Способ и система отслеживания несанкционированных сварочных работ на трубопроводе Российский патент 2024 года по МПК F17D5/06 

Группа изобретений относится к области трубопроводного транспорта и может быть использована для обнаружения производства несанкционированных врезок в трубопровод.

Из уровня техники известен внутритрубный детектор врезок, являющийся устройством контроля за состоянием эксплуатируемых магистральных трубопроводов, путем пропуска внутри обследуемого трубопровода устройства типа поршня, движимого внутри трубопровода потоком транспортируемого по трубопроводу продукта. В поршне установлен источник питания и средства измерений и обработки данных измерений, на корпусе поршня установлены датчики, чувствительные к несплошности материала стенок трубопроводов, в частности к сквозным отверстиям малого диаметра в местах несанкционированных отводов (врезок) от обследуемого трубопровода (RU 2280810 C1, F17D 5/00, 27.07.2006).

Главными недостатками таких способов и устройств обнаружения несанкционированных врезок в трубопровод являются необходимость прекратить транспортировку продукта по трубопроводу, разрезать трубу и установить устройство нагнетания давления для продвижения поршня, сложность определения местоположения врезки ввиду несовершенства устройств измерения пройденного внутри трубы расстояния (одометров), кроме того, существует вероятность застревания поршня при сильной деформации трубы или уменьшения ее внутреннего диаметра в результате засорения примесями: газоконденсатом, парафинами и пр., а также невозможность оперативного отслеживания производства несанкционированных врезок до начала отбора продукта.

Из уровня техники также известны несколько способов и устройств обнаружения несанкционированных врезок в трубопровод, основанных на возбуждении направленного к трубопроводу переменного магнитного поля определенной конфигурации (RU 2751271 C1, F17D 5/02, 12.07.2021), или акустических колебаний в теле трубы и жидкости внутри трубопровода и отвода врезки (RU 2741177 С1, F17D 5/00, 22.01.2021; RU 2681552 С1, F17D 5/00, 11.03.2019), на изменении напряженности магнитного поля, к которому чувствительны дифференциальные сигнальные датчики, образованные участками кабеля соединенными между собой и образующие пространственно-распределенные контуры (RU 2698426 C1, G08B 13/24, 26.08.2019).

Недостатками таких систем являются необходимость установки большого количества датчиков и устройств передачи сигнала, откапывание трубы при установке датчиков, невозможность оперативного отслеживания производства несанкционированных врезок до начала отбора продукта.

Задачей заявленной группы изобретений является разработка создание способа и системы отслеживания несанкционированных сварочных работ на трубопроводе посредством обнаружения электромагнитных сигналов в трубопроводе, расширяющего функциональные возможности всей системы защиты трубопроводов от несанкционированных сторонних воздействий.

Технический результат изобретения заключается в повышении оперативности выявления осуществления несанкционированных врезок в трубопровод на начальной стадии до начала отбора продукта.

Технический результат достигается тем, что в способе отслеживания несанкционированных сварочных работ на трубопроводе осуществляют мониторинг электромагнитных колебаний в трубопроводе в широком диапазоне частот от 2,5 до 40 кГц посредством установки устройства для обнаружения электромагнитных сигналов системы отслеживания несанкционированных сварочных работ на трубопроводе, по меньшей мере в одной контрольной точке трубопровода, выполняют регистрацию разности потенциалов между трубопроводом и заземлителем и формируют сигнал Uвх(t), передают сигнал Uвх(t) по каналу связи или его амплитудно-частотное представление на центральный сервер, полученный сигнал Uвх(t) подвергают цифровой обработке с помощью осциллографа или анализатора спектра непосредственно в контрольной точке или на центральном сервере после передачи по каналу связи, при этом обработку проводят посредством анализа формы сигнала Uвх(t) или посредством анализа амплитудно-частотного представления сигнала Uвх(t), осуществляют непрерывный мониторинг полученных сигналов посредством программного обеспечения, установленного на центральном сервере и при изменении фонового спектра выше заданного порога происходит формирование сигнала тревоги с определением места воздействия по изменению спектра и времени обнаружения сигналов от соответствующих устройств для обнаружения электромагнитных сигналов с выдачей информации на автоматизированное рабочее место, подключенное к центральному серверу, при обнаружении в полученных данных признаков, указывающих на выполнение несанкционрованных сварочных работ принимают меры по защите трубопровода.

