СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТА НАХОЖДЕНИЯ УТЕЧКИ ЖИДКОСТИ ИЗ ТРУБОПРОВОДА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕСКОНТАКТНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТА НАХОЖДЕНИЯ УТЕЧКИ ЖИДКОСТИ ИЗ ТРУБОПРОВОДА Российский патент 2019 года по МПК F17D5/02 

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известен способ и устройство определения места течи в подземном трубопроводе, раскрытый в RU 2206817 С1, опубл. 20.06.2003 (I). В (I) раскрыто наведение на коммуникацию с помощью генератора электромагнитного сигнала на трубопровод. После чего перемещают приемник вдоль трассы подземного трубопровода, периодически производят в точке наблюдения не менее двух последовательных измерений напряженности электромагнитного поля, определяют разностный сигнал двух последовательных измерений, интегрируют разностный сигнал, делят разностный сигнал на проинтегрированный разностный сигнал, сравнивают полученное значение с заданным пороговым значением и в случае превышения заданного порогового значения определяют место течи в подземном трубопроводе на трассе.

Недостатками, известного из (I) технического решения, является то, что данный способ не защищен от помех, связанных с искажением амплитуды магнитного поля за счет смещения от вертикали над трассой, наличия в грунте неоднородностей и посторонних включений.

Кроме того, из уровня техники известен способ и устройство определения места утечки жидкости из трубопровода, раскрытый в SU 1781577 А1, опубл. 15.12.1992, прототип, в котором посредством генератора в трубопроводе возбуждается электрический ток, который вызывает электромагнитное излучение как в трубопроводе, так и в жидкости, истекающей из отверстия в трубопроводе. Вокруг струи жидкости возникает вторичное электромагнитное излучение, которое по своей мощности, существенно слабее излучения трубопровода. Поэтому в данном изобретении в качестве приемного предлагается устройство, содержащее первую рамочную антенну, соединенный с ней первый приемник, вторую рамочную антенну, плоскость которой ориентирована под углом 90° к плоскости первой рамочной антенны и которая подключена к входу второго приемника. Первый приемник включает в себя последовательно соединенные первый полосовой фильтр, амплитудный детектор, индикатор трассы, второй приемник включает в себя последовательно соединенные второй полосовой фильтр, вычитатель, фазовый детектор, первый интегратор и регулируемый усилитель, сигнальный вход которого соединен с входом опорного сигнала фазового детектора и с выходом первого полосового фильтра, а выход регулируемого усилителя соединен с вычитающим входом вычитателя, не вычитающий вход которого соединен с выходом второго полосового фильтра, последовательно соединенные с выходом вычитателя синхронный детектор, включающий в себя схему фазовой автоподстройки частоты, и фазовый детектор, вход опорного сигнала которого соединен с выходом схемы фазовой автоподстройки частоты, вход которой соединен с сигнальным входом фазового детектора и является входом синхронного детектора, выходом которого является выход фазового детектора, второй интегратор, схему выборки и хранения, подключенную выходом к индикатору течи, последовательно соединенные генератор импульсов и схему задержки, вход которой объединен с управляющим входом схемы выборки и хранения, а выход схемы задержки соединен с управляющим входом интегратора. При этом место течи определяется при проявлении максимума напряжения при перемещении устройства вдоль трассы трубопровода.

Недостатком прототипа является невозможность идентифицировать изменение направление вектора магнитного поля и индицировать место расположения трубопровода. При проведении измерений оператор должен держать прибор в строго заданном положении, т.к. поворот прибора может интерпретироваться как наличие утечки.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей заявленной группы изобретений является разработка способа и устройства определения места течи в трубопроводе, обеспечивающих точность определения 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 определения места нахождения утечки жидкости из трубопровода включает следующие этапы:

- возбуждение электромагнитного излучения в трубопроводе;

- установка над предполагаемым местом прохождения трубопровода по крайней мере одного блока датчиков электромагнитного поля, выполненного в виде двух пар антенн;

- измерение ориентации вектора электромагнитной индукции и уровня напряженности электромагнитного поля;

- перемещение по крайней мере, одного блока датчиков электромагнитного поля над трубопроводом вдоль его предполагаемой трассы прохождения в новую точку измерения;

- измерение ориентации вектора электромагнитной индукции и уровня напряженности электромагнитного поля в новой точке измерения;

- повторение этапов перемещения по крайней мере, одного блока датчиков электромагнитного поля над трубопроводом вдоль его предполагаемой трассы прохождения и измерения ориентации вектора электромагнитной индукции и уровня напряженности электромагнитного поля необходимое количество раз;

- определение места расположения утечки по изменению амплитуды и/или направления вектора электромагнитной индукции.

