Способ обнаружения несанкционированных врезок в трубопровод Российский патент 2019 года по МПК F17D5/00 

Изобретение относится к области трубопроводного транспорта и может быть использовано для обнаружения местоположения несанкционированных врезок в трубопровод. Проблема обнаружения несанкционированных врезок, предотвращения хищения, главным образом нефтепродуктов, является одной из самых актуальных и сложных проблем эксплуатации трубопроводов. В последнее время в связи с участившимися случаями несанкционированных врезок в нефтепроводы возникла потребность в технических средствах, позволяющих оперативно, с высокой долей достоверности и с минимальными материальными затратами, определять места нахождения несанкционированных врезок.

Известны внутритрубные магнитные дефектоскопы, способные обнаруживать несплошность материала стенок трубопроводов и в том числе врезки, включающие в себя корпус, установленные на корпусе средства намагничивания стенки трубопровода и датчики магнитного поля в виде импедансных феррозондов [1].

Дефектоскопы пропускают внутри обследуемого трубопровода. Средства намагничивания дефектоскопа приводят в состояние магнитного насыщения материал стенки трубопровода. При наличии несплошности материала стенки трубопровода, включая отверстие от несанкционированной врезки, вблизи датчика магнитного поля, магнитное поле в этой зоне искажается и датчик регистрирует величину изменения напряженности магнитного поля. Сигнал с датчика преобразуется и записывается во внутреннюю память прибора. После выполнения пропуска дефектоскопа, полученные данные расшифровываются и выдается заключение о местонахождении дефектов и их геометрические параметры.

Известен внутритрубный детектор врезок, содержащий корпус, электронные блоки, датчик пройденного пути, источник питания, датчики, чувствительные к несплошности материала стенки трубопровода, средства измерений и обработки данных измерений, подключенные к источнику питания и указанным датчикам. Датчики выполнены в виде многоэлементного преобразователя магнитного поля и содержат несколько магниточувствительных элементов. Датчики установлены в держателях датчиков, расположенных на корпусе детектора по периметру вокруг оси симметрии детектора. Многоэлементный преобразователь содержит один или несколько постоянных магнитов [2].

Известно устройство обнаружения неразрешенного отбора продуктов транспортировки из трубопровода, содержащее электронные блоки, датчик пройденного пути, датчик отверстий в стенке трубопровода, выполненный в виде кольца из изоляторных элементов, на каждом из которых закреплен электрод, соединенный с генератором высокочастотного напряжения и пороговым устройством. Элементы, чувствительные к несплошности материала стенки трубопровода, регистрируют изменение емкости, возникающее при движении элемента вблизи сквозного отверстия в стенке трубы [3].

Известен внутритрубный детектор врезок, содержащий электронные блоки, датчик пройденного пути, датчик несплошности материала в стенке трубопровода, выполненный в виде кольца из немагнитных элементов, на которых закреплены магнитопроводы с обмотками, прижатые к стенке трубы полюсами, расположенными параллельно оси трубопровода. В случае, если один из чувствительных магнитных элементов встает своим полюсом напротив сквозного отверстия в стенке, индуктивность обмотки резко падает. Анализ соответствующих сигналов позволяет идентифицировать сквозные отверстия [4].

Применение вышеописанных внутритрубных инспекционных снарядов (детекторов врезок, внутритрубных дефектоскопов) имеет ряд недостатков: невозможность проведения работ на трубопроводах не пригодных к пропуску внутритрубных инспекционных снарядов (отсутсвие камер запуска и приема диагностических устройств, наличие непроходных участков для внутритрубного оборудования на трубопроводе); высокие материальные затраты на проведение работ; необходимость выполнения дополнительных мероприятий до пропуска внутритрубного инспекционного снаряда (пропуск очистных снарядов, снарядов-профилемеров); необходимость соблюдения определенных режимов транспортировки продукта. Таким образом, на множестве трубопроводах, не удовлетворяющих определенными требованиями, невозможно выявлять несанкционированные врезки путем пропусков внутритрубных инспекционных снарядов.

Известен способ обнаружения несанкционированных врезок в трубопровод, включающий измерение магнитной индукции над трубопроводом с одновременным перемещением датчика вдоль трубопровода на поверхности земли. При этом проводят измерения вертикальной составляющей вектора магнитной индукции. Измерения проводят непрерывно в процессе перемещения датчика, отслеживают сильные изменения модуля вертикальной составляющей вектора магнитной индукции. Над местом сильного изменения магнитной индукции проводят повторный проход датчика. При подтверждении полученных данных подозрительные участки трубопровода раскапывают и используют визуально-измерительный контроль [5].

