Способ акустического обнаружения и локализации свищей в магистральных газовых трубопроводах и контроля состояния изоляторов и разъединителей воздушной линии катодной защиты трубопроводов и система для его осуществления Российский патент 2017 года по МПК F17D5/06 

Группа изобретений относится к средствам для наблюдения и обнаружения утечек в трубопроводах с применением акустических средств, в частности к измерительным устройствам общего назначения с использованием оптических средств и преобразованием выходного сигнала от датчика с воздействием на передающую способность оптического волокна, и может быть использована для диагностики протяженных объектов, используемых при эксплуатации скважин или при транспортировке продукции на пункты сбора и далее, при эксплуатации различного рода продуктопроводов для обнаружения утечек из них или несанкционированного отбора продукта, для обнаружения внешних воздействий на продуктопроводы и другие протяженные объекты, включая территорию, непосредственно к ним примыкающую.

Известны способ и устройство реализации когерентной рефлектометрии детектирования акустических полей, раскрытые в патенте US 5194847 Apparatus and method for fiber optic intrusion sensing (МПК G01H 9/00; G01L 1/24; G01L 11/02, опубл. 16.03.1993).

Известный способ включает следующие операции: оснащение чувствительным оптическим волокном протяженного объекта; производство импульсов когерентного оптического излучения; подачу импульсов в чувствительное оптическое волокно, имеющее определенную длину, расположенное вдоль протяженного объекта; прием сигналов обратного рассеяния и выделение сигнала, показывающего факт внешнего воздействия по возмущениям в указанном сигнале. Когерентное излучение в оптическом волокне при упругом рассеянии вследствие наличия хаотических микронеоднородностей, много меньших по размеру по сравнению с длиной волны излучения, дает в схеме рефлектометра хаотический по времени сигнал рассеяния (рефлектограмму), который остается неизменным при условии стабильности частоты и отсутствии воздействия на чувствительное оптическое волокно и изменяется при наличии тепловых или механических воздействий, которые в первую очередь проявляются при наличии утечек из трубопровода. По временному положению в рефлектограмме можно судить о координате местоположения воздействия на оптическое волокно.

Недостатком известного способа являются завышенные требования к когерентности оптического излучения, что усложняет его реализацию.

Известно устройство (US 5194847) по сути для мониторинга состояния протяженных объектов, выбранное в качестве прототипа и содержащее последовательно включенные источник когерентного излучения, средство для организации рефлектометрического канала, чувствительное оптическое волокно, а также соединенные со средством для организации рефлектометрического канала фотоприемник с усилителем и блок таймирования и регистрации.

Известное устройство имеет недостаток, состоящий в том, что контраст современных амплитудных модуляторов (основанных на электрооптическом эффекте) составляет типично 20 дБ (100 раз). Невозможность же получения достаточно контрастных импульсов ограничивает число независимых каналов измерения и достижимую длину чувствительного волокна. Кроме того, в устройстве предъявлены завышенные требования к ширине спектра оптического импульса.

Известны способ мониторинга состояния протяженных объектов, преимущественно продуктопроводов, и устройство для его осуществления, описанные в патенте 2287131 по кл. G01D 5/353, 06.09.2005 г., опубл. 10.11.2006 г.

Известный способ мониторинга состояния протяженных объектов заключается в оснащении чувствительным оптическим волокном протяженного объекта, производстве последовательности когерентных оптических импульсов длительностью Т с шириной спектра порядка 1/Т и временным интервалом T₁ между импульсами, организации рефлектометрического канала и подаче указанных импульсов в чувствительное оптическое волокно длиной L, регистрации амплитуды сигналов обратного рассеяния, сравнительном анализе указанных сигналов обратного рассеяния в последовательных рефлектограммах и выделении в них локальных изменений, указывающих на наличие факта воздействия на протяженный объект, а координату местоположения воздействия, обусловленного наличием выделенных локальных изменений, по длине чувствительного оптического волокна определяют положением этих изменений на рефлектограмме, при этом соблюдают условие, согласно которому длина L чувствительного оптического волокна такова, что временной интервал T₁ между импульсами превосходит величину 2L/V, где V - скорость света в чувствительном оптическом волокне, а регистрацию амплитуды сигналов обратного рассеяния осуществляют фотоприемником с временным разрешением не хуже длительности импульса Т. Данный способ реализуется посредством соответствующего устройства.