В блоке датчиков электромагнитного поля первая пара антенн выполнены взаимно перпендикулярными, а вторая пара антенн расположены в плоскости, ортогональной плоскостям первой пары антенн, при этом одна из сторон второй пары антенн расположена на одной линии, проходящей через центр первой пары антенн.

Указанный технический результат достигается также за счет того, что устройство для бесконтактного определения места утечки жидкости из трубопровода содержит генератор электрического тока, по крайней мере, один блок датчиков электромагнитного поля, выполненный в виде двух пар антенн. При этом блок датчиков электромагнитного поля соединен с блоком предусилителей, соединенным с аналого-цифровым преобразователем (АЦП), соединенным с микропроцессором, с которым соединен блок памяти и индикатор.

В блоке датчиков электромагнитного поля первая пара антенн выполнены взаимно перпендикулярными, а вторая пара антенн расположены в плоскости, ортогональной плоскостям первой пары антенн, при этом одна из сторон второй пары антенн расположена на одной линии, проходящей через центр первой пары антенн.

Антенны выполнены в виде катушек индуктивности.

Антенны имеют прямоугольную форму.

Первая пара антенн имеют форму окружности, а вторая пара антенн имеют форму полуокружностей.

При использовании двух блоков датчиков электромагнитного поля, блоки датчиков электромагнитного поля расположены на фиксированном расстоянии по вертикали друг от друга.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

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

Фиг. 1 - Расположение элементов устройства относительно трубопровода.

Фиг. 2 - Блок датчиков электромагнитного поля.

Фиг. 3 - Система датчиков электромагнитного поля, состоящая из двух блоков датчиков электромагнитного поля.

Фиг. 4 - Блок-схема устройства.

1 - первый блок датчиков электромагнитного поля; 2 - первая антенна; 3 - вторая антенна; 4 - третья антенна; 5 - четвертая антенна; 6 - генератор электрического тока; 7 - блок предусилителей; 8 - АЦП; 9 - микропроцессор; 10 - блок памяти; 11 - индикатор; 12 - трубопровод; 13 - место утечки; 14 - уровень грунта; 15 - второй блок датчиков электромагнитного поля; В_т - вектор электромагнитной индукции, создаваемый трубопроводом; В_у - вектор электромагнитной индукции, создаваемый током через утечку; В₀ - суммарный вектор электромагнитной индукции, создаваемый трубопроводом и переменным током через утечку.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Устройство для бесконтактного определения места утечки жидкости из трубопровода содержит генератор (6) электрического тока, установленный на грунте (14), по крайней мере, один блок датчиков (1) электромагнитного поля, выполненного в виде двух пар антенн (2-5). При этом блок датчиков (1) электромагнитного поля соединен с блоком (7) предусилителей, который соединен с АЦП (8), соединенным с микропроцессором (9), с которым соединен блок памяти (10) и индикатор (11).

В блоке датчиков (1) электромагнитного поля первая пара антенн (2, 3) выполнены взаимно перпендикулярными, а вторая пара антенн (4, 5) расположены в плоскости, ортогональной плоскостям первой пары антенн (2, 3), при этом одна из сторон второй пары антенн (4, 5)расположена на одной линии, проходящей через центр первой пары антенн (2,3).

Антенны (2-5) выполнены в виде катушек индуктивности.

Антенны (2-5) имеют прямоугольную форму.

Первая пара антенн (2, 3) имеют форму окружности, а вторая пара антенн (4, 5) имеют форму полуокружностей.

При использовании двух блоков (1, 15) датчиков электромагнитного поля, блоки датчиков (1, 15) электромагнитного поля расположены на фиксированном расстоянии по вертикали друг от друга.

При использовании одного блока (1) датчиков электромагнитного поля, он соединен с корпусом устройства при помощи штанги, а также электрически соединен с блоком (7) предусилителей, расположенным в корпусе устройства. При этом блок (7) предусилителей электрически соединен с остальными элементами устройства, раскрытые на блок-схеме (см. Фиг. 4).

При использовании двух блоков (1, 15) датчиков электромагнитного поля, первый блок (1) датчиков электромагнитного поля соединен с корпусом устройства при помощи штанги, а также электрически соединен с блоком (7) предусилителей, расположенным в корпусе устройства. При этом блок (7) предусилителей электрически соединен с остальными элементами устройства, раскрытые на блок-схеме (см. Фиг. 4). При этом первый (1) и второй (15) блоки датчиков электромагнитного поля соединены между собой при помощи штанги на фиксированном расстоянии, а также блоки (1, 15) датчиков электромагнитного поля электрически соединены между собой.

