СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ УТЕЧЕК НА ТРУБОПРОВОДАХ С НАСОСНОЙ ПОДАЧЕЙ ТРАНСПОРТИРУЕМОЙ СРЕДЫ Российский патент 2015 года по МПК F17D5/02 

Изобретение относится к средствам для контроля состояния трубопроводов, а именно для выявления и локализации утечек на трубопроводах с насосной подачей транспортируемой среды. Настоящее техническое решение может быть использовано для мониторинга герметичности технологических участков магистральных нефтепроводов и нефтепродуктопроводов, а также газопроводов.

В процессе эксплуатации трубопроводов большое значение придают контролю их целостности. При этом стремятся обеспечить высокую чувствительность к утечкам, малое время их детектирования, высокую точность локализации и отсутствие ложных сигнализаций. Один из факторов, снижающий достоверность контроля состояния трубопроводов с насосной подачей транспортируемой среды, обусловлен работой насосных агрегатов, создающих шумовой фон.

Из патентного документа RU 2462656 С2 известна комбинированная гидроакустическая система обнаружения утечек нефтепродуктопровода, реализующая способ обнаружения утечек на трубопроводах с насосной подачей транспортируемой среды, включающий в себя измерение внутриканального статического и динамического давления на последовательно расположенных участках трубопровода, корреляционную обработку измерительных данных с взаимно примыкающих друг к другу участков трубопровода для выявления факта утечки и определения расположения места утечки на участке контроля. Для уменьшения помеховой гидроакустической составляющей в нефтепродуктопроводе датчики внутриканального динамического давления располагают на расстоянии по меньшей мере 100-300 м от насосной станции. Однако на практике указанного расстояния недостаточно для эффективного снижения шума от работающего насосного агрегата, что способно привести, в частности, к возникновению ложных срабатываний. Кроме того, известная система обнаружения утечек содержит узел фильтрации сигналов, однако фильтрация, то есть косвенное вычитание помехи, неэффективна для очистки измерительных сигналов от шумового фона насосного оборудования из-за обычно наблюдаемого на практике наложения спектров утечки и работающих насосов, а также сложности в реализации адаптивной фильтрации, необходимой для получения приемлемых результатов в реальных условиях эксплуатации трубопроводов.

Задачей является повышение достоверности контроля.

Обеспечиваемый настоящим изобретением технический результат заключается в повышении избирательности контроля к утечкам на трубопроводах с насосной подачей транспортируемой среды.

Данный технический результат достигается благодаря тому, что способ обнаружения утечки на трубопроводе с насосной подачей транспортируемой среды, включающий в себя измерение внутриканального давления на последовательно расположенных участках трубопровода и корреляционную обработку полученных данных для выявления и локализации утечки, характеризуется проведением прямого вычитания составляющей, обусловленной действием насосного оборудования, из по меньшей мере одного измеренного значения давления до корреляционной обработки данных.

В частном случае прямое вычитание составляющей, обусловленной действием насосного оборудования, производят согласно выражению $${\tilde{D}}_i(t)=D_i(t)-\Delta S_{i,i+1}(t)$$ , где: $${\tilde{D}}_i(t)$$ - результат очистки сигнала ближайшего к насосному оборудованию датчика динамического давления от помехового фона насосного оборудования; D_i(t) - измеренное значение давления с ближайшего к насосному оборудованию датчика динамического давления; ΔS_i,i+1(t) - составляющая, обусловленная действием насосного оборудования, вычисляемая по выражению $$\Delta S_{i,i+1}(t)=S_i(t)-S_{i+1}(t)$$ , где: S_i(t) - измеренное значение давления с ближайшего к насосному оборудованию датчика статического давления; S_i+1(t) - измеренное значение давления со следующего датчика статического давления.

Также в частном случае прямое вычитание составляющей, обусловленной действием насосного оборудования, производят из измеренных значений по меньшей мере двух датчиков на одном участке трубопровода.

В еще одном частном случае решение о выявлении факта утечки принимают при совместной регистрации корреляционного пика утечки и нехарактерного для нормального режима работы трубопровода падения давления.

Изобретение поясняется следующими иллюстрациями.

Фиг. 1: структурная схема системы обнаружения утечек.

Фиг. 2: обобщенная функциональная схема устройства для обработки данных и подачи сигнала тревоги.

Фиг. 3: алгоритм мониторинга технологического участка трубопровода.

Фиг. 4, 5: осциллограммы динамического давления с первого и второго датчиков на контролируемом участке трубопровода.

Фиг. 6: графический вид данных после корреляционного анализа (известный уровень техники).

Фиг.7: вид данных после корреляционного анализа с предварительной очисткой от составляющей работающего насосного оборудования (настоящее изобретение).