Дополнительно технический результат достигается тем, что при анализе формы сигнала Uвх(t) оценивают амплитуду сигнала Uвх(t), среднее значение сигнала Uвх(t), стандартное отклонение сигнала Uвх(t), частоту сигнала Uвх(t).

Дополнительно технический результат достигается тем, что при анализе амплитудно-частотного представления сигнала Uвх(t) анализируют амплитудно-частотные спектры сигнала Uвх(t) и их развертку во времени, амплитуды и частоты гармоник сигнала Uвх(t), время проявления особенностей на спектре сигнала Uвх(t).

Дополнительно технический результат достигается тем, что анализируют амплитудно-частотные спектры и их развертку во времени с помощью быстрого преобразования Фурье или вейвлетного преобразования.

Технический результат достигается так же тем, что система отслеживания несанкционированных сварочных работ на трубопроводе содержит устройство для обнаружения электромагнитных сигналов, состоящее из проводника подключения к трубопроводу, заземлителя и блока измерения и обработки сигнала, регистрирующего разность потенциалов между трубопроводом и заземлителем и формирующего сигнал Uвх(t), установленного между трубопроводом и заземлителем и соединенного с проводником подключения к трубопроводу и заземлителем, и подсистему передачи, сбора, хранения и анализа данных, содержащую устройство передачи данных, устройство приема данных, центральный сервер с программой обработки и хранения данных, автоматизированное рабочее место диспетчера, при этом блок измерения и обработки сигнала устройства для обнаружения электромагнитных сигналов содержит осциллограф или анализатор спектра.

Дополнительно технический результат достигается тем, что заземлитель представляет собой электрод сравнения.

Дополнительно технический результат достигается тем, что блок измерения и обработки сигнала представляет собой селективный вольтметр или регистрирующий вольтметр переменного напряжения и снабжен анализатором спектра частот.

Дополнительно технический результат достигается тем, что подсистема передачи, сбора, хранения и анализа данных снабжена проводным каналом связи.

Дополнительно технический результат достигается тем, что подсистема передачи, сбора, хранения и анализа данных снабжена передающей антенной, а устройство приема данных выполнено с приемной антенной.

Заявленная группа изобретений поясняется чертежами, где:

Фиг. 1 - исходный фоновый сигнал на трубопроводе;

Фиг. 2 - исходный сигнал при выполнении сварочных работ на трубопроводе;

Фиг. 3 -спектр фонового сигнала на трубопроводе;

Фиг. 4 - спектр сигнала при выполнении сварочных работ на трубопроводе;

Фиг. 5 - система отслеживания несанкционированных сварочных работ на трубопроводе, состоящая из двух контрольных точек с беспроводным каналом связи.

Позициями на фиг. 5 обозначено следующее:

1 - трубопровод;

2 - заземлитель;

3 - проводник подключения к трубопроводу;

4 - блок измерения и обработки сигнала;

5 - устройство передачи данных;

6 - передающая антенна;

7, 11 - подсистема передачи, сбора, хранения и анализа данных;

8 - приемная антенна устройства приема данных;

9 - центральный сервер с программой обработки и хранения данных;

10 - автоматизированное рабочее место диспетчера.

Несанкционированные врезки в трубопроводы являются сложными для обнаружения с поверхности земли объектами поиска, поэтому своевременное выявление их на стадии установки до начала отбора продукта является первостепенной задачей решаемой заявленной группой изобретений.

Предлагаемые способ и система отслеживания несанкционированных сварочных работ на трубопроводе основаны на мониторинге электромагнитных колебаний в трубопроводе, которые создаются в основном режиме работы сварочных аппаратов инверторного типа в свариваемом трубопроводе.

