Способ обнаружения несанкционированных врезок в трубопровод и устройство для его реализации Российский патент 2021 года по МПК F17D5/02 

Изобретение относится к области трубопроводного транспорта и может быть использовано для обнаружения местоположения несанкционированных врезок в трубопровод. Несанкционированные врезки наносят экономики нефтяной отрасли России огромный ущерб, создают угрозу для промышленной безопасности трубопроводного транспорта и экологической безопасности окружающей среды обитания человека подробно описаны в работе. Проблема обнаружения врезки состоит в том, что в последние годы конструкции врезок сильно изменились: габаритные размеры штуцера, служащего для присоединения отвода к трубопроводу, резко уменьшились в размере, а сам отвод стал выполняться из тока непроводящего материала, что сделало невозможным применения для их обнаружения имеющихся приборов для наружного контроля технических параметров трубопроводов.

Известны технические системы обнаружения утечек и контроля активности (СОУ и КА), позволяющие выявить факт утечки: либо по волне давления с определением места подключения, время несанкционированного отбора и передать информацию в диспетчерский пункт; либо с использованием чувствительного элемента - волоконно-оптического кабеля, позволяющего в режиме реального времени обнаруживать потенциально опасную активность людей и техники в охранной зоне трубопроводащения 23.03.2014) (htpp://neftegaz/ru/science/view/333 (дата обращения 23.03.2011); (htpp://www.energvland/info?news-show-tek-neftegaz-97970 (дата обращения 23.03.2014), htpp://www.annevs.ru (дата обращения 23.03.2014) [1,2,3].

Недостатками этих способов являются:

низкая чувствительность, что позволяет локализовать врезку на дистанции трубопровода в 5…7 км.;

высокая стоимость системы;

похитители научились скрыть падения давления в трубопроводе путем замены взятой нефти водой из водовода, результате чего давление в трубопроводе не падает, и следящая за давлением автоматика не реагирует на процесс отбора продукта.

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 (Патент РФ 2280810) [4].

Недостатками способа являются:

ограничения в применении, связанные с не дооборудованием части магистральных трубопроводов камерами пуска-приема внутритрубного снаряда; невозможностью применения на нефтепромысловых трубопроводах;

не оперативность способов, связанных с периодичностью обследования, с временем организации подготовки трубопровода к пропуску внутритрубного снаряда;

сложность определения местоположения врезки ввиду несовершенства устройств измерения пройденного внутри трубы расстояния (одометров).

Известен способ обнаружения несанкционированных врезок в трубопровод, состоящий в том, 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 (Патент РФ 2681552) [5].

Недостатками способа являются:

сложность в технической реализации способа, связанная с необходимостью установки акустических преобразователей на трубопроводе;

значительные материальные затраты, связанные с земляными работами и оборудованием акустическими преобразователями участков трубопровода;

сложность идентификации типа аномалии трубопровода по виду зафиксированного акустического сигнала, полученного по результатам контроля, который может возникнуть не только от несанкционированной врезки, а также от дефектов трубопровода, связанного с нарушением геометрии стенки трубы, например, вмятины.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ и устройство по обнаружению несанкционированных врезок в трубопровод, включающий непрерывное измерение вертикальной составляющей магнитной индукции над трубопроводом и вдоль него, выявление участка трубопровода с несанкционированной врезкой, определение градиента модуля вертикального вектора магнитной индукции с получением магнитограммы, запись считываемой магнитограммы на твердотельную память, при этом наличие участка трубопровода с несанкционированной врезкой определяют по плавному возрастанию или убыванию магнитограммы в зависимости от направленности магнитного поля, а запись магнитограммы на твердотельную память производят в соответствии с изменением координат, получаемых от встроенного модуля глобального позиционирования. Устройство для обнаружения несанкционированных врезок в трубопровод, содержащее корпус с электронным блоком и антенну, снабженное программно-управляемым резистором, инструментальным усилителем, контроллером, модулем GPS-Глонасс, блоком индикации, блоком твердотельной памяти и схемой из двух индукционных датчиков, размещенных на одной оси, разнесенных в пространстве и включенных в дифференциально-мостовую схему с электронной балансировкой программно-управляемым резистором, при этом антенна выполнена с возможностью передачи сигнала со своего выхода через инструментальный усилитель и двунаправленный интерфейс на вход контроллера, выполненного с возможностью получения сигнала с модуля GPS-Глонасс и передачи сигнала на блок индикации, блок твердотельной памяти и через двунаправленный интерфейс - на управляющий вход программно-управляемого резистора (Патент РФ 2572907) [6].

