УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ ОЧИСТНЫХ И ДИАГНОСТИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ В ТРУБОПРОВОДЕ Российский патент 2007 года по МПК F17D5/00 

Изобретение относится к трубопроводному транспорту, в частности к эксплуатации магистральных и промысловых трубопроводов. Устройство предназначено для поиска и определения местонахождения застрявших и контроля прохождения движущихся очистных и диагностических объектов (снарядов, поршней и т.п.) в трубопроводах, находящихся над поверхностью или под поверхность суши или воды.

Известно устройство для обнаружения снаряда в трубопроводе [SU 1368053 А1, 1980, В 08 В 9/04], включающее корпус с уплотнительными манжетами, узел очистки, средство сигнализации с узлом сверления отверстий в трубопроводе и узел управления работой сверла, включающий реле времени. Сверло, электрически изолированное от корпуса устройства и стенки трубопровода и подключенное к выходу радиопередающего устройства, используется в качестве антенны, излучаемые радиосигналы которой могут приниматься передвижными постами по трассе трубопровода. Средство сигнализации содержит радиопередатчик, выход которого соединен со сверлом.

При использовании этого устройства для обнаружения снаряда в трубопроводе необходимо сверление отверстий в стенке трубопровода, вследствие чего нарушается целостность трубопровода, кроме того, конструкция устройства очень сложна.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство, предназначенное для определения местонахождения очистных и диагностических снарядов в трубопроводе [RU 2110729 C1, F 17 D 5/00], включающее передатчик, монтируемый на снаряде, и приемник с антенной для приема сигналов передатчика, располагаемый над трубопроводом. Передатчик излучает сигнал в диапазоне частот 7-11 Гц с изменяемой скважностью и содержит герметичный контейнер, в котором размещен автономный источник питания, соединенный через электронный ключ, управляемый блоком контроля напряжения питания, с модулятором, выход которого соединен с генератором, выход последнего соединен с излучающей антенной. Передатчик снабжен блоком временной задержки передачи сигналов, управляющим через схему И электронным ключом. Приемник сигнала передатчика содержит дешифратор, вход которого соединен с выходом усилителя - преобразователя, а выход - с устройством контроля и индикации.

Недостатком является то, что в прототипе питание осуществляется от автономного источника энергии, и для экономии электроэнергии передатчик снабжен дополнительным устройством - блоком временной задержки передачи сигналов (задерживает включение питания передатчика на заранее запрограммированное время), это усложняет конструкцию передатчика и не исключает использование автономного источника питания. Кроме того, для повышения надежности распознавания сигналов передатчика в прототипе введен дешифратор, который идентифицирует принимаемый сигнал передатчика по длительности и частоте импульсов, это усложняет конструкцию приемника и не исключает появление ложных сигналов из-за проникающих в приемник электромагнитных полей.

Задачей изобретения является создание устройства для определения местоположения объектов в трубопроводах, обеспечивающего надежность распознавания сигналов передатчика и помехозащищенность приемника.

Технический результат заключается в упрощении конструкции, повышении надежности работы устройства и в повышении эффективности обнаружения внутритрубных объектов в условиях внешних электромагнитных воздействий за счет исключения использования электромагнитных сигналов радиоволнового диапазона для определения местоположения объекта в трубопроводе, автономного источника электроэнергии и дополнительных средств, связанных с дешифровкой сигнала, с защитой входа приемника от электромагнитных полей и помех.

Для решения поставленной задачи предлагаемое устройство, как и прототип, содержит передатчик сигналов, устанавливаемый на контролируемом объекте, состоящий из герметичного контейнера с размещенным в нем источником сигналов, и приемник сигналов, расположенный над трубопроводом, выход приемника сигналов через преобразователь сигналов соединен с входом устройства контроля и индикации. В отличие от прототипа, источник сигналов выполнен автономным в виде капсулы с радиоактивным источником, а приемник сигналов содержит датчик радиоактивного излучения, при этом для обеспечения безопасности в случае использования в качестве передатчика сигналов нейтронного излучения капсула выполнена из двух частей, разделенных подвижной перегородкой. Одна часть капсулы заполнена радиоактивным веществом - источником альфа-излучения, а во второй части капсулы помещена мишень из материала с высоким выходом нейтронов под действием альфа-излучения.