Устройство содержит последовательно включенные источник когерентного излучения, средство для организации рефлектометрического канала, чувствительное оптическое волокно, а также соединенные со средством для организации рефлектометрического канала фотоприемник с усилителем и блок таймирования и регистрации. При этом в состав устройства для мониторинга состояния протяженных объектов введен электронный импульсный модулятор, соединенный с блоком таймирования и регистрации и источником когерентного излучения, при этом источник когерентного излучения представляет собой полупроводниковый лазер, выполненный с возможностью работы в импульсном режиме с длительностью импульса Т и шириной спектра оптического излучения порядка 1/Т, фотоприемник имеет временное разрешение не хуже длительности импульса Т, а блок таймирования и регистрации включен в схему устройства для мониторинга состояния протяженных объектов с возможностью регистрации последовательности рефлектограмм-амплитуд сигналов обратного рассеяния и отслеживания на основании локальных изменений сигнала указанной последовательности рефлектограмм координаты внешнего воздействия на оптическое волокно, которым оснащен диагностируемый протяженный объект.

Здесь проблемой является неудовлетворительная дальность мониторинга, обусловленная тем, что протяженность трубопроводов, в том числе морских подводных, может быть в тысячи (а не в десятки) километров и задача повышения максимальной дальности мониторинга объекта представляется весьма актуальной. Кроме того, весьма сложными являются требования к параметрам оптических сигналов.

Известно устройство контроля движения объекта в трубопроводе, описанное в патенте РФ №2503879 по кл. F17D 5/00, G01N 21/00, 07.08.2012, опубл. 10.01.2014 г. и взятое в качестве прототипа.

Известное устройство контроля движения объекта в трубопроводе содержит последовательно соединенные приемный преобразователь создаваемых объектом акустических колебаний в электрический сигнал и блок анализа и отличается тем, что приемный преобразователь выполнен в виде когерентного рефлектометра, содержащего оптический источник, волоконно-оптический кабель, предназначенный для установки вдоль трубопровода в качестве распределенного датчика акустических колебаний, и приемник рассеянного излучения.

При этом волоконно-оптический кабель выполнен из комбинации последовательно соединенных отрезков оптических волокон, расположенных таким образом, что коэффициент рэлеевского рассеяния каждого последующего отрезка, начиная от оптического источника, больше коэффициента рэлеевского рассеяния предыдущего отрезка.

При этом устройство дополнительно снабжено автономным источником вибрации или акустических колебаний в диапазоне от 10 Гц до 5 кГц, предназначенным для установки на объекте.

Фактически известное устройство контроля представляет собой распределенный волоконно-оптический датчик, основой которого является рефлектометрическая система, содержащая источник излучения, средство регистрации обратно рассеянного излучения, оптическое волокно и фотоприемник (см. ст. Турбина А.И. и др. «Система мониторинга протяженных объектов «Омега»: новые возможности волоконно-оптических датчиков» в журн. «Русский инженер», 2015 г., №4, стр. 27-31).

Устройство работает следующим образом. При движении очистного, диагностического или иного контролируемого объекта (на чертеже не показан) в трубопроводе 1 возникает акустическое излучение вследствие соударения объекта со стенкой трубопровода, дросселирования жидкости через зазор между объектом и стенкой трубопровода или от автономного источника вибрации или акустических колебаний (не показан), установленного на объекте. Координата источника звука вдоль трубопровода 1 регистрируется приемным преобразователем - рефлектометром 2, а именно его распределенным датчиком акустических колебаний - чувствительным элементом в виде волоконно-оптического кабеля 3 следующим образом. Оптический источник рефлектометра 2 посылает оптические импульсы в расположенный вдоль трубопровода 1 измерительный волоконно-оптический кабель 3. В кабеле 3 под действием акустического излучения возникают периодические удлинения и сжатия волокна, приводящие к модуляции коэффициента рассеяния. Рассеянное излучение попадает на приемник рефлектометра 2, преобразуется в электрический сигнал и попадает в блок обработки 4. Блок обработки 4 формирует последовательность рефлектограмм и, сравнивая пары или большее число последовательных рефлектограмм, определяет место акустического воздействия, т.е. место расположения объекта в трубопроводе 1.