Известен аналогичный способ обнаружения несанкционированных врезок, отличающийся от предыдущего способа измерением не вертикальной составляющей вектора магнитной индукции, а градиента модуля вертикального вектора магнитной индукции [6].

Вышеуказанные способы выявления несанкционированных врезок имеют ряд недостатков.

Первый недостаток заключается в том, что в зонах нахождения несанкционированных врезок магнитная индукция может в разы превышать рабочий динамический диапазон феррозондового датчика. В этих зонах датчик теряет чувствительность: «ослепляется» либо становится функционально зависимым от магнитного поля трубопровода. Таким образом, некоторые несанкционированные врезки могут быть не выявлены.

Вторым недостатком является низкая вероятность определения несанкционированных врезок, находящихся в изоляционном покрытии. Изоляционное покрытие может выступать неким «изолятором» магнитных полей.

Третьим недостатком является низкая вероятность определения несанкционированных врезок, установленных на нижней образующей трубопровода. Изменение магнитной индукции от несанкционированной врезки в таком случае может быть полностью «заглушено» сигналом, поступающим от самого трубопровода.

Четвертым недостатком является сложность идентификации типа аномалии трубопровода по виду зафиксированного сигнала. Полученный по результатам контроля всплеск магнитной индукции может возникнуть не только от несанкционированной врезки, а также от различных дефектов трубопровода, напряженно-деформированного состояния участков трубопровода, от наличия различных металлических объектов, находящихся рядом с трубопроводом.

Пятым недостатком является различный уровень затухания магнитной индукции при прохождении магнитного поля через грунт разного типа (песок, болотистая местность, чернозем, глина). Таким образом, изменение магнитной индукции, возникающее от несанкционированной врезки, может полностью затухнуть в грунте, что не будет зафиксировано устройством.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому эффекту является способ обнаружения несанкционированных врезок в трубопровод, включающий в себя установку на поверхность трубопровода сейсмических датчиков. Сейсмические датчики фиксируют продольные и поперечные упругие волны. Сигналы от сейсмических датчиков передаются на устройство регистрации и обработки сигналов. При попытке реализации несанкционированной врезки, при сверлении трубопровода, сейсмические датчики будут фиксировать сигналы повышенной амплитуды и частоты, соответствующей частоте вращения сверла. Полученные сигналы могут быть оперативно идентифицированы, поскольку форма, частота и амплитуда полученных сигналов будет существенно отличаться от других шумовых сигналов, фиксируемых датчиками. Местонахождение несанкционированной врезки можно определить по величине разности времени прихода полезного сигнала на датчики и известной величине скорости распространения упругих продольных волн в транспортируемом продукте или материале трубопровода. Этот способ выбран в качестве прототипа предложенного решения [7].

Первый недостаток этого способа заключается в том, что данным способом невозможно определить несанкционированные врезки, уже существующие в трубопроводе.

Вторым недостатком является то, что при выполнении несанкционированной врезки преступники могут отказаться от электрической дрели и выполнять врезку с помощью менее шумных ручных инструментов, подбирая такой режим их работы, который однозначно идентифицировать разработанные программные алгоритмы не смогут (низкая частота и не постоянная периодичность вращения сверла). Таким образом, некоторые врезки могут быть не идентифицированы.

Третий недостаток связан со сложной технической реализацией предложенного способа. Для оборудования трубопровода аналогичной системой необходимо с определенной периодичностью устанавливать сейсмические датчики на трубопровод, т.е. проводить шурфование трассы, прокладывать между датчиками кабельную трассу, оборудовать операторскую комнату. При оборудовании данной системой трубопровода большой протяженности, необходимо реализовать сложную, многоканальную систему опроса, записи и обработки полученных данных.

Четвертый недостаток связан со значительными материальными затратами, необходимыми на реализацию данного способа определения несанкционированных врезок.

Пятым недостатком является статичность предложенного способа. Разработанную и установленную на трубопроводе систему нецелесообразно и зачастую невозможно использовать на другом трубопроводе, поскольку демонтаж и новый монтаж системы повлечет материальные затраты, сопоставимые со стоимостью новой системы.

Шестым недостатком является возможность провокации со стороны преступников: перед выполнением несанкционированной врезки возможно нарушение работоспособности системы (нарушение целостности кабельной линии, отключение питания). Таким образом, несанкционированная врезка может остаться не выявленной.

Технический результат предполагаемого изобретения заключается в повышении достоверности определения несанкционированных врезок, значительному упрощению технической реализации, повышении оперативности выявления несанкционированных врезок, универсальности предложенного способа и низкой стоимости его реализации.