Для обеспечения безопасности при установке и извлечении устройства из трубопровода, а также при транспортировании и хранении контейнер выполнен с азимутальной щелью и снабжен дистанционно управляемым затвором.

Поскольку наибольшую способность к проникновению через вещество имеют гамма-кванты или нейтроны, то в качестве радиоактивного источника проникающего излучения целесообразно использовать источник гамма-излучения или источник нейтронов. При этом в качестве радиоактивного источника гамма-излучения предпочтительно использовать радиоизотоп, у которого период полураспада сравним со временем прохождения объектов по трубопроводу.

Изобретение существенно упрощает конструкцию передатчика, повышает надежность его работы, так как радиоактивный источник не требует подвода энергии и отпадает необходимость в автономном источнике питания и каких-либо электрических и радиотехнических средствах. Применение в передатчике радиоактивного источника, в отличие от прототипа, исключает использование электромагнитных сигналов радиоволнового диапазона для определения местоположения объекта в трубопроводе, делает передатчик не восприимчивым к электромагнитным полям и помехам.

Также увеличивается надежность распознавания сигналов передатчика применением в приемнике датчика радиоактивного излучения, который не реагирует на электромагнитные сигналы радиоволнового диапазона, и тем самым исключается использование дополнительных средств, связанных с дешифровкой сигнала, с защитой входа приемника от электромагнитных полей и помех, что упрощает конструкцию и увеличивает надежность его работы.

Устройство иллюстрируется графическими материалами, на которых представлено:

На фиг.1 приведена схема устройства при выполнении контейнера с азимутальной щелью и дистанционно управляемым затвором.

Фиг.2 иллюстрирует выполнение источника сигнала в виде альфа-источника и мишени из вещества с высоким выходом нейтронов при облучении альфа-частицами, размещенных в отдельных частях капсулы, разделенных подвижной перегородкой.

Фиг.3 иллюстрирует пример конкретного выполнения механизма перемещения затвора, расположенного в контейнере.

Устройство включает передатчик сигналов 1, монтируемый на объекте 2 и содержащий герметичный контейнер 3 с азимутальной щелью 4, в котором размещена капсула 5 с радиоактивным источником. Щель выполнена азимутальной с тем, чтобы радиоактивное излучение от источника распространялось в плоскости щели во всех направлениях, т.е. охватывало угол в 360 градусов. При этом излучение будет гарантированно попадать в приемник, расположенный в локальном месте пространства, например над поверхностью земли, над трубопроводом. Контейнер 3, для закрытия азимутальной щели 4 и исключения выхода потока излучения 6 в нерабочем состоянии передатчика, снабжен дистанционно управляемым затвором 7. Над трубопроводом 8 расположен приемник излучения 9, содержащий датчик 10 радиоактивного излучения, через преобразователь сигналов 11 соединенный с устройством контроля и индикации 12 или с передатчиком радиосигналов. Открытие или закрытие затвора 7 осуществляется дистанционно управляемым механизмом перемещения 13.

В качестве радиоактивного источника используется источник гамма-квантов или радиоактивный источник нейтронов. Радиоактивный источник нейтронов имеет преимущество по способности проникать через вещество из-за того, что быстрые нейтроны из источника проникают на определенное расстояние, затем поглощаются веществом, например атомами водорода, с испусканием жесткого гамма-излучения, например, с энергией 2, 23 МэВ при поглощении нейтронов водорода. В качестве источника могут быть использованы источники нейтронов, например, на основе ²⁵²Cf и подобные ему.

В другом варианте выполнения радиоактивного источника нейтронного излучения (Фиг.2) капсула 5 разделена на две части 14, 15 подвижной непроницаемой для альфа-излучения перегородкой 16 с механизмом ее перемещения 17. В этом случае, в одной части 14 капсулы 5 размещают радиоактивное вещество в виде альфа-источника, в другой части 15 мишень из вещества, в котором при его облучении альфа-частицами возникает ядерная реакция с высоким выходом нейтронов, например бериллия или лития. Альфа-частицы обладают малой проникающей способностью, поэтому от них легко защититься с помощью тонких металлических экранов.