Таким образом, для выявления несанкционированной врезки еще на этапе ее установки предлагается использовать мониторинг электромагнитных сигналов в трубопроводе с целью выявления характерных сигналов от сварочного аппарата, которые различимы в широком диапазоне частот. Для практических целей может быть рекомендован диапазон частот от 2,5 до 40 кГц. Дальность эффективного выявление сигнала зависит от чувствительности применяемого оборудования. Например, экспериментально подтверждена возможность выявления на расстоянии до 130 м от места проведения работ при использовании осциллографа с разрешающей способностью от 5 мВ и с пропускной способностью 60 МГц.

Предлагаемая системы отслеживания несанкционированных сварочных работ на трубопроводе содержит:

- устройство для обнаружения электромагнитных сигналов;

- подсистему передачи, сбора, хранения и анализа данных 7, 11.

Устройство обнаружения электромагнитных сигналов состоит из следующих

элементов:

- проводник подключения к трубопроводу 3;

- заземлитель 2;

- блок измерения и обработки сигнала 4.

Подсистема передачи, сбора, хранения и анализа данных состоит из следующих элементов:

- устройство передачи данных 5,

- устройство приема данных с приемной антенной 8;

- центральный сервер с программой обработки и хранения данных 9;

- автоматизированное рабочее место диспетчера 10.

Подсистема передачи, сбора, хранения и анализа данных может быть выполнена с проводным каналом связи, в этом случае она содержит проводной канал связи, или с беспроводным каналом связи (фиг. 5), в этом случае она содержит передающую антенну 6, а устройство приема данных выполнено с приемной антенной 8.

Отслеживания несанкционированных сварочных работ на трубопроводе осуществляют следующим образом.

Устройство для обнаружения электромагнитных сигналов устанавливают в одной или большем количестве контрольных точек на контролируемом участке трубопровода. Расстояние между контрольными точками установки устройств обнаружения сигналов может составлять до 300 м или более при использовании оборудования с достаточным разрешением.

Устройство для обнаружения электромагнитных сигналов подключают к подсистеме передачи, сбора, хранения и анализа данных. Мониторинг может осуществляться как локально - в отдельных контрольных точках на объекте, так и с помощью подсистемы передачи, сбора, хранения и анализа данных. Передачу данных выполняют с применением проводных или беспроводных каналов связи. Для сбора и хранения данных применяют серверное оборудования с достаточными техническими параметрами. Анализ данных выполняют с помощью автоматизированного рабочего места диспетчера, при необходимости применяя общедоступное или специально разработанное программное обеспечение.

Заземлители представляют собой металлический стержень, установленном в грунте. Конфигурация заземлителя может быть различной, площадь контакта заземлителя с грунтом должна быть достаточной для выявления сигналов. В частном случае, в качестве заземлителя может быть использован электрод сравнения (например, стационарный медно-сульфатный электрод сравнения или иного типа).

Между трубопроводом и заземлителем должен быть установлен блок измерения и обработки сигнала (БОС). БОС представляет собой вольтметр с высоким входным сопротивлением, высокой частотой дискретизации в реальном времени и пропускной способностью, то есть селективный вольтметр или регистрирующий вольтметр переменного напряжения. БОС должен быть оснащен анализатором спектра частот, выполняемого, например, посредством быстрого преобразования Фурье или иными методами цифровой обработки сигнала (вейвлетное преобразование и т.п.).

На фиг. 5 показан вариант реализации системы отслеживания несанкционированных сварочных работ на трубопроводе, состоящей из двух контрольных точек с беспроводным каналом связи.

Описание функционирования предлагаемой системы.

С помощью БОС выполняется непрерывный мониторинг величины разности электрических потенциалов между трубопроводом и заземлителем - сигнал Uвх(t).

БОС выполняет регистрацию необходимого количества измерений разности потенциалов между трубопроводом и заземлителем и формирует сигнал Uвх(t). Полученный сигнал Uвх(t) может быть подвергнут цифровой обработке с помощью осциллографа/анализатора спектра или иных устройств непосредственно в контрольной точке либо на центральном сервере после передачи по каналу связи.