Указанный технический результат достигается тем, что на каждом конце контролируемого участка трубопровода устанавливают по акустическому преобразователю. На каждый акустический преобразователь устанавливают звукоизоляционный кожух. Производят синхронную фиксацию акустическими преобразователями акустических сигналов. Проводят фильтрацию зафиксированных акустических сигналов для выделения сигналов в частотном диапазоне 10-2000 Гц. Полученные данные разбивают на равные интервалы по времени. Для каждого интервала времени производят взаимную корреляцию сигналов, полученных с двух акустических преобразователей. Проводят сопоставление данных, полученных для каждого интервала времени. О наличии несанкционированной врезки судят по амплитудному значению и форме всплесков, полученных по результатам взаимной корреляции сигналов. Местоположение несанкционированной врезки устанавливается по скорости распространения акустических сигналов в транспортируемой среде и времени распространения акустических сигналов от источника акустических сигналов до акустических преобразователей.

На фиг. 1 изображено в общем виде устройство для реализации предложенного способа.

На фиг. 2 изображена схема обнаружения несанкционированных врезок на участке трубопровода.

На фиг. 3 схематично изображены вихревые потоки транспортируемого продукта, возникающие в зоне несанкционированной врезки и излучающие акустические сигналы.

Устройство содержит акустический преобразователь 1, установленный на него звукоизоляционный кожух 2, блок регистрирующей аппаратуры 4, в котором располагаются электронные компоненты (микроконтроллер, модуль внутренней памяти, элементы питания), а также кабель 3 для связи акустического преобразователя 1 и блока регистрирующей аппаратуры 4.

Для реализации предложенного способа обнаружения несанкционированных врезок необходимо как минимум два описанных устройства.

В основе способа лежит явление излучения акустических сигналов 8, образующихся при локальном завихрении (турбулентности) транспортируемого продукта 7 в зоне местонахождения отверстия от несанкционированной врезки 6 и отличающихся от других акустических сигналов формой, частотой и амплитудой. Акустические сигналы 8 распространяются как по течению продукта, так и против с известной скоростью (≈1100 м/с для нефти). Установленные на концах контролируемого участка трубопровода 5 работающие синхронно акустические преобразователи 1 фиксируют акустические сигналы 8, при этом установленные на акустических преобразователях 1 звукоизоляционные кожухи 2 предотвращают фиксацию акустическими преобразователями 1 посторонних внешних шумов (работающей рядом техники, проезжающих автомобилей, дождя). Акустические преобразователи 1 преобразовывают зафиксированные акустические сигналы 8 в электрический сигнал, который передается с помощью кабеля 3 в блок регистрирующей аппаратуры 4, где происходит его запись в модуль внутренней памяти.

Способ обнаружения несанкционированных врезок реализуется следующим образом.

1. На каждом конце контролируемого участка трубопровода 5 устанавливают по акустическому преобразователю 1.

2. Производится изоляция акустических преобразователей 1 от посторонних шумов с помощью звукоизоляционных кожухов 2.

3. Производится синхронная регистрация акустическими преобразователями 1 акустических сигналов во внутреннюю память блоков регистрирующей аппаратуры 4.

4. Производится обработка записей по двум акустическим преобразователям 1.

4.1. Осуществляется фильтрация полученных данных с выделением сигналов в частотном диапазоне 10-2000 Гц.

4.2. Производится разбивка полученных данных на равные интервалы по времени протяженностью 3-10 секунд.

4.3. Для каждого интервала времени осуществляется взаимная корреляция сигналов, полученных с двух акустических преобразователей 1, в ходе которой определяется время задержки прихода акустических сигналов к точкам установки акустических преобразователей 1.

4.4. О наличии несанкционированной врезки 6 судят по амплитудному значению и форме всплесков, полученных по результатам взаимной корреляции сигналов.

4.5. С целью исключения случайных процессов производится сопоставление данных, полученных по результатам обработки каждого интервала времени.

4.6. Местоположение несанкционированной врезки 6 устанавливается по скорости распространения акустических сигналов в транспортируемой среде и времени распространения акустических сигналов 8 от источника акустических сигналов до акустических преобразователей 1.

Предлагаемый способ позволяет оперативно проводить работы по выявлению несанкционированных врезок с высокой степенью достоверности и низкими материальными затратами. Поиск несанкционированных врезок предлагаемым способом возможно проводить практически на любых трубопроводах.

Литература

1. Бигус Г.А., Даниев Ю.Ф., Быстрова Н.А., Д.И. Галкин Д.И.. Диагностика технических устройств. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014, с. 365-378.

