СПОСОБ КОНТРОЛЯ ГЕРМЕТИЧНОСТИ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТЫ МЕСТА ТЕЧИ В ПРОДУКТОПРОВОДЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2017 года по МПК G01M3/24 F17D5/06 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Группа изобретений относится к способу и устройству контроля герметичности и определения координаты места течи жидкости или газа в трубопроводах, например, газопроводов и нефтепроводов.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известен способ определения координаты течи в трубопроводах и устройство для его осуществления, раскрытые в SU 1283566 А1, опубл. 15.01.1987. Способ определения координаты течи в трубопроводах, заключающийся в том, что принимают акустические сигналы в двух точках по длине трубопровода, измеряют разность времени прихода сигналов в эти точки корреляционным способом путем дискретной задержки сигналов одного канала приема относительно другого, а величину координаты течи определяют по максимуму корреляционной кривой, при этом измеряют величину шага задержки сигналов до получения на корреляционной кривой двух смежных максимумов равной величины, а определение координаты течи производят с учетом расстояния между точками приема акустических сигналов, величины, номера и числа шагов задержки сигналов. Устройство для определения координаты течи в трубопроводах содержит электроакустические преобразователи, усилители, формирователи, регистры сдвига с генератором сигналов сдвига, схемы совпадений, счетчики импульсов, коммутатор и индикатор.

Недостатком известного технического решения является то, что не устраняются ложные пики корреляционной функции, связанные с геометрией трубопровода и наличием опор и перемычек.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является способ контроля герметичности и определения координаты места течи в продуктопроводе и устройство для его осуществления, раскрытые в RU 2181881 С2, опубл. 27.04.2002. Способ контроля герметичности и определения координаты места течи в продуктопроводе 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, 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. При этом 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. Устройство содержит три датчика, соединенных с блоком обработки сигналов, который связан с регистратором.

Недостатком наиболее близкого аналога является то, что не устраняются ложные пики корреляционной функции, связанные с геометрией трубопровода и наличием опор и перемычек.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей заявленной группы изобретений является разработка способа и устройства контроля герметичности и определения координаты места течи в продуктопроводе, обеспечивающих точность определения герметичности и места течи в трубопроводе.

Техническим результатом заявленной группы изобретений является повышение точности и достоверности определения места нахождения течи в трубопроводе.

Указанный технический результат достигается за счет того, что способ контроля герметичности и определения координаты места течи в продуктопроводе включает прием акустических сигналов в первом и во втором трубопроводах, расположенных параллельно друг другу, при помощи четырех акустических датчиков, попарно расположенных на каждом трубопроводе на заданном расстоянии по их длине, с последующей корреляционной обработкой акустических сигналов с акустических датчиков и определением расстояний до пиков корреляционной функции, при этом на основе разности пиков корреляционной функции первого трубопровода, содержащего утечку, и второго трубопровода, не содержащего утечку, определяют координаты места течи в трубопроводе.

Устройство для определения места течи в продуктопроводе содержит корпус и четыре акустических датчика, при этом в корпусе расположены сумматор, первый, второй, третий и четвертый приемные тракты, каждый из которых соединен с акустическим датчиком, а в каждом приемном тракте расположены последовательно соединенные усилитель, фильтр, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), которые соединены с блоком обработки, причем блок обработки соединен с сумматором.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Изобретение будет более понятным из описания, не имеющего ограничительного характера и приводимого со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:

на фиг. 1 - блок-схема устройства;

на фиг. 2 - расположение на трубопроводе акустических датчиков;

на фиг. 3 - караллерограммы корреляционных функций: а) по первому трубопроводу; б) по второму трубопроводу.