Обработку полученных данных проводят посредством анализа формы сигнала Uвх(t) (осциллограммы) либо посредством анализа амплитудно-частотного представления сигнала Uвх(t).

При анализе формы сигнала Uвх(t) оценивают такие параметры сигнала, как амплитуду, среднее значение, стандартное отклонение и иные, частоту сигнала.

При анализе амплитудно-частотного представления сигнала Uвх(t) анализируют амплитудно-частотные спектры и их развертку во времени (например, с помощью быстрого преобразования Фурье или вейвлетного преобразования). При этом анализируют амплитуды и частоты гармоник сигнала, время проявления различных особенностей на спектре.

К трубопроводу 1 в одной или нескольких контрольных точках (на фиг. 5 приведен вариант с двумя контрольными точками) подключают устройства для обнаружения сигналов, которые содержат заземлитель 2 и проводник подключения к трубопроводу 3, соединенные с БОС 4. Устройство обнаружения сигналов посредством устройства передачи данных 7 по беспроводному каналу связи передает сигнал Uвх(t) или его амплитудно-частотное представление на центральный сервер 9. Для вывода информации центральный сервер 9 подключен к автоматизированному рабочему месту диспетчера 10.

С помощью программного обеспечения, установленного на центральном сервере, ведется непрерывный мониторинг полученных сигналов и при изменении фонового спектра выше заданного порога происходит формирование сигнала тревоги с определением места воздействия по изменению спектра и времени обнаружения сигналов от соответствующих устройств обнаружения сигналов с выдачей информации на автоматизированное рабочее место 10. При обнаружении в полученных данных признаков, указывающих на выполнение несанкционрованных сварочных работ или иных нежелательных воздействий на трубопровод, ответственный сотрудник по установленной процедуре принимает меры по защите трубопровода.

Для примера на фиг. 1-2 изображены исходный фоновый сигнал на трубопроводе и исходный сигнал при выполнении сварочных работ на трубопроводе, а на фиг. 3-4 показаны спектр фонового сигнала на трубопроводе и спектр сигнала при выполнении сварочных работ на трубопроводе.

Внедрение системы отслеживания несанкционированных сварочных работ на трубопроводе осуществляющей способ отслеживания несанкционированных сварочных работ на трубопроводе позволяет реализовать оперативное выявление работ по несанкционированной врезке в трубопровод на начальной стадии ее установки до начала отбора продукта. Заявленная система позволяет, электромагнитным способом, обнаруживать процесс производства сварочных работ (например, электродуговой сваркой) при подготовке к несанкционированной врезке. Обнаружение производства врезки не зависит от режимов работы трубопровода, наличия и состава продукта в нем.

