УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ДИНАМИКИ ПРОХОЖДЕНИЯ ОЧИСТНОГО ИЛИ КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ПОРШНЯ В МАГИСТРАЛЬНОМ ГАЗОПРОВОДЕ Российский патент 2011 года по МПК F17D5/00 

Изобретение относится к трубопроводному транспорту и может быть использовано для контроля динамики и управления движением очистного или контрольно-измерительного поршня (ОКИП) в магистральном газопроводе (МГ).

Необходимыми элементами МГ являются компрессорные станции (КС) и крановые площадки (КП), расположенные вдоль МГ. При движении ОКИП по МГ поршень неизбежно проходит несколько КП, расположенных вдоль контрольно-измерительного участка с заданным пространственным шагом.

Известно устройство для контроля прохождения ОКИП через контрольную точку в МГ, принятое за прототип /Патент РФ №2030678, кл. F17D 05/00, 1995/.

Прототип содержит КС, установленные по краям контролируемого участка МГ, и n КП между ними, включающих пьезоэлектрический датчик, подключенный через блок обработки к регистратору.

Недостатками прототипа являются ограниченность его применения одной контрольной точкой МГ, через которую проходит поршень, а также невозможность управления движением ОКИП на контролируемом участке МГ.

Техническим результатом, получаемым от использования изобретения, является получение возможности контроля динамики прохождения поршня в каждой точке контролируемого участка и получение возможности управления движением поршня.

Данный технический результат достигается за счет того, что известное устройство, включающее компрессорные станции, установленные по краям контролируемого участка магистрального газопровода, и n крановых площадок между ними, содержащее пьезоэлектрический датчик, подключенный через блок обработки к регистратору, дополнительно содержит (n-1) пьезоэлектрических датчиков, (n-1) блоков обработки, (n-1) регистраторов и системный блок расчета и управления динамикой движения поршня, при этом на каждой крановой площадке установлено по одному акустическому датчику, выполненному с чувствительностью, обеспечивающей дальность обнаружения ударов движущегося поршня, превышающей половину расстояния между крановыми площадками, а выходы n пьезоэлектрических датчиков через соответствующие блоки обработки подключены к соответствующим n регистраторам, связанным с n входами системного блока, подключенного выходами к управляемым входам компрессорных станций.

Блоки обработки и пьезоэлектрические датчики выполнены в виде моноблоков, установленных по одному на каждой крановой площадке.

В качестве пьезоэлектрических датчиков используют датчики мембранного типа с многослойными преобразователями.

Акустические датчики мембранного типа с многослойными преобразователями выполнены с ограничением нагрузки на мембрану.

Один из элементов многослойного преобразователя может быть выполнен в виде акустического излучателя путем подключения его электродов к дополнительно введенному в моноблок генератору электрических колебаний.

Устройство дополнительно содержит n акселерометрических датчиков, каждый из которых установлен в моноблоке на n крановых площадках и подключенных выходами к соответствующим регистраторам.

Регистраторы связаны с n входами системного блока по радиоканалу с помощью n радиомодемов, установленных на соответствующих крановых площадках, при этом системный блок дополнительно снабжен n приемными модулями, а каждый регистратор дополнен блоком оцифровки и записи текущих данных с интерфейсом для их передачи.

В качестве радиомодемов могут быть использованы GSM модемы.

Регистраторы связаны с n входами системного блока с помощью стационарной линии передачи цифровых телемеханических параметров.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 представлена схема акустического контроля динамики движения поршня в МГ, на фиг.2, 3 - диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство содержит отдельные измерительные моноблоки (МБ) 1₁, …, 1_n, устанавливаемые на КП 2₁, …, 2_n МГ 3. В состав МБ входят акустические датчики (АД) с блоками обработки сигналов, выходы которых подключены к регистраторам 4₁, …, 4_n, осуществляющим оцифровку и регистрацию сигналов.

Чувствительность АД задана такой, чтобы дальность обнаружения сигналов, возникающих при прохождении поршнем 5 сварных швов МГ, с помощью каждого АД превышала половину расстояния между КП 2.

Для этой цели целесообразно использовать АД мембранного типа с многослойным пьезопреобразователем, выполненным с ограничением нагрузки на мембрану, т.к. неконтролируемые нагрузки при многократных перестановках датчиков на объектах контроля приводят к прогибу жесткой мембраны и потере чувствительности. Ограничитель нагрузки на мембрану является НОУ-ХАУ заявителя.