Осуществление изобретения показано на следующем примере.

Конструкция трубопровода характеризуется тем, что с трубой 1 соединен насос 2, создающий избыточное давление и обеспечивающий подачу транспортируемой среды через трубопровод. Сквозь стенку трубы 1 введен ряд датчиков 3-6 для измерения внутриканального давления. Датчики 3-6 являются двухканальными комбинированными приемниками давления с парой измерительных преобразователей для статического и динамического давления соответственно. Чувствительность датчиков 3-6 составляет примерно 1 Па для статического давления и 0,01 Па для динамического давления. Датчики 3-6 установлены последовательно так, что делят трубопровод на равные участки А, В, С контроля, лежащие между датчиками 3-6 (фиг. 1) и т.д. Все датчики 3-6 связаны через соответствующие контроллеры с устройством 7 для обработки данных и подачи сигнала тревоги, образуя таким образом автоматизированную информационную систему для обнаружения возможной утечки из-за дефекта 8 на трубопроводе.

Основными функциональными узлами устройства 7 для обработки данных и подачи сигнала тревоги являются (фиг. 2): интерфейсная часть 9, первый вычитатель 10, корректирующая линия задержки 11, второй вычитатель 12, корреляционный анализатор 13, логический анализатор 14 и монитор 15. Интерфейсная часть 9 служит для информационной связи контроллеров датчиков 3-6 с цепями основной обработки данных. Сигнальные входы/выходы функциональных узлов устройства 7 при этом связаны между собой следующим образом. Первый вход (вх. 1) первого вычитателя 10 напрямую соединен с выходом интерфейсной части 9, а второй вход (вх. 2) связан с соответствующим выходом интерфейсной части 9 через корректирующую линию задержки 11 для компенсации временной разности между сигналами динамического давления от соседних датчиков. Например, датчик 4 зафиксирует шум утечки раньше чем датчик 3, что потребует синхронизации их сигналов, поэтому величину временной задержки определяют путем постоянного взаимно корреляционного анализа непрерывного потока данных на каждом участке контроля. Входы второго вычитателя 12 соединены с выходом интерфейсной части 9 и с выходом первого вычитателя 10. Входы корреляционного анализатора 13 соединены с выходом интерфейсной части 9 и выходом второго вычитателя 12, а входы логического анализатора 14 соединены с выходом корреляционного анализатора 13 и выходом первого вычитателя 10. Выход логического анализатора 14 соединен с входом монитора 15.

Перекачку транспортируемой среды сопровождают мониторингом герметичности трубопровода при помощи системы обнаружения утечек. В процессе мониторинга датчики 3-6 измеряют внутриканальное давление в трубе 1 (фиг. 3) с частотой не менее 100 Гц (фиг. 4 и 5). Контроллеры преобразуют аналоговые измерительные сигналы в цифровую форму и непрерывно передают поток полученных данных в устройство 7 для взаимно корреляционной (фиг. 6 или 7) и иной обработки данных и подачи аудиовизуального сигнала тревоги в случае выявления факта утечки по корреляционному пику 16, включая индикацию вычисленных координат места утечки.

В измерительном сигнале постоянно присутствует составляющая, обусловленная действием насоса 2, создающим относительно сильную пульсирующую помеху с амплитудой 1÷100 Па при уровне шума утечки 0,01÷1 Па, что затрудняет поиск корреляционного пика 16 утечки из-за появления мешающего пика 17 насоса (фиг. 6).

С целью выделения полезного сигнала до начала корреляционной обработки оцифрованных данных в устройстве 7 производят прямое вычитание составляющей, обусловленной действием насоса 2, из по меньшей мере одного измеренного значения внутриканального давления в трубе 1. Так как на участке А трубопровода наибольшее влияние насос 2 оказывает на датчик 3, то именно из сигнала данного датчика вычитают составляющую, обусловленную действием насоса 2, благодаря чему на данном участке трубопровода происходит точное устранение помехи в режиме реального времени и, как следствие, повышение избирательности контроля к утечкам. Большее повышение избирательности контроля к утечкам может быть достигнуто путем вычитания составляющей, обусловленной действием насоса 2, как из сигнала датчика 3, так и из сигнала датчика 4.

Прямое вычитание составляющей, обусловленной действием насоса 2, производят для участка А трубопровода в каждый момент времени t согласно выражениям (1) и (2).

где: ΔS_3,4(t) - составляющая, обусловленная действием насоса 2;

S₃(t) - измеренное датчиком 3 значение статического давления;

S₄(t) - измеренное датчиком 4 значение статического давления;

$${\tilde{D}}_3(t)$$ - результат очистки сигнала динамического давления с датчика 3 от помехового фона насоса 2;

D₃(t) - измеренное датчиком 3 значение динамического давления.