1 - первый акустический датчик; 2 - второй акустический датчик; 3 - третий акустический датчик; 4 - четвертый акустический датчик; 5 - усилитель; 6 - фильтр; 7 - АЦП; 8 - блок обработки; 9 - сумматор; 10 - корпус корреляционного течеискателя; 11 - уровень грунта; 12 - утечка; 13 - первый трубопровод; 14 - второй трубопровод; 15 - пик корреляционной функции акустического сигнала утечки; 16 - пик корреляционной функции акустического сигнала первого поворота первого трубопровода; 17 - пик корреляционной функции акустического сигнала второго поворота первого трубопровода; 18 - пик корреляционной функции акустического сигнала первого поворота второго трубопровода; 19 - пик корреляционной функции акустического сигнала второго поворота второго трубопровода.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Устройство для определения места течи в продуктопроводе (корреляционный течеискатель) содержит корпус (10) и четыре акустических датчика (1-4), при этом в корпусе корреляционного течеискателя (10) расположены сумматор (9), первый, второй, третий и четвертый приемные тракты, каждый из которых соединен с акустическим датчиком (1-4), а в каждом приемном тракте расположены последовательно соединенные усилитель (5), фильтр (6), АЦП (7), которые соединены с блоком обработки (8), причем блок обработки (8) соединен с сумматором (9).

Способ контроля герметичности и определения координаты места течи в продуктопроводе при помощи корреляционного течеискателя, содержащего корпус (10) и четыре датчика (1-4), осуществляют следующим образом. Закрепляют на расположенном в грунте первом трубопроводе (13) первый (1) и второй (2) акустические датчики, расположенные на заданном расстоянии (h₁) друг от друга по длине первого трубопровода (13), а на втором трубопроводе (14), расположенном в грунте параллельно первому трубопроводу (13), закрепляют третий (3) и четвертый (4) акустические датчики, расположенные на заданном расстоянии (h₁) друг от друга по длине второго трубопровода (14). Затем акустические датчики (1-4) при помощи проводов соединяют с соответствующим каждому датчику приемным трактом корпуса корреляционного течеискателя (10), расположенного над уровнем (11) грунта. В соответствии с фиг. 2 акустические датчики (1-4) установлены на участках трубопроводов (13, 14) между двумя поворотами трубопроводов (13, 14), расположенными на неизвестном расстоянии h₂ от акустических датчиков (1, 3). После размещения акустических датчиков (1-4) на трубопроводах (13, 14) они принимают акустические сигналы, возникающие в результате соударения перекачиваемой жидкости о стенки трубопроводов (13, 14) как на прямом участке, так и в поворотах трубопроводов (13, 14). Принятые акустические сигналы усиливаются в усилителе (5), фильтруются фильтром (6), оцифровываются АЦП (7) и поступают на блок обработки (8). При появлении утечки (12) в первом трубопроводе (13) на неизвестном расстоянии h₃ в месте утечки (12) возникают акустические сигналы, которые принимают акустические датчики (1, 2). Принятые акустические сигналы от утечки (12) усиливаются в усилителе (5), фильтруются фильтром (6), оцифровываются АЦП (7) и поступают на блок обработки (8). Предварительно в блок обработки (8) вносятся данные о трубопроводе: диаметр, материал трубопровода, давление жидкости в трубопроводе. Дополнительно вносится информация о расстоянии между датчиками (h₁). Параметр «расстояние между датчиками (h1)» непосредственно используется в расчетах и при визуализации результатов, параметры «диаметр» и «материал» используются для выбора значения скорости звука (v) в трубопроводе табличным способом. Используется таблица, составленная на основе эмпирических данных.