Таким образом, известный способ заключается в следующем.

Размещают вдоль трубопровода чувствительный элемент, представляющий собой распределенный волоконно-оптический датчик акустических колебаний в виде измерительного кабеля, в который с оптического источника посылают оптические импульсы. Под воздействием возникающих при движении через трубопровод жидкости или газа акустических колебаний происходит периодическое удлинение и сжатие оптического волокна, приводящее к модуляции поданного в него оптического сигнала. Этот модулированный сигнал попадает на фотоприемник, где преобразуется в электрический сигнал и попадает в блок обработки, который формирует последовательность рефлектограмм, сравнивая пары или большое число которых, определяют место акустического воздействия.

Рефлектометрический распределенный волоконно-оптический датчик акустических колебаний, установленный на трубопроводе, позволяет измерять температуру вдоль трубопровода, деформации трубы, происходящие вибрации, что дает возможность регистрировать утечки газа, подвижки грунта, незаконные врезки в газопровод, опасный по близости проезд транспорта.

Недостаток известного устройства и просматривающегося из него способа заключается в том, что оно недостаточно эффективно, т.к. не осуществляет контроль прохождения в трубопроводах твердых и жидких посторонних фракций в виде жидкости, льда и мусора. Это объясняется тем, что система и способ основаны на вторичном анализе воздействия на структуру оптического кабеля, т.е. на использовании распределенного волоконно-оптического датчика, но не имеют датчиков непосредственного контроля.

Кроме того, такая система и способ имеют ограниченные эксплуатационные возможности, поскольку они предназначены для контроля только одного трубопровода и движения объектов в нем, между тем как на практике есть острая необходимость контроля внешнего воздействия на трубопровод и сопутствующих ему сооружений.

Задачей является повышение точности и эффективности контроля при расширении эксплуатационных возможностей средств контроля.

Поставленная задача решается тем, что:

- в способе акустического обнаружения и локализации свищей в магистральных газовых трубопроводах и контроля состояния изоляторов и разъединителей воздушной линии катодной защиты трубопроводов, заключающемся в том, что размещают стационарно на объекте контроля - трубопроводе контролирующую аппаратуру в виде волоконно-оптических датчиков акустических сигналов, создают оптическое излучение, подают его в чувствительный оптический элемент волоконно-оптического датчика, принимают с его же помощью модулированные акустическим сигналом источника шума на объекте сигналы обратного рассеяния, преобразуют эти сигналы в электрические, фиксируют полученную информацию в вычислительном блоке, анализируют ее и на ее основе определяют наличие дефекта и локализацию его относительно мест размещения приемных модулей с точностью до участка, контролируемого датчиком, СОГЛАСНО ИЗОБРЕТЕНИЮ объектами контроля являются компрессорная станция и газовый трубопровод, в качестве исходной информации для контроля используют параметры воздушных акустических сигналов, сопровождающих выброс газа через свищ, для обнаружения которых в диапазоне от 0 до 500 кГц применяют высокочувствительные волоконно-оптические датчики, чувствительные элементы которых не требуют электропитания, и размещают последние последовательно на мачтах и столбах воздушной линии вдоль трассы газопровода с расстоянием от предыдущего приемного модуля в пределах удвоенного радиуса чувствительности микрофона и на высоте, обеспечивающей прямую слышимость для прохождения акустических сигналов со всего участка, контролируемого датчиком, после преобразования модулированных акустических сигналов в электрические их преобразуют в цифровые сигналы с помощью аналого-цифровых устройств, которыми снабжают преобразователи сигналов, требующие электропитания, которые стационарно размещают в узлах связи, полученную с преобразователей информацию передают в вычислительный блок с помощью системы распределенных контроллеров, осуществляющих амплитудную балансировку сигналов, и через сеть передачи данных;