При этом один из элементов многослойного преобразователя целесообразно использовать в качестве акустического излучателя для калибровки АД в рабочих условиях путем подачи на него электрического сигнала с заданными параметрами.

Устройство также содержит передающие радиомодемы 6₁, …, 6_n и приемные модемы 7₁, …, 7_n, которые в частном случае могут быть выполнены в виде GSM/GPRS модемов для работы в местности с развитой сетью сотовой связи. Устройство может также содержать стационарную телемеханическую линию передачи данных. Обработка оцифрованных сигналов со всех установленных АД осуществляется одновременно в системном блоке 8 расчета динамики и управления движением поршня.

Под позициями 9, 10 обозначены КС, задающие перепад давления на поршне 5 и скорость движения поршня в МГ.

Устройство работает следующим образом.

При движении поршня 5 вдоль МГ 3 в газовую среду и в стенки самого МГ выделяется акустический шум трения поршня 5 о стенки газопровода и от дросселирования газа. Акустический шум появляется также при ударах в момент прохождения поршнем 5 сварных соединений трубных секций и узлов КП 2. Шум трения и шум от дросселирования газа локализован вблизи самого поршня. Акустические сигналы от ударов на стыках распространяются на многие километры в газовом потоке. Выделенные в виде импульсов сигналы от ударов поршня воспринимаются измерительными моноблоками 1₁, …, 1_n, расположенными на КП 2₁, …, 2_n вдоль МГ 3, причем одновременно двумя соседними измерительными моноблоками 1₁, …, 1_n, между которыми он движется. Это дает возможность точно определить местоположение S и скорость V поршня в любой момент времени Т.

Принятые сигналы от ударов поршня 5 после обработки и регистрации направляются по GSM или радиоканалу в системный блок 8, в котором осуществляется расчет скорости движения и координаты положения поршня, после чего принимается решение о поддержании или изменении заданного режима движения поршня 5 на контролируемом участке МГ 3 путем изменения перепада давления на поршне 5 при получении соответствующей команды с системного блока 8 на КС 9, 10.

Таким образом, для контроля прохождения ОКИП в МГ осуществляют контроль периода акустических сигналов, возникающих при прохождении поршнем сварных швов в МГ, позволяющий рассчитывать текущую динамику движения поршня. Период сигналов определяется стандартизованной длиной свариваемых труб и скоростью движения поршня.

Для реализации данного устройства целесообразно использовать прижимные акустические датчики мембранного типа, имеющие постоянную чувствительность в интервале частот принимаемого сигнала.

Дополнительное увеличение чувствительности в датчиках подобного типа обеспечивается увеличением числа используемых в пьезопакете пьезокерамических дисков в конструкции чувствительного элемента датчика. Технологию сборки пьезопакета заявитель оставляет за собой в виде НОУ-ХАУ.

Для юстировки акустического контакта чувствительного элемента датчика с контролируемой поверхностью и проверки стабильности его показаний в конструкции многоэлементного пьезопакета один из пьезоэлементов используется в качестве излучателя калибровочных акустических сигналов. При этом стабильность откликов приемной части пьезопакета определяется стабильностью акустического контакта чувствительного элемента с контролируемой поверхностью и стабильностью чувствительности приемной части АД.

Для точной идентификации момента прохождения КП в состав измерительного моноблока целесообразно включить акселерометр, сигнал которого фиксирует вибрацию газопровода в момент прохода поршня. Это позволяет привязать каждый последующий удар поршня к раскладке сварных стыков данного участка МГ между КП и тем самым определять текущую координату положения поршня с точностью до стандартного расстояния между сварными швами в МГ.

Работа устройства иллюстрируется результатами натурных испытаний, проведенных на участке магистрального газопровода КС Тула - КС Воскресенск 30.09.2008 г. На фиг.2 и 3 приведены фрагменты хронограмм записей ударов движущегося поршня (кривая А), передаваемых одновременно с двух соседних крановых площадок (КП2₂ и КП2₃) в системный блок. На фиг.2 а) и б) даны фрагменты прохождения поршня через КП2₂ и КП2₃ соответственно, переданные с моноблока, установленного на КП2₂. На фиг.3 а) и б) аналогичные фрагменты с прохождением поршня, переданные с моноблока, установленного на КП2₃ (в 30 км от КП2₂). На фиг.2 и 3 по оси Х даны временные координаты зарегистрированных ударов, а по оси Y дана амплитуда ударов в безразмерных единицах. Хронограмма сигналов акустических датчиков обозначена буквой А, хронограмма сигналов акселерометров обозначена буквой Б.