Способ определения места нахождения утечки жидкости из трубопровода с использованием заявленного устройства осуществляют следующим образом.

Сначала осуществляют возбуждение электромагнитного излучения в трубопроводе при помощи генератора (6) электрического тока, который подключают при помощи первого провода к одному концу трубопровода, а второй провод генератора (6) электрического тока заземляют, при этом второй конец трубопровода также заземляют. С помощь генератора (6) электрического тока создают переменный ток (I₁) в трубопроводе, который, в свою очередь, создает изменяющееся электромагнитное поле над трубопроводом.

Затем осуществляют установку над предполагаемым местом прохождения трубопровода блока (1) датчиков электромагнитного поля с корпусом устройства. При этом блока (1) датчиков электромагнитного поля выполнен в виде двух пар антенн (2-5), при этом поля первая пара антенн (2, 3) выполнены взаимно перпендикулярными, а вторая пара антенн (4, 5) расположены в плоскости, ортогональной плоскостям первой пары антенн (2, 3), при этом одна из сторон второй пары антенн (4, 5) расположена на одной линии, проходящей через центр первой пары антенн (2, 3).

После чего осуществляют измерение ориентации вектора (В_т) электромагнитной индукции, создаваемого трубопроводом, и уровня напряженности (амплитуды) электромагнитного поля при помощи заявленного устройства, расположенного над предполагаемым местом прохождения трубопровода. Измерение ориентации вектора электромагнитной индукции и уровня напряженности электромагнитного поля осуществляют за счет того, что сигнал электромагнитного поля от трубопровода принимается четырьмя антеннами (2-5) блока (1) датчиков электромагнитного поля. С блока датчиков сигнал поступает на блок предусилителей (7), где усиливается, и поступает на вход АЦП (8) и оцифровывается в нем, с которого цифровой сигнал поступает в микропроцессор (9). В микропроцессоре рассчитывается амплитуда сигнала, направление вектора электромагнитной индукции, а так же разница уровня сигналов антенн (4 и 5). Результаты расчетов выводятся на индикатор (11) и заносятся в блок памяти (10).

Затем осуществляют перемещение блока (1) датчиков электромагнитного поля над трубопроводом вдоль его предполагаемой трассы прохождения в новую точку измерения и осуществляют измерение ориентации вектора электромагнитной индукции и уровня напряженности электромагнитного поля в новой точке измерения, как описано выше. При этом повторение этапов перемещения блока (1) датчиков электромагнитного поля над трубопроводом вдоль его предполагаемой трассы прохождения и измерения ориентации вектора электромагнитной индукции и уровня напряженности электромагнитного поля необходимое количество раз до тех пор, пока заявленное устройство не окажется над местом утечки (13).

При наличии утечки, в месте утечки (13) происходит изменение величины переменного тока (I₂) в трубопроводе, т.к. часть переменного тока (I₃) протекает через воду. Соответственно уменьшается уровень напряженности (амплитуда) вектора электромагнитной индукции. Кроме того, переменный ток (I₃), протекающий по воде, создает электромагнитное излучение от места утечки (13), направление вектора (В_у) электромагнитной индукции, создаваемый переменным током через утечку, ортогонально направлению вектора от трубопровода. В месте утечки оба вектора (В_т и В_у) электромагнитной индукции складываются и изменяется направление суммарного вектора (В₀) электромагнитной индукции. На некотором расстоянии от утечки суммарный вектора (В₀) электромагнитной индукции принимает свое первоначальное положение.

Место расположения утечки (13) определяют по изменению (снижению) амплитуды и/или направления суммарного вектора (В₀) электромагнитной индукции.

При использовании двух блоков (1, 15) датчиков электромагнитного поля, расположенных на фиксированном расстоянии по вертикали друг от друга, способ определения места нахождения утечки жидкости из трубопровода осуществляется аналогично, как описано выше, за исключением того, что два блока (1, 15) датчиков электромагнитного поля перемещаются вдоль предполагаемой трассы прохождения трубопровода одновременно и измерения осуществляются двумя датчиками, что позволяет дополнительно повысить точность определения места положения прибора, и выявить посторонние помехи за счет сравнения величины направления вектора и амплитуды сигнала.

Применение в заявленном блоке датчиков четырех антенн (2-5) и их взаимное расположение обеспечивает прохождение осей пар антенн (2 и 3) через одну точку, при этом суммарное поле антенн (3 и 4) также проходит через ту же точку. Что позволяет рассчитать ориентацию вектора электромагнитной индукции и уровень напряженности (амплитуду) электромагнитного поля в заданной точке с высокой точностью, следовательно, позволяет определить место нахождения течи в трубопроводе с высокой точностью и достоверностью.