Вычислительный процесс в устройстве 7 включает преобразование данных при прохождении через функциональные узлы 9-14.

Из интерфейсной части 9 данные, характеризующие величину S₃(t), поступают на корректирующую линию задержки 11, характеризующие величину S₄(t), - на первый вход первого вычитателя 10, характеризующие величину D₃(t), - на первый вход второго вычитателя 12, характеризующие величину D₄(t), представляющую собой измеренное датчиком 4 значение динамического давления, на первый вход корреляционного анализатора 13.

В первом вычислительном такте получают данные с выхода корректирующей линии задержки 11, позволяющей исключить благодаря синхронизации сигналов влияние на результат обработки данных скорости перекачки, температуры, вязкости, плотности и других свойств транспортируемой среды. Затем данные поступают на второй вход первого вычитателя 10. На втором такте получают данные с выхода первого вычитателя 10, представляющие собой разностный сигнал, характеризующий пульсацию перекачиваемой среды от насоса 2, то есть значение ΔS_3,4(t), поступающее на второй вход второго вычитателя 12 и на второй вход логического анализатора 14. На третьем такте получают данные с выхода второго вычитателя 12, представляющие собой значение очищенного, то есть полезного сигнала $${\tilde{D}}_3(t)$$ , поступающие на второй вход корреляционного анализатора 13. Результат взаимно корреляционного анализа с выхода узла 13 поступает на первый вход логического анализатора 14, точно выявляющего факт утечки по единственному корреляционному пику 16. Выходные данные логического анализатора 14 служат управляющим сигналом для монитора 15.

Последующие участки трубопровода В, С и т.д. контролируют аналогично, причем подлежащую вычитанию составляющую от работы насоса 2 определяют для каждого участка индивидуально. Анализ каждого участка трубопровода проводят на основании данных, полученных с датчиковых систем этого участка контроля.

Для дополнительного повышения избирательности контроля к утечкам решение о выявлении факта утечки принимают при совместной регистрации корреляционного пика утечки и нехарактерного для нормального режима работы трубопровода падения давления на участке контроля, свойственного для утечки (фиг. 3). При этом исключается ложное срабатывание системы из-за ударов и посторонних шумов от работы, в частности, транспортной или ремонтной техники, а также иного оборудования в непосредственной вблизи от трубопровода, что было невозможно реализовать посредством фильтрации сигналов. Если наблюдается корреляционный пик, характерный для утечки, а падения статического давления в трубопроводе на данном участке не происходит, то логический анализатор 14 решение о возникновении утечки не принимает.

Способ предназначен для обнаружения утечек на трубопроводах с насосной подачей транспортируемой среды и относится к средствам для наблюдения за оборудованием. Способ включает в себя измерение внутриканального давления на последовательно расположенных участках трубопровода и корреляционную обработку полученных данных для выявления и локализации утечки. Причем до корреляционной обработки данных из, по меньшей мере, одного измеренного значения давления производят прямое вычитание составляющей измерительного сигнала, обусловленной действием насосного оборудования. Технический результат - повышена избирательность контроля к утечкам на трубопроводах с насосной подачей транспортируемой среды. 3 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Способ обнаружения утечки на трубопроводе с насосной подачей транспортируемой среды, включающий в себя измерение внутриканального давления на последовательно расположенных участках трубопровода и корреляционную обработку полученных данных для выявления и локализации утечки, отличающийся тем, что до корреляционной обработки данных производят прямое вычитание составляющей измерительного сигнала, обусловленной действием насосного оборудования, из по меньшей мере одного измеренного значения давления.

2. Способ обнаружения утечки по п. 1, в котором прямое вычитание составляющей, обусловленной действием насосного оборудования, производят согласно выражению , где: - результат очистки сигнала ближайшего к насосному оборудованию датчика динамического давления от помехового фона насосного оборудования; D_i(t) - измеренное значение давления с ближайшего к насосному оборудованию датчика динамического давления; ΔS_i,i+1(t) - составляющая, обусловленная действием насосного оборудования, вычисляемая по выражению , где: S_i(t) - измеренное значение давления с ближайшего к насосному оборудованию датчика статического давления; S_i+1(t) - измеренное значение давления со следующего датчика статического давления.

3. Способ обнаружения утечки по п. 1, в котором прямое вычитание составляющей, обусловленной действием насосного оборудования, производят из измеренных значений по меньшей мере двух датчиков на одном участке трубопровода.

4. Способ обнаружения утечки по п. 1, в котором решение о выявлении факта утечки принимают при совместной регистрации корреляционного пика утечки и нехарактерного для нормального режима работы трубопровода падения давления.