Из приведенных данных видно, что, во-первых, оба моноблока адекватно фиксируют сигналы от ударов поршня и моменты прохождения обеих КП. Таким образом, дальность обнаружения ударов значительно превышает половину расстояния между КП. Во-вторых, оба моноблока зафиксировали задержку поршня в КП2₃ на 15 с. Расчет текущих средних значений скорости движения поршня по периоду ударов, исходя из стандартного расстояния между сварными швами 11 м, по хронограммам с обоих моноблоков показал близкие значения: по КП2₂ скорость прохождения была (8,0±0,1) км/час по показаниям моноблоков 1₂ и 1₃; по КП2₃ эти результаты составили (8,3±0,1) км/час. Таким образом, оба моноблока идентично контролируют динамику движения поршня на всем участке МГ от КП2₂ до КП2₃.

Значительные задержки или замедление скорости, обнаруживаемые устройством, устраняются увеличением перепада давления на поршне, осуществляемым компрессорными станциями по команде с системного блока 8.

После фиксации прохождения поршнем 5 КП2₃ по показанию датчика-акселерометра в МБ1₃ системный блок 8 переключается на расчет динамики движения поршня на следующем участке, анализируя показания моноблоков МБ1₃ и МБ1₄.

Таким образом, в отличие от прототипа, данное устройство позволяет определять положение поршня на контролируемом участке МГ, контролировать скорость поршня в каждой точке МГ и, в случае необходимости, управлять динамикой его движения. Этим достигается поставленный технический результат.

Устройство предназначено для контроля динамики и управления движением очистного или контрольно-измерительного поршня в магистральном газопроводе. На каждой крановой площадке магистрального газопровода устанавливают моноблок с пьезоэлектрическим акустическим датчиком, вторичной аппаратурой и регистратором, которые, в свою очередь, подключены к системному блоку, осуществляющему расчет динамики и управление движением поршня. При этом чувствительность каждого акустического датчика задается такой, чтобы дальность обнаружения акустического шума, возникающего при прохождении поршнем сварных швов в магистральном газопроводе, была больше половины расстояния между крановыми площадками. Это позволяет в любой момент времени определить положение и скорость движения поршня в магистральном газопроводе. Технический результат - повышение точности определения места положения поршня в магистральном газопроводе. 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для контроля прохождения очистного или контрольно-измерительного поршня в магистральном газопроводе, включающее компрессорные станции, установленные по краям контролируемого участка магистрального газопровода, и n-крановых площадок между ними, содержащее пьезоэлектрический датчик, подключенный через блок обработки к регистратору, отличающееся тем, что дополнительно содержит (n-1) пьезоэлектрических датчиков, (n-1) блоков обработки, (n-1) регистраторов и системный блок расчета и управления динамикой движения поршня, при этом на каждой крановой площадке установлено по одному акустическому датчику, выполненному с чувствительностью, обеспечивающей дальность обнаружения ударов движущегося поршня, превышающей половину расстояния между крановыми площадками, а выходы n пьезоэлектрических датчиков через соответствующие блоки обработки подключены к соответствующим n регистраторам, связанным с n входами системного блока, подключенного выходами к управляемым входам компрессорных станций.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блоки обработки и пьезоэлектрические датчики выполнены в виде моноблоков, установленных по одному на каждой крановой площадке.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве пьезоэлектрических датчиков используют датчики мембранного типа с многослойными преобразователями.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что акустические датчики мембранного типа с многослойными преобразователями выполнены с ограничением нагрузки на мембрану.

5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что один из элементов многослойного преобразователя выполнен в виде акустического излучателя, путем подключения его электродов к дополнительно введенному в моноблок генератору электрических колебаний.

6. Устройство по п.2, отличающееся тем, что дополнительно содержит n акселерометрических датчиков, каждый из которых установлен в моноблоке на n крановых площадках и подключенных выходами к соответствующим регистраторам.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что регистраторы связаны с n входами системного блока по радиоканалу с помощью n радиомодемов, установленных на соответствующих крановых площадках, при этом системный блок дополнительно снабжен n приемными модулями, а каждый регистратор дополнен блоком оцифровки и записи текущих данных с интерфейсом для их передачи.

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что в качестве радиомодемов используются GSM модемы.

9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что регистраторы связаны с n входами системного блока с помощью стационарной линии передачи цифровых телемеханических параметров.