СИСТЕМА ОЧИСТКИ И ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ДИАГНОСТИКИ ТЕХСОСТОЯНИЯ СТАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ Российский патент 2019 года по МПК G01N27/90 E21B37/02 B08B9/53 F17D5/00 F16L55/48 

Область техники

Диагностика техсостояния стальных трубопроводов

Уровень техники

1. Известны очистные поршни (скребки) от компании ООО "Центр очистки и диагностики трубопроводов "Семигорье" (http://www.semigor.ru/).

Эти устройства выполняют только функцию очистки, для последующего пропуска диагностических снарядов.

Они не предназначены для измерений параметров трубы.

2. Известны профилемеры многоканальные, внутритрубные снаряды, используемые для контроля геометрии внутренней поверхности трубопроводов от компании ООО "АПРОДИТ" (http://www.aprodit.ru/Aprodit-PVM-ru.html).

С помощью рычажной измерительной системы профилемера определяется форма поперечного сечения трубопровода, выступание сварных швов, геометрия кранов, задвижек и других особенностей трубопровода.

Это сложный многокомпонентный прибор, для пропуска которого требуется провести предварительную очистку трубопровода.

Несмотря на это, прибор имеет минимум функций - измерение внутреннего профиля трубы с помощью прижимных рычагов.

Да и измеряют эти рычаги, конечно, не истинный профиль стальной трубы, а профиль отложений, оставшихся после очистки.

3. Известны магнитные дефектоскопы внутритрубные от компании ООО «НПЦ «Внутритрубная диагностика» (http://www.npcvtd.ru/services/vnutritrubnaya-diagnostika/).

Это еще более дорогие и сложные приборы, проводящие высококачественную многокомпонентную диагностику труб.

К недостаткам этих приборов можно отнести:

1) дорогостоящую подготовку к пропуску - высококачественную очистку и калибровку труб;

2) крайне высокую стоимость оборудования и услуг;

3) мощнейший абразивный эффект от магнитных щеток.

4. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является «ВОСТОК-BP» («Поток-412») - внутритрубный регистратор параметров перекачки и перекачиваемого продукта при проведении работ по очистке внутренней полости трубопроводов (http://www.vostokoil.ru/?part_id=1,506,742).

Он предназначен для измерения и записи в электронную память данных о температуре, давлении, дифференциальном давлении на очистном устройстве (скребке) по всему участку трубопровода.

Используется для обнаружения и локализации мест отложений (загрязнений) и сужений в трубопроводе, мониторинга движения очистного устройства, контроля процесса очистки, проверки рабочих параметров перекачки трубопровода и перекачиваемого продукта.

Данное устройство не позволяет измерять параметры трубы - толщину стенки, профиль, дефекты.

Раскрытие изобретения

Использование предлагаемой системы позволит реализовать задачу комплексной электромагнитной диагностики техсостояния трубопровода в процессе очистки.

Предлагаемая измерительная система изображена на Фиг. 1:

1. Собственно исследуемая труба (6) с камерами запуска (5) и приема (4).

2. Внутритрубный прибор (8), для очистки и диагностики трубопровода, с системой измерения пройденного расстояния (9).

3. Измерительная компьютеризированная система (1) на станции управления прокачкой, включающая в себя компьютер, датчик давления и датчик расходомера.

4. Локатор с антенной (3), для контроля истинного положения внутритрубного прибора.

5. Беспроводной канал связи (2) между локатором и измерительной компьютеризированной системой на станции управления прокачкой.

Все компоненты измерительной системы (Внутритрубный прибор; Измерительная компьютеризированная система на станции управления прокачкой; Локатор с антенной; Беспроводной канал связи между локатором и станцией управления прокачкой) функционально взаимосвязаны и объединены в единый комплекс, обеспечивающий решение общей задачи - комплексной диагностике техсостояния трубопровода в процессе очистки.

Ядро этого комплекса, конечно, - внутритрубный прибор, непосредственно осуществляющий очистку и диагностику.

Исследуемая труба, и ее рабочая среда, обеспечивают связь внутритрубного прибора с измерительной компьютеризированной системой на станции управления прокачкой.

Связь внутритрубного прибора с локатором обеспечивается посредством электромагнитных импульсов, которые генерирует измерительная система внутритрубного прибора, и регистрирует локатор через антенну.

Связь локатора и измерительной компьютеризированной системы на станции управления прокачкой осуществляется через беспроводной канал связи (радиоканал).