Устройство работает следующим образом. Капсулу 5 с радиоактивным источником помещают в герметичный контейнер 3, через который при закрытом затворе 7 радиоактивное излучение не может попасть в окружающее пространство. Снаряженный капсулой 5 с радиоактивным источником контейнер 3 доставляется к объекту 2 и монтируется на нем. Перед пуском объекта 2 по трубопроводу 8 затвор 7 в контейнере открывается с помощью дистанционного пульта управления и механизма его перемещения 13 и он совместно с объектом 2 движется по трубопроводу 8 и испускает радиоактивное излучение через азимутальную щель 4 и стенку трубопровода 8 в пространство над трубой. При прохождении объекта 2 мимо приемника 9, расположенного над трубой, часть радиоактивного излучения поступает на датчик 10 и преобразуется в электрический сигнал преобразователем 11. С выхода преобразователя 11 электрический сигнал поступает на устройство контроля и индикации 12 или на передатчик радиосигналов. Устройство контроля и индикации 12 выдает информацию для оператора на стрелочный или светодиодный индикаторы или в виде радиосигнала передается на общий пульт управления, где и анализируется.

Перед извлечением объекта 2 из трубопровода затвор 7 контейнера 3 закрывается с помощью дистанционного пульта управления и механизма его перемещения 13. Контейнер 3 передатчика снимается и отправляется в хранилище.

Для безопасного извлечения объекта 2 из трубопровода и упрощения конструкции затвора 7 и механизма его перемещения 13 в автономном источнике сигналов в качестве радиоактивного вещества может быть использован короткоживущий радиоизотоп гамма-излучения, у которого период полураспада сравним со временем прохождения объекта в трубопроводе. Например, для двенадцатичасовой работы в трубопроводе и с учетом времени транспортирования и монтажа на объекте может быть выбран радиоизотоп Na²⁴, у которого период полураспада равен пятнадцати часам. В этом случае, при поступлении объекта в приемный пункт радиоизотоп теряет активность, опасную для облучения персонала, и контейнер с капсулой с радиоизотопом может быть безопасно снят с объекта без закрытия затвора и отправлен к производителю радиоизотопов для приведения его вновь в активное состояние. При преждевременной остановке объекта в трубопроводе и после его обнаружения объект может извлекаться из трубопровода только по истечению времени, равного периоду полураспада радиоизотопа.

В случае прохождения трубопровода по местности, где имеется вероятность появления населения вблизи трубопровода, радиоизотоп выполняется таким, что энергия гамма-излучения и активность источника таковы, что поток гамма-излучения на поверхности трубопровода или на поверхности суши или воды вдоль трубопровода не превышает дозового предела для населения.

Устройство на Фиг.2 работает следующим образом. Пока перегородка 16 закрыта, источник не испускает наружу никакого излучения, так как альфа-излучение поглощается стенками капсулы 5 и перегородкой 16. При открытии перегородки 16 альфа-частицы из одной части 14 проникают во вторую часть 15 капсулы 5, попадают на мишень из бериллия или лития и т.п., в которой возникает ядерная реакция с образованием нейтронов. Нейтроны, благодаря большой проникающей способности, проходят через капсулу 5, азимутальную щель 4 контейнера 3 и попадают в трубопровод 8. В трубопроводе нейтроны поглощаются, например, атомами водорода, находящегося в среде трубопровода (нефть, газоконденсат, природный газ и т.п.), с испусканием жесткого гамма-излучения, которое проходит через стенку трубопровода и попадает на датчик радиоактивного излучения 10 приемника 9 и регистрируется устройством контроля и индикации 12. После прохождения объекта 2 по трубопроводу 8 или его обнаружения в трубопроводе перегородка 16 закрывается, поток альфа-частиц во вторую часть капсулы 5 прекращается, ядерная реакция с образованием нейтронов прерывается, и поток нейтронов исчезает и, следовательно, гамма-излучение также прекращается. Объект 2 может безопасно извлекаться из трубопровода. Открытие и закрытие перегородки 16 осуществляется дистанционно с помощью механизма перемещения 17 перегородки.