- в системе акустического обнаружения и локализации свищей в магистральных газовых трубопроводах и контроля состояния изоляторов и разъединителей воздушной линии катодной защиты трубопроводов, содержащей размещенную стационарно на объекте контроля - трубопроводе контролирующую аппаратуру в виде волоконно-оптических акустических датчиков, включающих в себя источник излучения, приемный модуль - чувствительный элемент, оптическое волокно для передачи сигнала с чувствительного элемента в преобразователь сигнала, соединенный с входом блока анализа, при этом источник излучения соединен одной жилой оптического волокна с приемным модулем, который подключен к преобразователю сигнала - фотоприемнику, соединенному с вычислительным блоком, определяющим наличие дефекта и локализацию его относительно мест размещения приемных модулей с точностью до участка, контролируемого датчиком, СОГЛАСНО ИЗОБРЕТЕНИЮ объектом контроля являются компрессорная станция и тазовый трубопровод, для приема сигналов использованы датчики, представляющие собой высокочувствительные волоконно-оптические микрофоны, чувствительные элементы (приемные модули) которых представляют собой катушки с намотанным на них оптическим волокном и не требуют электропитания, преобразователи акустических сигналов представляют собой оптоэлектронные блоки с аналого-цифровыми устройствами, при этом чувствительные элементы расположены последовательно на мачтах и столбах воздушной линии вдоль трассы газопровода с расстоянием от предыдущего приемного модуля в пределах удвоенного радиуса чувствительности микрофона и на высоте, обеспечивающей прямую слышимость для прохождения акустических сигналов со всего участка, контролируемого микрофоном, преобразователи сигналов стационарно размещены в узлах связи, а приемные модули соединены с соответствующими оптоэлектронными блоками с использованием одной из жил оптоволоконного кабеля, преобразователи сигналов связаны с вычислительным блоком через систему распределенных контроллеров и через сеть передачи данных.

Использование в заявляемых средствах в качестве объектов контроля компрессорной станции и газового трубопровода расширяет их эксплуатационные возможности и повышает эффективность контроля. Использование в качестве исходной информации для контроля параметров воздушных акустических сигналов, сопровождающих выброс газа через свищ, в совокупности с применением для обнаружения которых в диапазоне от 0 до 500 кГц датчиков, представляющих собой высокочувствительные волоконно-оптические микрофоны, применение чувствительных элементов в виде катушек с намотанным на них оптическим волокном, не требующих электропитания и потому позволяющих их расположение последовательно на мачтах и столбах воздушной линии вдоль трассы газопровода с расстоянием от предыдущего приемного модуля в пределах удвоенного радиуса чувствительности микрофона и на высоте, обеспечивающей прямую слышимость для прохождения акустических сигналов со всего участка, контролируемого микрофоном, выполнение преобразователей акустических сигналов в виде оптоэлектронных блоков с аналого-цифровыми устройствами, в совокупности с размещением их, как требующих электропитания, стационарно в узлах связи при соединении их с чувствительными элементами одной из жил оптоволоконного кабеля и передаче полученной с волоконно-оптических микрофонов информации в блок анализа через систему распределенных контроллеров, осуществляющих амплитудную балансировку сигналов, и через сеть передачи данных, повышает точность и эффективность контроля и также расширяет эксплуатационные возможности в плане обеспечения контроля состояния изоляторов и разъединителей воздушной линии катодной защиты трубопроводов.

Технический результат - повышение точности и эффективности контроля при расширении эксплуатационных возможностей средств контроля.

Заявляемый способ обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него наличием таких существенных признаков, как использование в качестве объектов контроля компрессорной станции и газового трубопровода, использование в качестве исходной информации для контроля параметров воздушных акустических сигналов, сопровождающих выброс газа через свищ, применение для обнаружения акустических сигналов в диапазоне от 0 до 500 кГц высокочувствительных датчиков, использование чувствительных элементов, не требующих электропитания, и расположение их последовательно на мачтах и столбах воздушной линии вдоль трассы газопровода с расстоянием от предыдущего приемного модуля в пределах удвоенного радиуса чувствительности микрофона и на высоте, обеспечивающей прямую слышимость для прохождения акустических сигналов со всего участка, контролируемого микрофоном, размещение требующих электропитания преобразователей сигналов стационарно в узлах связи, соединение чувствительных элементов с соответствующими оптоэлектронными блоками с использованием одной из жил оптоволоконного кабеля, передача полученной с волоконно-оптических микрофонов информации в блок анализа через систему распределенных контроллеров, осуществляющих амплитудную балансировку сигналов и через сеть передачи данных, обеспечивающих в совокупности достижение заданного результата.