Такая конфигурация измерительной системы является необходимым и достаточным условием для решения поставленной задачи.

1) Очистка трубопровода.

Конструкция внутритрубного прибора предполагает наличие комплекта тянущих манжет и чистящих полиуретановых дисков.

При проталкивании прибора вдоль трубы чистящие диски собирают отложения, и выталкивают их к выходному концу трубы.

2) Комплексная электромагнитная диагностика техсостояния трубопровода.

Включает в себя:

- измерение толщины исследуемой трубы по секторам;

- измерение внутреннего профиля исследуемой трубы;

- обнаружение дефектов трубы типа отверстия, врезки, продольные и поперечные трещины;

При этом измерения проводятся бесконтактными электромагнитными датчиками, не реагирующими на параметры среды (газ, вода, нефть, отложения на стенках).

Все результаты измерений сохраняются в памяти прибора, для последующего скачивания и обработки.

При финишной обработке данных от датчиков внутритрубного прибора, и датчиков измерительной компьютеризированной системы на станции управления прокачкой, все измерения привязываются как по дистанции, так и по развертке трубы.

3) Контроль параметров движения внутритрубного прибора при очистке.

Предполагает наличие датчиков как в приборе, так и на пункте управления прокачкой.

- Расходомер на пункте прокачки. Позволяет рассчитать расстояние, пройденное внутритрубным прибором.

- Манометр на пункте прокачки. Позволяет судить об условиях движения внутритрубного прибора:

- сопротивление движению из-за трения, из-за отложений;

- пиковое возрастание сопротивления движению из-за смятий трубы;

- сброс давления при «негерметичности» тянущих манжет и дисков, возможно при прохождении тройников, задвижек и прочих узлов трубопровода.

- Акселерометр в приборе, 2-осевой «поперечный», для привязки измеренных данных к профилю трубы (верх-низ, справа-слева), для анализа вибраций движения.

- Акселерометр в приборе, «продольный», для контроля параметров движения (ускорение-торможение-стоянка).

По показаниям акселерометров также разделяются интервалы стоянки и движения, для привязки измеренных данных к дистанции.

Измерительная компьютеризированная система на станции управления прокачкой рассчитывает пройденный путь и GPS-координаты внутритрубного прибора, при наличии соответствующей схемы привязки трубопровода к местности.

Для высокоточной привязки данных по дистанции, внутритрубный прибор может комплектоваться системой измерения пройденного расстояния (одометрические колеса).

4) Отслеживание истинного положения внутритрубного прибора.

4.1. Измерительная компьютеризированная система на станции управления прокачкой в каждый момент времени рассчитывает местонахождение внутритрубного прибора, используя данные от манометра и расходомера.

При наличии соответствующей схемы привязки трубопровода к местности, система рассчитывает GPS-координаты внутритрубного прибора.

4.2. Радиомаяк во внутритрубном приборе.

В качестве сигналов радиомаяка используются импульсы измерительной электромагнитной системы.

4.3. Локатор с антенной, для контроля истинного положения внутритрубного прибора.

Поймав сигнал от радиомаяка проходящего по трубе прибора, локатор фиксирует время и GPS-координаты.

Подтверждение прохождения прибора передается на станцию управления прокачкой. Оно позволяет судить о соответствии параметров движения запланированным, и принимать оперативные решения.

За счет совмещения функций электромагнитной измерительной системы, и функции радиомаяка, удается максимально упростить конструкцию внутритрубного прибора, приблизив его по габаритам и проходимости к очистным скребкам.

Внутритрубный прибор выполнен в одном модуле, без лишних шарнирных соединений и соединительных проводов и кабелей.

Осуществление изобретения.

Система функционирует следующим образом.

Внутритрубный прибор через камеру запуска запасовывается в обследуемый трубопровод.

Начинается прокачка жидкости в обследуемый трубопровод, и измерение параметров прокачки с помощью манометра и расходомера.

Измерительная компьютеризированная система на станции управления прокачкой вычисляет по показаниям расходомера пройденный прибором путь. Вычисления производятся по формуле:

L=V/S

где L - пройденный путь, м;

V - объем прокачанной жидкости, м³;

S - площадь внутреннего сечения трубопровода, м².

Площадь внутреннего сечения трубопровода вычисляется по формуле:

S=π*d²/4,

где S - площадь внутреннего сечения трубопровода, м²;

π - математическая константа, равная примерно 3,14;

d - внутренний диаметр трубопровода, м.