Группа изобретений относится к области трубопроводного транспорта и может быть использована для обнаружения производства несанкционированных врезок в трубопровод. Для реализации группы изобретений по отслеживанию несанкционированных сварочных работ на трубопроводе осуществляют мониторинг электромагнитных колебаний в трубопроводе в широком диапазоне частот от 2,5 до 40 кГц посредством установки устройства для обнаружения электромагнитных сигналов системы отслеживания несанкционированных сварочных работ на трубопроводе, по меньшей мере в одной контрольной точке трубопровода. Выполняют регистрацию разности потенциалов между трубопроводом и заземлителем и формируют сигнал Uвх(t). Передают сигнал Uвх(t) по каналу связи или его амплитудно-частотное представление на центральный сервер. Полученный сигнал Uвх(t) подвергают цифровой обработке с помощью осциллографа или анализатора спектра непосредственно в контрольной точке или на центральном сервере после передачи по каналу связи. Обработку проводят посредством анализа формы сигнала Uвх(t) или посредством анализа амплитудно-частотного представления сигнала Uвх(t). Осуществляют непрерывный мониторинг полученных сигналов посредством программного обеспечения, установленного на центральном сервере. При изменении фонового спектра выше заданного порога происходит формирование сигнала тревоги с определением места воздействия по изменению спектра и времени обнаружения сигналов от соответствующих устройств для обнаружения электромагнитных сигналов с выдачей информации на автоматизированное рабочее место диспетчера, подключенное к центральному серверу. При обнаружении в полученных данных признаков, указывающих на выполнение несанкционированных сварочных работ, принимают меры по защите трубопровода. Обеспечивается повышение оперативности выявления осуществления несанкционированных врезок в трубопровод на начальной стадии до начала отбора продукта. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ отслеживания несанкционированных сварочных работ на трубопроводе, характеризующийся тем, что осуществляют мониторинг электромагнитных колебаний в трубопроводе в широком диапазоне частот от 2,5 до 40 кГц посредством установки устройства для обнаружения электромагнитных сигналов системы отслеживания несанкционированных сварочных работ на трубопроводе, по меньшей мере в одной контрольной точке трубопровода, выполняют регистрацию разности потенциалов между трубопроводом и заземлителем и формируют сигнал Uвх(t), передают сигнал Uвх(t) по каналу связи или его амплитудно-частотное представление на центральный сервер, полученный сигнал Uвх(t) подвергают цифровой обработке с помощью осциллографа или анализатора спектра непосредственно в контрольной точке или на центральном сервере после передачи по каналу связи, при этом обработку проводят посредством анализа формы сигнала Uвх(t) или посредством анализа амплитудно-частотного представления сигнала Uвх(t), осуществляют непрерывный мониторинг полученных сигналов посредством программного обеспечения, установленного на центральном сервере, и при изменении фонового спектра выше заданного порога происходит формирование сигнала тревоги с определением места воздействия по изменению спектра и времени обнаружения сигналов от соответствующих устройств для обнаружения электромагнитных сигналов с выдачей информации на автоматизированное рабочее место диспетчера, подключенное к центральному серверу, при обнаружении в полученных данных признаков, указывающих на выполнение несанкционированных сварочных работ, принимают меры по защите трубопровода.

2. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что при анализе формы сигнала Uвх(t) оценивают амплитуду сигнала Uвх(t), среднее значение сигнала Uвх(t), стандартное отклонение сигнала Uвх(t), частоту сигнала Uвх(t).

3. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что при анализе амплитудно-частотного представления сигнала Uвх(t) анализируют амплитудно-частотные спектры сигнала Uвх(t) и их развертку во времени, амплитуды и частоты гармоник сигнала Uвх(t), время проявления особенностей на спектре сигнала Uвх(t).

4. Способ по п. 3, характеризующийся тем, что анализируют амплитудно-частотные спектры и их развертку во времени с помощью быстрого преобразования Фурье или вейвлетного преобразования.

5. Система отслеживания несанкционированных сварочных работ на трубопроводе, характеризующаяся тем, что ее используют для отслеживания несанкционированных сварочных работ на трубопроводе в способе по п. 1 и она содержит устройство для обнаружения электромагнитных сигналов, состоящее из проводника подключения к трубопроводу, заземлителя и блока измерения и обработки сигнала, регистрирующего разность потенциалов между трубопроводом и заземлителем и формирующего сигнал Uвх(t), установленного между трубопроводом и заземлителем и соединенного с проводником подключения к трубопроводу и заземлителем, и подсистему передачи, сбора, хранения и анализа данных, содержащую устройство передачи данных, устройство приема данных, центральный сервер с программой обработки и хранения данных, автоматизированное рабочее место диспетчера, при этом блок измерения и обработки сигнала устройства для обнаружения электромагнитных сигналов содержит осциллограф или анализатор спектра.

6. Система по п. 1, характеризующаяся тем, что заземлитель представляет собой электрод сравнения.

7. Система по п. 1, характеризующаяся тем, что блок измерения и обработки сигнала представляет собой селективный вольтметр или регистрирующий вольтметр переменного напряжения и снабжен анализатором спектра частот.

8. Система по п. 1, характеризующаяся тем, что подсистема передачи, сбора, хранения и анализа данных снабжена проводным каналом связи.

9. Система по п. 1, характеризующаяся тем, что подсистема передачи, сбора, хранения и анализа данных снабжена передающей антенной, а устройство приема данных выполнено с приемной антенной.