2. Внутритрубный детектор врезок (варианты): пат. 2280810 С1 Рос. Федерация: МПК F17D 5/00 Гаврюшин А.Ф., Иващенко СВ., Гусев В.Н., Ермохин А.П., Немчинов А.А, Почепаев С.Н., Теврюков М.Н., Урядов А.С., Ферчев Г.П., Цацуев М.С.; Заявитель и патентообладатель Общество с ограниченной ответственностью «Научно-технический центр «Нефтегазспецпроект» - Открытое акционерное общество Акционерная компания по транспорту нефти «Транснефть», Открытое акционерное общество «Центр технической диагностики». - №2005103113/06; заявл. 08.02.2005; опубл. 27.07.2006.

3. Устройство обнаружения неразрешенного отбора продуктов транспортировки из трубопровода: пат. 2191322 С1 Рос. Федерация: МПК F17D 5/00 Дозоров Т.А., Володин Е.И.; Заявитель и патентообладатели Дозоров Том Анатольевич, Володин Евгений Иванович. -№2001107071/06; заявл. 19.03.2001; опубл. 20.10.2002.

4. Устройство для устранения отверстий течи в стенках трубопровода: пат.2191323 СТ Рос. Федерация: МПК F17D 5/00 Володин Е.И., Дозоров Т.А.; Заявители и патентообладатели Володин Евгений Иванович, Дозоров Том Анатольевич. -№2001107072/06; заявл. 19.03.2001; опубл. 20.10.2002.

5. Способ обнаружения дефектов трубопровода и несанкционированных врезок в трубопровод и устройство для его осуществления: пат. 2379579 С1 Рос. Федерация: МПК F17D 5/02 Абдулаев А.А., Фаизова Л.Х., Кудряшов Ю.Г.; Заявитель и патентообладатель Абдулаев Азат Адилыпаевич. - №2008123471/06; заявл. 09.06.2008; опубл. 20.01.2010.

6. Способ обнаружения дефектов трубопровода и несанкционированнх врезок в трубопровод и устройство для его осуществления: пат. 2572907 С2 Рос. Федерация: МПК F17D 5/02 Абдулаев А.А.; Заявитель и патентообладатель Абдулаев Азат Адилыпаевич. - №2014105236/02; заявл. 11.02.2014; опубл. 20.01.2016.

7. Способ обнаружения несанкционированных врезок в продуктопровод: пат. 2016117544 А Рос. Федерация: МПК F17D 5/06 Цвяк А.В., Нестеренко Ю.М., Нестеренко М.Ю.; Заявители и патентообладатели Цвяк Алексей Владимирович, Нестеренко Юрий Михайлович, Нестеренко Максим Юрьевич. - №2016117544; заявл. 04.05.2016; опубл. 10.11.2017.

Изобретение относится к области трубопроводного транспорта и может быть использовано для обнаружения местоположения несанкционированных врезок в трубопровод. Сущность изобретения заключается в том, что на каждом конце контролируемого участка трубопровода устанавливают по акустическому преобразователю. На каждый акустический преобразователь устанавливают звукоизоляционный кожух. Производят синхронную фиксацию акустическими преобразователями акустических сигналов. Проводят фильтрацию зафиксированных акустических сигналов для выделения сигналов в частотном диапазоне 10-2000 Гц. Полученные данные разбивают на равные интервалы по времени. Для каждого интервала времени производят взаимную корреляцию сигналов, полученных с двух акустических преобразователей. Проводят сопоставление данных, полученных для каждого интервала времени. О наличии несанкционированной врезки судят по амплитудному значению и форме всплесков, полученных по результатам взаимной корреляции сигналов. Местоположение несанкционированной врезки устанавливается по скорости распространения акустических сигналов в транспортируемой среде и времени распространения акустических сигналов от источника акустических сигналов до акустических преобразователей. Предлагаемый способ позволяет оперативно проводить работы по выявлению несанкционированных врезок с высокой степенью достоверности и низкими материальными затратами. Поиск несанкционированных врезок предлагаемым способом возможно проводить практически на любых трубопроводах. 3 ил.

Способ обнаружения несанкционированных врезок в трубопровод, отличающийся тем, что на каждом конце контролируемого участка трубопровода устанавливают по акустическому преобразователю, производят изоляцию акустических преобразователей с помощью звукоизоляционных кожухов, синхронно фиксируют акустическими преобразователями акустические сигналы, производят фильтрацию зафиксированных акустических сигналов для выделения сигналов в частотном диапазоне 10-2000 Гц, производят разбивку полученных данных на равные интервалы по времени, для каждого интервала времени производят взаимную корреляцию сигналов, полученных с двух акустических преобразователей, проводят сопоставление данных, полученных для каждого интервала времени, при этом о наличии несанкционированной врезки судят по амплитудному значению и форме всплесков, полученных по результатам взаимной корреляции сигналов, а местоположение несанкционированной врезки устанавливается по скорости распространения акустических сигналов в транспортируемой среде и времени распространения акустических сигналов от источника акустических сигналов до акустических преобразователей.