Далее, если в компании есть схема исследуемого трубопровода, привязанная к местности в GPS-координатах, то система автоматически вычисляет GPS координаты внутритрубного прибора.

Если такой схемы нет, то вычисляется пройденный путь.

С помощью Локатора, размещаемого в контрольных точках трубопровода, контролируется истинное положение прибора в трубопроводе.

Внутритрубный прибор проталкивается в исследуемом трубопроводе прокачиваемой жидкостью, с помощью тянущей манжеты 7 (Фиг. 2).

Жесткие чистящие диски 8 (Фиг. 2) очищают отложения со стенок трубопровода, и выталкивают их к выходному концу трубопровода.

В процессе движения прибора его электромагнитная измерительная система 12 (Фиг. 2) производит измерения с равномерным шагом по времени ΔT.

В зависимости от скорости перемещения прибора, измерения производятся с разным шагом по длине трубопровода, который вычисляется по формуле:

где ΔL - шаг измерений по длине трубопровода, м;

- скорость перемещения прибора, м/сек;

ΔT - шаг измерений по времени, сек. Таким образом возможна регулировка шага измерений. Для более детальных исследований уменьшаем скорость перемещения прибора, для обзорного обследования можно перемещаться на большей скорости.

Для высокоточной привязки результатов измерений по дистанции при детальном исследовании трубопровода, прибор может комплектоваться системой измерения пройденного расстояния (одометрические колеса).

Сигналы, излучаемые электромагнитной измерительной системой, выполняют одновременно роль «радиомаяка», сигналы которого принимает локатор в контрольных точках обследуемого трубопровода.

Поскольку электромагнитная измерительная система в приборе является сканирующей, т.е. производит раздельные измерения по секторам трубы, возникла необходимость привязки данных к профилю трубы. Эту функцию выполняет «поперечный» 2-канальный акселерометр, встроенный в прибор.

«Продольный» акселерометр, также встроенный в прибор, измеряет соответственно продольные ускорения, для определения режимов «ускорение / торможение / стоянка». При заключительной оценке прохождения прибора по трубопроводу, данные акселерометра объединяются с данными измерительной компьютеризированной системы на станции управления прокачкой. И разрабатывается графический планшет прохождения прибора, включающий графики давления и «продольного» акселерометра. По этим показаниям можно судить, какие участки трубопровода вызывают затрудненное прохождение прибора. А почему - подскажут показания электромагнитной измерительной системы в приборе.

Электромагнитная измерительная система 14 (Фиг. 2) позволяет проводить комплексное обследование стенок трубопровода, с привязкой измеренных данных по секторам трубы:

- измерение толщины исследуемой трубы по секторам;

- измерение внутреннего профиля исследуемой трубы;

- обнаружение дефектов трубы типа отверстия, врезки, продольные и поперечные трещины;

При этом измерения проводятся бесконтактными электромагнитными датчиками, не реагирующими на параметры среды (газ, вода, нефть, отложения на стенках).

Краткое описание чертежей

На Фиг. 1 изображена измерительная система на исследуемом трубопроводе.

1 - Измерительная компьютеризированная система на станции управления

прокачкой, включающая в себя компьютер, датчик давления и датчик расходомера.

2 - Беспроводной канал связи между локатором и станцией управления прокачкой.

3 - Локатор с антенной, для контроля истинного положения внутритрубного прибора.

4 - Камера приема прибора.

5 - Устройство запуска прибора в трубу.

6 - Исследуемая труба.

7 - Система измерения пройденного расстояния (одометрические колеса).

8 - Внутритрубный прибор.

На Фиг. 2 изображен внутритрубный прибор.

9 - Тянущая манжета.

10 - Чистящие диски.

11 - Защитный эластичный буфер.

12 - Крышка. Обеспечивает доступ к органам управления и к батарейному отсеку.

13 - Герметичный корпус 1.

14 - Электромагнитная измерительная система, обеспечивающая

комплексную диагностику стенок трубопровода.

15 - Батарейный отсек.

16 - Платы с электроникой:

- Силовая, для формирования необходимых напряжений питания.

- Контроллер, для управления всеми процессами, и сохранения данных в память прибора.

- Измерительная, для приема и преобразования в цифровую форму сигналов от электромагнитной измерительной системы.

- Плата акселерометров.

17 - Герметичный корпус 2.