Заявляемая система обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него такими существенными признаками, как использование в качестве объектов контроля компрессорной станции и газового трубопровода, использование для приема сигналов датчиков, представляющих собой высокочувствительные волоконно-оптические микрофоны, чувствительные элементы (приемные модули) которых представляют собой катушки с намотанным на них оптическим волокном и не требуют электропитания, выполнение преобразователей акустических сигналов в виде оптоэлектронных блоков с аналого-цифровыми устройствами, расположение чувствительных элементов последовательно на мачтах и столбах воздушной линии вдоль трассы газопровода с расстоянием от предыдущего приемного модуля в пределах удвоенного радиуса чувствительности микрофона и на высоте, обеспечивающей прямую слышимость для прохождения акустических сигналов со всего участка, контролируемого микрофоном, размещение преобразователей сигналов стационарно в узлах связи, соединение приемных модулей с соответствующими оптоэлектронными блоками с использованием одной из жил оптоволоконного кабеля, связь преобразователей сигналов с блоком анализа через систему распределенных контроллеров и через сеть передачи данных, обеспечивающими в совокупности достижение заданного результата.

Хотя контроль компрессорной станции и газопровода сами по себе и известны, однако использование в качестве исходной информации для контроля параметров воздушных акустических сигналов, сопровождающих выброс газа через свищ в совокупности с применением для обнаружения акустических сигналов в диапазоне от 0 до 500 кГц высокочувствительных датчиков, выполненных в виде волоконно-оптических микрофонов, и выполнением чувствительных элементов (приемных модулей) в виде катушек с намотанным на них оптическим волокном, не требующих электропитания и потому позволяющих расположение их последовательно на мачтах и столбах воздушной линии вдоль трассы газопровода с расстоянием от предыдущего приемного модуля в пределах удвоенного радиуса чувствительности микрофона и на высоте, обеспечивающей прямую слышимость для прохождения акустических сигналов со всего участка, контролируемого микрофоном, не известно из уровня техники, что в совокупности с размещением требующих электропитания преобразователей сигналов, выполненных в виде оптоэлектронных блоков микрофонов стационарно в узлах связи при соединении их с чувствительными элементами с использованием одной из жил оптоволоконного кабеля, при передаче полученной с волоконно-оптических микрофонов информации в блок анализа через систему распределенных контроллеров, осуществляющих амплитудную балансировку сигналов и через сеть передачи данных, обеспечивает в совокупности с ранее не использованными вышеуказанными отличительными признаками достижение заданного результата. На основании вышеизложенного заявитель считает, что заявляемые им средства акустического обнаружения и локализации свищей в магистральных газовых трубопроводах и контроля состояния изоляторов и разъединителей воздушной линии катодной защиты трубопроводов соответствуют критерию «изобретательский уровень».

Возможно широкое использование заявляемых средств в нефтегазовой промышленности для контроля трубопроводов для обнаружения утечек и внешних воздействий на трубопроводы обеспечивает соответствие их критерию «промышленная применимость».

Заявляемая группа изобретений иллюстрируется чертежами, где представлены:

фиг. 1 - функциональная схема системы, реализующей заявляемый способ;

фиг. 2 - функциональная схема волоконно-оптического датчика;

фиг. 3. - вид чувствительного элемента;

фиг. 4 - пример реального размещения системы на объекте контроля.

Заявляемый способ заключается в следующем.