В блоке обработки (8) производится измерение принятых и оцифрованных сигналов с датчиков. Причем количество измерений выбирается автоматически, в зависимости от расстояния между датчиками. Производится спектральный анализ исходных данных, для этого выполняется преобразование Фурье, рассчитываются амплитуды, и строятся гистограммы зависимости амплитуды сигнала от частоты. Определяется наличие узкополосных помех и несовпадений спектров парных датчиков. Корректируются фильтры. И проводится новое измерение. На основе скорректированных данных производится расчет корреляционной функции и привязка ее к обследуемому участку трубопровода. Привязка производится следующим образом:

- рассчитывается максимально возможное время запаздывания сигнала на одном датчике относительно сигнала на другом. Оно равно времени прохождения звуковой волной расстояния, равного длине обследуемого участка трубопровода (длина участка, деленная на скорость звука);

- рассчитывается количество измерений «2⋅N_max», которое делается за это время (рассчитанное время прохождения, умноженное на частоту дискретизации (q));

- сигнал утечки, пришедший к датчикам одновременно, соответствует утечке в центре участка.

Таким образом, весь участок разбивается на два отрезка. Отрезок от центра участка до первого (1) или третьего (3) датчиков соответствует точкам корреляционной функции, рассчитанным при запаздывании сигнала на первом (1) или третьем (3) датчиках, изменяющемся от 0 до N_max. Отрезок от центра участка до второго (2) или четвертого (4) датчиков соответствует корреляционной функции с запаздыванием сигнала на втором (2) или четвертом (4) датчике, изменяющимся от 0 до N_max;

- полученное разрешение (А) (расстояние на местности, между соседними точками корреляционной функции) вычисляется по формуле A=v/2⋅q (корреляционная функция на всей длине участка имеет в 2 раза больше точек чем N_max).

Производится расчет корреляционной функции для цифровых последовательностей сигналов с одного и другого датчиков.

Расчет производится по формулам, приведенным ниже.

где U_r(n), Ur(n+τ) - отсчеты цифровых последовательностей сигналов с первого (третьего) датчика;

U_b(n), U_b(n+τ) - отсчеты цифровых последовательностей сигналов со второго (четвертого) датчика;

- среднеарифметическое значение отсчетов цифровых последовательностей сигналов с первого (третьего) датчика или со второго (четвертого) датчика соответственно;

τ - количество отсчетов цифровых последовательностей сигналов, показывающее разницу в отсчетах распространения сигнала от места утечки до места установки датчиков

N_max - количество отсчетов цифровых последовательностей сигналов, диапазон для расчета корреляционной функции 0≤τ≤(N_max-1);

- нормализованная (диапазон принимаемых значений от -1 до +1) корреляционная функция на отрезке между двумя датчиками, расположенными по длине трубопровода, от центра обследуемого участка трубопровода до первого (1) или третьего (3) датчика.

- нормализованная корреляционная функция на отрезке между двумя датчиками, расположенными по длине трубопровода, от центра обследуемого участка трубопровода до второго (2) или четвертого (4) датчика.

Корреляционная функция отображается в виде графиков а) и б) на фиг. 3. Левый край графика соответствует положению первого (1) или третьего (3) датчика, правый край - положению второго (2) или (4) датчика, центр графиков а) и б) соответствует центру обследуемого участка трубопровода. На графике определены пики корреляционной функции, которые могут быть вызваны шумом в трубопроводе. Данные пики могут быть вызваны как утечкой, так и наличием изгибов и перемычек в трубопроводе. На графике а) представлены следующие пики: пик корреляционной функции акустического сигнала утечки (15), пик корреляционной функции акустического сигнала первого поворота первого трубопровода (16) и пик корреляционной функции акустического сигнала второго поворота первого трубопровода (17), а на графике б) - пик корреляционной функции акустического сигнала первого поворота второго трубопровода (18) и пик корреляционной функции акустического сигнала второго поворота второго трубопровода (19).