Система очистки и электромагнитной диагностики техсостояния стальных трубопроводов относится к области диагностики техсостояния. Система очистки и электромагнитной диагностики техсостояния стальных трубопроводов содержит в своем составе внутритрубный прибор для очистки и диагностики трубопровода, который содержит электромагнитную систему комплексной диагностики техсостояния трубопровода, обеспечивающую измерение толщины исследуемой трубы по секторам; измерение внутреннего профиля исследуемой трубы; обнаружение дефектов трубы типа отверстия, врезки, продольные и поперечные трещины; измерительную компьютизированную систему на станции управления прокачкой, включающую в себя компьютер, датчик давления и датчик расходомера; локатор с антенной для контроля истинного положения внутритрубного прибора; беспроводной канал связи между локатором и измерительной компьютизированной системой на станции управления прокачкой, для оперативного управления режимами прокачки. Технический результат – возможность проведения комплексной диагностики состояния трубопровода в процессе очистки. 10 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Система очистки и электромагнитной диагностики техсостояния стальных трубопроводов, отличающаяся тем, что система содержит в своем составе:

- внутритрубный прибор для очистки и диагностики трубопровода, который содержит электромагнитную систему комплексной диагностики техсостояния трубопровода, обеспечивающую:

• измерение толщины исследуемой трубы по секторам;

• измерение внутреннего профиля исследуемой трубы;

• обнаружение дефектов трубы типа отверстия, врезки, продольные и поперечные трещины;

- измерительную компьютеризированную систему на станции управления прокачкой, включающую в себя компьютер, датчик давления и датчик расходомера;

- локатор с антенной, для контроля истинного положения внутритрубного прибора;

- беспроводной канал связи между локатором и измерительной компьютеризированной системой на станции управления прокачкой, для оперативного управления режимами прокачки.

2. Система очистки и электромагнитной диагностики техсостояния стальных трубопроводов по п. 1, отличающаяся тем, что внутритрубный прибор содержит тянущую манжету и чистящие скребки.

3. Система очистки и электромагнитной диагностики техсостояния стальных трубопроводов по п. 1, отличающаяся тем, что сигналы, генерируемые электромагнитной системой комплексной диагностики техсостояния трубопровода внутритрубного прибора, одновременно являются сигналами «радиомаяка», которые обнаруживает локатор с антенной, для контроля истинного положения внутритрубного прибора.

4. Система очистки и электромагнитной диагностики техсостояния стальных трубопроводов по п. 1, отличающаяся тем, что внутритрубный прибор выполнен в одном модуле без лишних шарнирных соединений и соединительных проводов и кабелей.

5. Система очистки и электромагнитной диагностики техсостояния стальных трубопроводов по п. 1, отличающаяся тем, что внутритрубный прибор содержит двухосевой акселерометр «поперечный», для привязки измеренных данных к профилю трубы (верх-низ, справа-слева).

6. Система очистки и электромагнитной диагностики техсостояния стальных трубопроводов по п. 1, отличающаяся тем, что внутритрубный прибор содержит акселерометр «продольный», для контроля параметров движения (ускорение-торможение-стоянка).

7. Система очистки и электромагнитной диагностики техсостояния стальных трубопроводов по п. 1, отличающаяся тем, что для высокоточной привязки данных по дистанции при детальном исследовании трубопровода, внутритрубный прибор может комплектоваться системой измерения пройденного расстояния (одометрические колеса).

8. Система очистки и электромагнитной диагностики техсостояния стальных трубопроводов по п. 1, отличающаяся тем, что внутритрубный прибор все результаты измерений сохраняет в блоке памяти, для последующего скачивания и обработки.

9. Система очистки и электромагнитной диагностики техсостояния стальных трубопроводов по п. 1, отличающаяся тем, что измерительная компьютеризированная система на станции управления прокачкой рассчитывает пройденный путь и GPS-координаты внутритрубного прибора, при наличии соответствующей схемы привязки трубопровода к местности.

10. Система очистки и электромагнитной диагностики техсостояния стальных трубопроводов по п. 1, отличающаяся тем, что имеется беспроводной канал связи между локатором и измерительной компьютеризированной системой на станции управления прокачкой.

11. Система очистки и электромагнитной диагностики техсостояния стальных трубопроводов по п. 1, отличающаяся тем, что локатор, поймав сигнал от радиомаяка проходящего по трубе прибора, фиксирует время и GPS-координаты и передает их в измерительную компьютеризированную систему на станции управления прокачкой, что позволяет судить о соответствии параметров движения запланированным и принимать оперативные решения.