Недостатками способа и устройства для его реализации являются:

в зонах нахождения несанкционированных врезок магнитная индукция может в несколько раз превышать рабочий динамический диапазон магнитного датчика, что может привести к потере его чувствительности, либо делает его функционально зависимым от магнитного поля трубопровода, и, как следствие, некоторые несанкционированные врезки могут быть не выявлены;

не высокая вероятность определения несанкционированных врезок, установленных на нижней образующей трубопровода, связанная с тем, что изменение магнитной индукции от несанкционированной врезки может быть полностью подавлено сигналом, поступающим от самого трубопровода;

сложность идентификации типа аномалии трубопровода по виду зафиксированного сигнала, так как полученный по результатам поиска всплеск магнитной индукции может возникнуть не только от несанкционированной врезки, а также от иных дефектов трубопровода, напряженно-деформированного состояния участков трубопровода, от наличия различных металлических объектов, находящихся рядом с трубопроводом;

используемый в устройстве модуль GPS-Глонасс без дифференциальных поправок имеет невысокую точность определения координат на местности.

Задачей изобретения является повышение достоверности определения несанкционированных врезок и повышении оперативности в их выявлении.

Это достигается за счет того, что в способе обнаружения несанкционированных врезок в трубопровод, включающий непрерывное измерение вертикальной составляющей магнитной индукции над трубопроводом и вдоль него, определение модуля вертикального вектора магнитной индукции с получением магнитограммы и запись считываемой магнитограммы на твердотельную память, причем формируют направленный сигнал переменного магнитного поля в сторону трубопровода, который при взаимодействии с магнитным полем конструкций врезки изменяет первоначальную конфигурацию; по магнитограмме определяют участок трубопровода с несанкционированной врезкой по характерным признакам: максимальному значению амплитуды и магнитному образу вертикальной компоненты магнитного поля, вызванного геометрическими размерами элементов врезки, которые будут отличны от магнитных образов других дефектов стенки трубы.

А также за счет того, что устройство для обнаружения несанкционированных врезок в трубопровод, содержащее корпус с электронным блоком и блоком антенны, генератор, предусилитель, контроллер, дифференциальную GPS-Глонасс, блок индикации, блок оперативной памяти и блок индукционных датчиков, при этом антенна выполнена с возможностью передачи сигнала со своего выхода через предусилитель на вход контроллера, выполненного с возможностью получения сигнала с дифференциальной GPS-Глонасс и передачи сигнала на блок индикации и блок оперативной памяти, причем антенна содержит: индуктор, соединенный с генератором, предназначенный для формирования определенной конфигурации переменного магнитного поля, направленного к трубопроводу, блок индукционных датчиков и предусилители.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется конкретными фигурами:

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства обнаружения несанкционированных врезок в трубопровод, где

Антенный блок, содержащий:

1 - блок индукционных датчиков,

2 - предусилители,

3 - индуктор для формирования магнитного поля определенной конфигурацией, направленного к трубопроводу,

4 - генератор переменного тока,

Электронный блок, содержащий:

5 - контроллер,

6 - оперативную память,

7 - дифференциальную GPS-Глонасс,

Блок индикации, содержащий:

8 - USB контроллер,

9 - персональный компьютер.

На фиг. 2 представлено пояснение принципа определения на трубопроводе несанкционированной врезки, где:

10 - трубопровод,

11 - врезка, в виде штуцера,

12 - форма магнитного поля, формируемого антенным блоком.

Устройство, фиг. 1, работает следующим образом. Возбуждают переменное магнитное поле определенной конфигурации, направленное к трубопроводу, с помощью индуктора 3, соединенного с генератором переменного тока 4. Антенну перемещают над трубопроводом. Блок индукционных датчиков 1 регистрирует измененную конфигурацию магнитного поля 12 (фиг. 2) магнитным полем врезки 11 (фиг. 2), сигнал усиливается предусилителями 2 и поступает в контроллер 5, где происходит их обработка по заданной программе. В контроллер 5 также поступают сигналы с дифференциальной GPS-Глонасс 7. Данные обследования трубопровода накапливаются и хранятся в энергонезависимой памяти 6. В блоке индикации осуществляется обработка данных обследования, поступающих с контроллера 5 через USB контроллер 8 в персональный компьютер 9, и с использованием программы выявляется месторасположения на местности несанкционированной врезки.

Сущность изобретения сводится к реализации возможности идентифицировать врезку за счет регистрации результирующего эффекта взаимодействия, направленного индуктором сигнала магнитного поля с магнитным полем конструкций врезки, который приведет к созданию на магнитограмме магнитного образа, отличительного от магнитных образов различных дефектов стенки трубы.

На фиг. 2 представлено пояснение принципа определения на трубопроводе несанкционированной врезки.