На объектах контроля - компрессорной станции и газопроводе - размещают контролирующую аппаратуру в виде датчиков акустических сигналов. Создают оптическое излучение, подают его в чувствительный оптический элемент волоконно-оптического датчика. При этом в качестве исходной информации для контроля используют параметры воздушных акустических сигналов, сопровождающих выброс газа через свищ. Для обнаружения этих сигналов в диапазоне от 0 до 500 кГц применяют высокочувствительные волоконно-оптические датчики, чувствительные элементы которых, не требующие электропитания, размещают последовательно на мачтах и столбах воздушной линии вдоль трассы газопровода с расстоянием от предыдущего приемного модуля в пределах удвоенного радиуса чувствительности микрофона и на высоте, обеспечивающей прямую слышимость для прохождения акустических сигналов со всего участка, контролируемого датчиком. Принятые акустические сигналы, промодулированные акустическим сигналом источника шума, преобразуют сначала в электрические, а затем в цифровые сигналы с помощью аналого-цифровых устройств, которыми снабжены преобразователи сигналов, требующие электропитания, и которые стационарно размещены в узлах связи. Полученную с преобразователей информацию передают в вычислительный блок с помощью системы распределенных контроллеров, осуществляющих амплитудную балансировку сигналов, и через сеть передачи данных. В вычислительном блоке фиксируют полученную информацию, анализируют ее и на ее основе определяют наличие дефекта и локализацию его относительно мест размещения приемных модулей с точностью до участка, контролируемого датчиком.

Система, реализующая заявляемый способ, содержит размещенные на компрессорной станции 1 и газовом трубопроводе 2 волоконно-оптические акустические датчики 3 (фиг. 1). Акустические датчики выполнены в виде высокочувствительных волоконно-оптических микрофонов 3 и каждый из них включает в себя источник 4 излучения, чувствительный элемент 5 (приемный модуль), оптическое волокно 6 для передачи сигнала с чувствительного элемента 5 в преобразователь 7 сигнала (фиг. 2). Датчики 3 связаны с входом блока 8 анализа через систему 9 распределенных контроллеров, осуществляющих амплитудную балансировку сигналов, и через сеть 10 передачи данных. Сеть 10 передачи данных может быть выполнена из оптического волокна или быть радиорелейной, либо быть комбинированной: на некоторых участках - волоконно-оптической, а на других - радиорелейной. При этом чувствительный элемент 5 выполнен в виде диэлектрической плоской катушки 11 с намотанным на нее одинарным оптическим волокном 12, не требующей электропитания (фиг. 3). Чувствительные элементы 5 (приемные модули) расположены последовательно на мачтах 13 радиорелейной технологической связи и столбах 14 воздушной линии (ВЛ) - 10 кВ катодной защиты вдоль трассы газопровода с расстоянием от предыдущего чувствительного элемента 5 в пределах удвоенного радиуса чувствительности микрофона 3 и на высоте, обеспечивающей прямую слышимость для прохождения акустических сигналов со всего участка, контролируемого волоконно-оптическим микрофоном 3 (фиг. 1).

Для столбов 14 воздушной линии расстояние удвоенного радиуса равно 4-7 км, для мачт 13 расстояние удвоенного радиуса составляет 18-25 км. Требующие электропитания преобразователи 7 сигналов (оптоэлектронные блоки, снабженные аналого-цифровыми устройствами) стационарно размещены в узлах, аппаратных и контейнерах 15 связи. Чувствительные элементы 5 (приемные модули) соединены с соответствующими преобразователями - оптоэлектронными блоками 7 с использованием одной из жил оптоволоконного кабеля 6. Полученную с волоконно-оптических микрофонов 3 информацию передают в вычислительный блок 8 через систему 9 распределенных контроллеров, осуществляющих амплитудную балансировку сигналов, и через сеть 10 передачи данных. Вычислительный блок 8 служит для фиксации и анализа полученной информации. Распределенные контроллеры 9 - это контроллеры с удаленными модулями ввода-вывода, выполненными в отдельных корпусах, которые соединяются с модулем контроллера по сети (обычно на основе интерфейса RS-485) и могут быть расположены на расстоянии до 1,2 км от процессорного модуля.

При этом можно еще пояснить следующее.

