналов в двух точках продуктопровода в диапазоне частот f₂ << RC/0,61.