Несанкционированная врезка представляет собой конструкцию, состоящую из штуцера, крана, в некоторых врезках он отсутствует, и отвода в виде трубопровода малого диаметра (далее Отвод). Штуцер монтируется в трубопровод напрямую, либо с использованием хомута; возможны иные варианты (далее Врезка). Отвод в последние годы выполняется из высокопрочных композитных не токопроводящих материалов. Предлагаемое техническое решение направлено на выявление конструктивного элемента на трубопроводе - соединения Отвода с трубопроводом, сущность которого состоит в следующем:

соединение штуцера с краном, либо хомута со штуцером и краном с трубопроводом изменяет геометрию трубопровода и относится к категории дефектов геометрии стенки трубы;

в месте монтажа врезка создает поля напряжения, что приводит к образованию аномально-намагниченной зоны (далее АНЗ), имеющую определенную конфигурацию магнитного поля, которая в независимости от угловых расположений Врезки на периметре трубы, будет значительно отличаться от магнитных полей АНЗ, создаваемых другими дефектами стенки трубы: вмятины, гофры, сварные стыки и т.д.;

при взаимодействии направленного антенным блоком к трубопроводу 10 сигнала магнитного поля 12 определенной конфигурации происходит его взаимодействие с магнитным полем, созданного Врезкой 11, в результате чего происходит формирование новой конфигурации магнитного поля в зоне расположения Врезки и создание присущего только Врезки магнитного образа на магнитограмме распределения вертикальной компоненты магнитного поля, полученной в ходе обследования участка трубопровода 10;

амплитуда вертикальной компоненты магнитного поля и магнитный образ, созданный этим взаимодействием, будет иметь сильное отличие от магнитных образов других дефектов трубопровода и являться характерным признаком Врезки;

на основании анализа магнитограмм специальной программой персонального компьютера 9 (фиг. 1) осуществляется идентификация и определение координат расположения Врезки на местности.

Предлагаемые способ и устройство по обнаружению несанкционированных врезок в трубопровод позволяют осуществлять поиск и выявлять места их расположения на местности с точностью, применяемой дифференциальной GPS, за счет реализуемых технических решений.

Способ и устройство относятся к области трубопроводного транспорта и могут быть использованы для обнаружения местоположения на местности с точностью, применяемой дифференциальной GPS, несанкционированных врезок в трубопровод, за счет реализуемых технических решений. Способ обнаружения несанкционированных врезок в трубопровод включает непрерывное измерение вертикальной составляющей магнитной индукции над трубопроводом и вдоль него, определение модуля вертикального вектора магнитной индукции с получением магнитограммы и запись считываемой магнитограммы на твердотельную память, причем возбуждают направленное в сторону трубопровода переменное магнитное поле и определяют участок трубопровода с несанкционированной врезкой по изменению конфигурации магнитного поля, вызванного дефектом геометрии стенки трубы. Сущность изобретения сводится к реализации возможности идентифицировать врезку по изменению образа магнитного поля, возбужденного антенным блоком устройства при воздействии на него магнитным полем дефекта геометрии стенки трубы в виде штуцера или хомута со штуцером. Способ реализуется в устройстве, содержащем корпус с электронным блоком и блоком антенны, генератор, предусилитель, контроллер, дифференциальную GPS-Глонасс, блок индикации, блок оперативной памяти и блок индукционных датчиков, антенну, обеспечивающие идентификацию и определение координат расположения врезки на местности обработки с использованием программы персонального компьютера блока индикации. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ обнаружения несанкционированных врезок в трубопровод, включающий непрерывное измерение вертикальной составляющей магнитной индукции над трубопроводом и вдоль него, определение модуля вертикального вектора магнитной индукции с получением магнитограммы и запись считываемой магнитограммы на твердотельную память, отличающийся тем, что формируют направленный сигнал переменного магнитного поля в сторону трубопровода, который при взаимодействии с магнитным полем конструкций врезки изменяет первоначальную конфигурацию; по магнитограмме определяют участок трубопровода с несанкционированной врезкой по характерным признакам: максимальному значению амплитуды и магнитному образу вертикальной компоненты магнитного поля, вызванного геометрическими размерами элементов врезки, которые будут отличны от магнитных образов других дефектов стенки трубы.

2. Устройство для обнаружения несанкционированных врезок в трубопровод, содержащее корпус с электронным блоком и антенну, генератор, предусилитель, контроллер, дифференциальную GPS-Глонасс, блок индикации, блок оперативной памяти и блок индукционных датчиков, при этом антенна выполнена с возможностью передачи сигнала со своего выхода через предусилитель на вход контроллера, выполненного с возможностью получения сигнала с дифференциальной GPS-Глонасс и передачи сигнала на блок индикации и блок оперативной памяти, отличающееся тем, что антенна содержит: индуктор, соединенный с генератором, предназначенный для формирования направленного сигнала переменного магнитного поля к трубопроводу, блок индукционных датчиков и предусилители.