Данные расчета корреляционной функции на первом и втором участках трубопровода поступают на сумматор (9), где выполняется вычитание пиков корреляционной функции. В местах, где оба трубопровода имеют однотипные, находящиеся на одинаковом расстоянии от датчиков элементы конструкции, создающие акустические сигналы (повороты, опоры, перемычки и др.), пики корреляционной функции (16-19), соответствующие первому и второму поворотам трубопроводов, компенсируют друг друга. В результате обработки (вычитания) пиков (15-19) корреляционной функции в сумматоре (9) оставшийся пик (15) корреляционной функции, соответствующий месту утечки (12), из сумматора (9) поступает в блок обработки (8), где рассчитывается расстояние до места утечки (12) и выводится на индикатор (не показан) корреляционного течеискателя (10). Расстояние до места утечки рассчитывается на основе определенного времени задержки сигнала до пика корреляционной функции (, где - количество отсчетов цифровых последовательностей сигналов, соответствующих пику корреляционной функции), наиболее вероятно соответствующего утечке, и рассчитанной скорости звука в трубопроводе (скорость, умноженная на время задержки, дает расстояние от центра между датчиками до утечки). Вычитая из половины расстояния между первым (1) и вторыми (2) (третьим (3) и четвертым (4)) датчиками расстояние до центра, получаем расстояние от датчика до утечки.

Применение четырех датчиков и расчета корреляционной функции на двух идентичных участках трубопровода позволяет существенно снизить количество «ложных» утечек за счет наличия пиков корреляционной функции на одинаковом расстоянии от датчиков на обоих трубопроводах, что позволяет повысить точность и достоверность определения места нахождения течи в трубопроводе.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет повысить точность и достоверность определения места нахождения течи в трубопроводе.

Изобретение было раскрыто выше со ссылкой на конкретный вариант его осуществления. Для специалистов могут быть очевидны и иные варианты осуществления изобретения, не меняющие его сущности, как она раскрыта в настоящем описании. Соответственно, изобретение следует считать ограниченным по объему только нижеследующей формулой изобретения.

Группа изобретений относится к области контроля герметичности и может быть использована для контроля герметичности газовых или жидкостных трубопроводов с определением координаты места течи. Сущность: принимают акустические сигналы в первом и во втором трубопроводах (13, 14), расположенных параллельно друг другу, при помощи четырех акустических датчиков (1-4). Причем акустические датчики (1-4) попарно располагают на каждом трубопроводе на заданном расстоянии (h1) по их длине. Выполняют корреляционную обработку акустических сигналов с акустических датчиков (1-4). Определяют расстояния до пиков корреляционной функции. На основе разности пиков корреляционной функции первого трубопровода (13), содержащего утечку (12), и второго трубопровода (14), не содержащего утечку, определяют координаты места течи в трубопроводе. Устройство для реализации способа содержит четыре акустических датчика (1-4), а также расположенные в корпусе (10) первый, второй, третий и четвертый приемные тракты, блок обработки, сумматор. Каждый приемный тракт содержит последовательно соединенные усилитель, фильтр, аналого-цифровой преобразователь. Приемные тракты соединены с акустическими датчиками (1-4) и блоком обработки. Блок обработки соединен с сумматором. Технический результат: повышение точности определения места течи в трубопроводе. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ контроля герметичности и определения координаты места течи в продуктопроводе, включающий прием акустических сигналов в первом и во втором трубопроводах, расположенных параллельно друг другу, при помощи четырех акустических датчиков, попарно расположенных на каждом трубопроводе на заданном расстоянии по их длине, с последующей корреляционной обработкой акустических сигналов с акустических датчиков и определением расстояний до пиков корреляционной функции, при этом на основе разности пиков корреляционной функции первого трубопровода, содержащего утечку, и второго трубопровода, не содержащего утечку, определяют координаты места течи в трубопроводе.

2. Устройство для определения места течи в продуктопроводе для осуществления способа по п.1, содержащее корпус и четыре акустических датчика, при этом в корпусе расположены сумматор, первый, второй, третий и четвертый приемные тракты, каждый из которых соединен с акустическим датчиком, а в каждом приемном тракте расположены последовательно соединенные усилитель, фильтр, аналого-цифровой преобразователь, которые соединены с блоком обработки, причем блок обработки соединен с сумматором.