На столбах 14 катодной защиты волоконно-оптические микрофоны 3 располагаются через 4-7 км и как раз на таких расстояниях под столбом 14 есть блок-контейнер 15, где можно разместить оборудование системы (см. фиг. 4), а также располагается оборудование связи и СПД газовиков. Но это возможно в том случае, когда подвешена волоконно-оптическая линия 10 связи (ВОЛС) для организации связи. Тогда такие короткие расстояния позволяют селективно и точно определить участок и место возникновения свища и пробоя изолятора. Где нет волокна, там сеть передачи данных работает по радиорелейной линии 10 (РРЛ). Тогда волоконно-оптический микрофон 3, контроллер 9 располагаются в контейнере 15 аппаратной центральной радиорелейной линии (ЦРРЛ) 10. Катушка 11 по собственному ВОЛС выносится высоко на мачту 13 метров на 40. Участок локации - удвоенного радиуса 18-25 км между мачтами 13 ЦРРЛ. В этом случае снижается селективность определения участка и точность определения места свища. Но факт возникновения свища фиксируется с той же точностью. А вот контроль пробоя изоляторов резко ухудшается. Поэтому система перспективнее при подвешенном магистральном ВОЛС по линиям электрохимзащиты (ЭХЗ).

Датчики 3 расположены на первой опоре или мачте 13, стоящей рядом с компрессорной станцией (КС) 1, и далее на необходимых и возможных расстояниях рядом с трубопроводом 2 или на столбе 14 или на мачте 13. Датчик 3 может на КС 1 находиться и на иной господствующей высоте, лишь бы «смотрел» вдоль оси уходящего трубопровода 2.

Узел 15 связи стационарный и находится прямо в здании КС, контейнеры и аппаратные находятся на территории станции устройств катодной защиты (УКЗ) (пример на фиг. 4) или это контейнер - аппаратная ЦРРЛ. Эти контейнеры и аппаратные 15 находятся на расстоянии 15-100 м от трубопроводов 2.

Система работает следующим образом.

При выбросе газа через свищ акустические сигналы от источника шума в диапазоне от 0 до 500 кГц на объекте - трубопроводе 2 регистрируются с помощью приемных модулей - чувствительных элементов 5, в которые от источника 4 излучения поступает оптическое излучение по кабелю 6. Оптическое излучение от источника 4 модулируется принятым акустическим сигналом в чувствительном элементе 5. Модулированное акустическим сигналом источника шума оптическое излучение по волоконно-оптическому кабелю 6, представляющее собой зарегистрированный акустический сигнал, поступает в преобразователь 7 сигнала (фотоприемник), где преобразуется в электрический сигнал, поступающий затем в вычислительный блок 8. Полученная таким образом с волоконно-оптических датчиков информация фиксируется в блоке 8 и на ее основе определяется наличие дефекта и локализация его относительно мест размещения чувствительных элементов - приемных модулей 5 с точностью до участка, контролируемого датчиком 3.

В сравнении с прототипом заявляемые средства акустического обнаружения и локализации свищей в магистральных газовых трубопроводах и контроля состояния изоляторов и разъединителей воздушной линии катодной защиты трубопроводов имеют более широкие эксплуатационные возможности и обеспечивают большую точность и эффективность обнаружения и локализации свищей в упомянутых объектах контроля.