Кроме того, пара антенн (2 и 3) выполнены взаимно перпендикулярными, что обеспечивает точность и упрощение расчета ориентации вектора электромагнитной индукции и уровня напряженности (амплитуды) электромагнитного поля в заданной точке, т.к. указанные пары антенн измеряют величину проекции вектора электромагнитной индукции и уровень напряженности электромагнитного поля в заданной точке на взаимно ортогональные оси, что позволяет определить место нахождения течи в трубопроводе с высокой точностью и достоверностью. По этой же причине суммарная ось антенн (4 и 5) ортогональна осям антенн (2 и 3).

Определенная разница уровней сигнала антенн (4 и 5) используется для определения места нахождения заявленного устройства над трубопроводом, что позволяет более точно установить заявленное устройство над трубопроводом и провести более точное измерение ориентации вектора электромагнитной индукции и уровня напряженности (амплитуды) электромагнитного поля, что позволяет определить место нахождения течи в трубопроводе с высокой точностью и достоверностью. Наличие разницы уровней сигналов говорит о смещении прибора относительно оси трубопровода.

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 способу и устройству определения места нахождения утечки жидкости из трубопровода, например, нефтепроводов, теплотрасс. Техническим результатом заявленной группы изобретений является повышение точности и достоверности определения места нахождения течи в трубопроводе. Способ включает следующие этапы: возбуждение электромагнитного излучения в трубопроводе; установка над предполагаемым местом прохождения трубопровода по крайней мере одного блока датчиков электромагнитного поля, выполненного в виде двух пар антенн; измерение ориентации вектора электромагнитной индукции и уровня напряженности электромагнитного поля; перемещение по крайней мере одного блока датчиков электромагнитного поля над трубопроводом в новую точку измерения; измерение ориентации вектора электромагнитной индукции и уровня напряженности электромагнитного поля в новой точке измерения; повторение этапов перемещения по крайней мере одного блока датчиков электромагнитного поля над трубопроводом и измерения ориентации вектора электромагнитной индукции и уровня напряженности электромагнитного поля необходимое количество раз; определение места расположения утечки по изменению амплитуды и/или направления вектора электромагнитной индукции. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ определения места нахождения утечки жидкости из трубопровода, включающий следующие этапы:

- возбуждение электромагнитного излучения в трубопроводе;

- установка над предполагаемым местом прохождения трубопровода по крайней мере одного блока датчиков электромагнитного поля, выполнен в виде двух пар антенн;

- измерение ориентации вектора электромагнитной индукции и уровня напряженности электромагнитного поля;

- перемещение по крайней мере одного блока датчиков электромагнитного поля над трубопроводом вдоль его предполагаемой трассы прохождения в новую точку измерения;

- измерение ориентации вектора электромагнитной индукции и уровня напряженности электромагнитного поля в новой точке измерения;

- повторение этапов перемещения по крайней мере одного блока датчиков электромагнитного поля над трубопроводом вдоль его предполагаемой трассы прохождения и измерения ориентации вектора электромагнитной индукции и уровня напряженности электромагнитного поля необходимое количество раз;

- определение места расположения утечки по изменению амплитуды и/или направления вектора электромагнитной индукции.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в блоке датчиков электромагнитного поля первая пара антенн выполнены взаимно перпендикулярными, а вторая пара антенн расположены в плоскости, ортогональной плоскостям первой пары антенн, при этом одна из сторон второй пары антенн расположена на одной линии, проходящей через центр первой пары антенн.

3. Устройство для бесконтактного определения места утечки жидкости из трубопровода для осуществления способа по п. 1, содержащее генератор электрического тока, по крайней мере один блок датчиков электромагнитного поля, выполненный в виде двух пар антенн, при этом блок датчиков электромагнитного поля соединен с блоком предусилителей, соединенным с аналого-цифровым преобразователем, соединенным с микропроцессором, с которым соединен блок памяти и индикатор.

4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что в блоке датчиков электромагнитного поля первая пара антенн выполнены взаимно перпендикулярными, а вторая пара антенн расположены в плоскости, ортогональной плоскостям первой пары антенн, при этом одна из сторон второй пары антенн расположена на одной линии, проходящей через центр первой пары антенн.

5. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что антенны выполнены в виде катушек индуктивности.

6. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что антенны имеют прямоугольную форму.

7. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что первая пара антенн имеют форму окружности, а вторая пара антенн имеют форму полуокружностей.

8. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что при использовании двух блоков датчиков электромагнитного поля блоки датчиков электромагнитного поля расположены на фиксированном расстоянии по вертикали друг от друга.