Механизм перемещения 13 затвора и затвор 7 могут быть выполнены, например (Фиг.3), в виде подпружиненной задвижки. В этом примере механизм перемещения 13 затвора 7 содержит механический часовой механизм 18, через привод 19 соединенный со стопором 20, фиксирующим положение пружины 21 в сильфоне 22, размещенном в отверстии объекта 2. Пружина 21 штоком 23 соединена с затвором 7. При помещении объекта 2 в трубопровод в часовом механизме 18 устанавливается время, равное времени движения объекта 2 по трубопроводу. Перед пуском объекта по трубопроводу в механизме перемещения 13 затвора 7 с помощью дистанционного пульта управления с использованием энергии давления среды (продукты транспортируемые по трубопроводу: газ, газоконденсат, нефть и т.п.) сильфон 22 сжимается до некоторого крайнего положения, где и фиксируется стопором 20. При сжатии сильфона 22 происходит сжатие пружины 21 и перемещение затвора 7 со штоком 23. При крайнем положении сильфона 22 щель 24 в затворе 7 совпадает с азимутальной щелью 4 в контейнере 3, что и обеспечивает выход радиоактивного излучения из контейнера 3. По истечению времени прохождения объекта 2 по трубопроводу часовой механизм 18 приводит в движение привод 19 стопора 20. Стопор 20 отпускает сильфон 22, и под действием пружины 21 он возвращается в первоначальное положение. Вместе с сильфоном 22 шток 23 перемещает затвор 7 в обратном направлении, азимутальная щель 4 в контейнере 3 закрывается, и выход радиоактивного излучения из контейнера 3 прекращается. Объект 2 можно извлекать из трубопровода.

Если по ходу движения объекта 2 в трубопроводе 8 он останавливается, то из него будет испускаться сигнал в виде радиоактивного излучения до тех пор, пока не пройдет установленное в часовом механизме 18 время. По этому сигналу определяют место остановки объекта 2. По истечению времени излучения объект 2 может безопасно для здоровья персонала извлекаться из трубопровода.

Приведенный пример исполнения механизма перемещения 13 затвора 7 можно применить и для механизма перемещения 17 подвижной перегородки 16 в варианте выполнения радиоактивного источника, представленного на Фиг.2.

Таким образом, использование заявляемого устройства позволяет повысить эффективность обнаружения внутритрубных объектов. В условиях внешних электромагнитных воздействий в зоне работы, например в зонах ЛЭП и вблизи промышленных установок с преобразователями высокого напряжения, без сложных электро- и радиотехнических средств можно быстро и надежно определить местонахождение и контролировать перемещение объектов в трубопроводах.

Устройство относится к трубопроводному транспорту, в частности к эксплуатации магистральных и промысловых трубопроводов, предназначено для поиска и определения местоположения застрявших и контроля прохождения движущихся очистных и диагностических объектов в трубопроводах. Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в упрощении конструкции, повышении надежности распознавания сигналов передатчика и помехозащищенности приемника. В устройстве, состоящем из герметичного контейнера с источником сигналов и приемником сигналов, расположенным над трубопроводом, выход приемника сигналов соединен через преобразователь сигналов с входом устройства контроля и индикации, источник сигналов выполнен автономным в виде капсулы с радиоактивным источником, а приемник сигналов содержит датчик радиоактивного излучения, при этом капсула выполнена из двух частей, разделенных подвижной перегородкой, одна часть капсулы заполнена радиоактивным веществом - источником альфа-излучения, а в другой части капсулы помещена мишень из вещества с высоким выходом нейтронов под действием альфа-излучения. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для определения местонахождения очистных и диагностических объектов в трубопроводе, содержащее передатчик сигналов, устанавливаемый на контролируемом объекте, состоящий из герметичного контейнера с источником сигналов, и приемник сигналов, расположенный над трубопроводом, выход приемника сигналов соединен через преобразователь сигналов с входом устройства контроля и индикации, отличающееся тем, что источник сигналов выполнен автономным в виде капсулы с радиоактивным источником, а приемник сигналов содержит датчик радиоактивного излучения, при этом капсула выполнена из двух частей, разделенных подвижной перегородкой, одна часть капсулы заполнена радиоактивным веществом - источником альфа-излучения, а в другой части капсулы помещена мишень из вещества с высоким выходом нейтронов под действием альфа-излучения.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что контейнер выполнен с азимутальной щелью.