Группа изобретений относится к средствам для наблюдения за трубопроводами с использованием измерительных устройств, в частности акустических оптоволоконных средств, и может быть использована для диагностики и мониторинга трубопроводов в нефтегазовой, химической и других отраслях промышленности. Заявляемый способ и система, реализующая способ, заключается в следующем. На объектах контроля - компрессорной станции (1) и газопроводе (2) - размещают контролирующую аппаратуру в виде волоконно-оптических датчиков акустических сигналов (3). Создают оптическое излучение, подают его в чувствительный оптический элемент (5) волоконно-оптического датчика. В качестве исходной информации для контроля используют параметры воздушных акустических сигналов, сопровождающих выброс газа через свищ. Для обнаружения этих сигналов применяют высокочувствительные волоконно-оптические датчики, чувствительные элементы которых, не требующие электропитания, размещают последовательно на мачтах (13) и столбах воздушной линии (14) вдоль трассы газопровода. Принятые акустические сигналы преобразуют с помощью аналого-цифровых устройств (9), стационарно размещенных в узлах связи (15). Полученную с преобразователей информацию передают (10) в вычислительный блок (8), анализируют ее и определяют наличие дефекта и локализацию его относительно мест размещения приемных модулей с точностью до участка. Технический результат – повышение точности и эффективности контроля при расширении эксплуатационных возможностей объектов контроля в плане обеспечения контроля состояния изоляторов и разъединителей воздушной линии катодной защиты трубопроводов. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ акустического обнаружения и локализации свищей в магистральных газовых трубопроводах и контроля состояния изоляторов и разъединителей воздушной линии катодной защиты трубопроводов, заключающийся в том, что размещают стационарно на объекте контроля - трубопроводе контролирующую аппаратуру в виде волоконно-оптических датчиков акустических сигналов, создают оптическое излучение, подают его в чувствительный оптический элемент волоконно-оптического датчика, принимают с его же помощью модулированные акустическим сигналом источника шума на объекте сигналы обратного рассеяния, преобразуют эти сигналы в электрические, фиксируют полученную информацию в вычислительном блоке, анализируют ее и на ее основе определяют наличие дефекта и локализацию его относительно мест размещения приемных модулей с точностью до участка, контролируемого датчиком, отличающийся тем, что объектами контроля являются компрессорная станция и газовый трубопровод, в качестве исходной информации для контроля используют параметры воздушных акустических сигналов, сопровождающих выброс газа через свищ, для обнаружения которых в диапазоне от 0 до 500 кГц применяют высокочувствительные волоконно-оптические датчики, чувствительные элементы которых не требуют электропитания, и размещают последние последовательно на мачтах и столбах воздушной линии вдоль трассы газопровода с расстоянием от предыдущего приемного модуля в пределах удвоенного радиуса чувствительности микрофона и на высоте, обеспечивающей прямую слышимость для прохождения акустических сигналов со всего участка, контролируемого датчиком, после преобразования модулированных акустических сигналов в электрические их преобразуют в цифровые сигналы с помощью аналого-цифровых устройств, которыми снабжают преобразователи сигналов, требующие электропитания, которые стационарно размещают в узлах связи, полученную с преобразователей информацию передают в вычислительный блок с помощью системы распределенных контроллеров, осуществляющих амплитудную балансировку сигналов, и через сеть передачи данных.

2. Система акустического обнаружения и локализации свищей в магистральных газовых трубопроводах и контроля состояния изоляторов и разъединителей воздушной линии катодной защиты трубопроводов, содержащая размещенную стационарно на объекте контроля - трубопроводе контролирующую аппаратуру в виде волоконно-оптических акустических датчиков, включающих в себя источник излучения, приемный модуль в виде чувствительного элемента, оптическое волокно для передачи сигнала с чувствительного элемента в преобразователь сигнала, соединенный с входом вычислительного блока, при этом источник излучения соединен одной жилой оптического волокна с приемным модулем, который подключен к преобразователю сигнала - фотоприемнику, соединенному с вычислительным блоком, определяющим наличие дефекта и локализацию его относительно мест размещения приемных модулей с точностью до участка, контролируемого датчиком, отличающаяся тем, что объектом контроля являются компрессорная станция и газовый трубопровод, акустические датчики выполнены в виде высокочувствительных волоконно-оптических микрофонов, чувствительные элементы которых представляют собой катушки с намотанным на них оптическим волокном и не требуют электропитания, преобразователи акустических сигналов представляют собой оптоэлектронные блоки с аналого-цифровыми устройствами, при этом чувствительные элементы расположены последовательно на мачтах и столбах воздушной линии вдоль трассы газопровода с расстоянием от предыдущего приемного модуля в пределах удвоенного радиуса чувствительности микрофона и на высоте, обеспечивающей прямую слышимость для прохождения акустических сигналов со всего участка, контролируемого микрофоном, и соединены с помощью одной из жил оптоволоконного кабеля с соответствующими оптоэлектронными блоками, которые стационарно размещены в узлах связи и связаны с вычислительным блоком через систему распределенных контроллеров и через сеть передачи данных.

3. Система по п. 2, отличающаяся тем, что сеть передачи данных выполнена из оптического волокна.

4. Система по п. 2, отличающаяся тем, что сеть передачи данных выполнена в виде радиорелейной линии связи.

5. Система по п. 2, отличающаяся тем, что сеть передачи данных выполнена комбинированной - на отдельных участках из оптического волокна, а на других - в виде радиорелейной линии связи.