УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИСТАНЦИОННОГО МОНИТОРИНГА ГЕРМЕТИЧНОСТИ МАГИСТРАЛЬНОГО ГАЗОПРОВОДА

Полезная модель относится к газопроводному транспорту и может быть использована для дистанционного мониторинга герметичности стенки магистрального газопровода (МГ).
Известна система, реализованная в устройстве для дистанционного обнаружения негерметичности стенки магистрального трубопровода (МТ), принятая за прототип [RU №127428 U1, МПК F17D 5/06 (2006.01), опубл. 27.04.2012]. Данная система содержит пару тензометрических преобразователей давления, пару контроллеров, пару электронных переключателей, пару прецизионных импульсных шумомеров, пару передающих радиомодемов, расположенных после выхода перекачивающей станции в начале участка МТ и перед входом перекачивающей станции в конце участка МТ. Датчики давления осуществляют непрерывное измерение давления внутри МТ, их выходы подключены к аналоговым входам контроллеров, управляющих посредством электронных переключателей питанием шумомеров, выходы которых подключены к соответствующим входам передающих радиомодемов, которые через радиоканал передают сигнал на соответствующий принимающий радиомодем, соединенный выходами с аналогово-цифровым преобразователем, подключенным к персональному компьютеру оператора, на котором установлено специализированное программное обеспечение для записи, обработки и хранения полученных данных.
Недостатком прототипа является то, что для записи спектра акустических шумов, вызванных движением продукта внутри МТ, используются шумомеры, расположенные снаружи МТ, что значительно снижает объективность проводимого исследования. Кроме того, расположенные в стенке МТ датчики давления КРТ не способны отслеживать быстроменяющиеся пульсации давления, что не позволяет достичь возможного уровня эффективности регистрации акустических колебаний, распространяющихся непосредственно в среде, заполняющей МТ. Наиболее критично данный недостаток проявляется при диагностике герметичности магистральных газопроводов (МГ), являющихся частным случаем МТ, ввиду существенных различий в значениях плотности транспортируемых по МГ газообразных веществ и материала его стенки.
Техническим результатом, получаемым от внедрения полезной модели, является повышение надежности и эффективности диагностики технического состояния МГ.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном устройстве для дистанционного мониторинга герметичности стенки магистрального газопровода, которое содержит регистрирующие блоки, включающие датчик давления, один из регистрирующих блоков расположен после выхода перекачивающей станции в начале линейного участка магистрального трубопровода, а другой из регистрирующих блоков расположен перед входом перекачивающей станции в конце линейного участка магистрального трубопровода, при этом указанные регистрирующие блоки связаны с передающими радиомодемами, соединенными радиоканалом с принимающими радиомодемами, которые расположены в центральном пункте, а принимающий радиомодем соединен с аналогово-цифровым преобразователем, подключенным к персональному компьютеру, снабженному программным обеспечением для обработки и хранения полученных данных, новым является то, что в состав каждого из указанных регистрирующих блоков в качестве датчика давления входит пьезоэлектрический высокочастотный сенсор пульсаций, снабженный блоком питания и усилителя сигнала, выход которого подключен к соответствующему входу передающего радиомодема. Указанный датчик давления инсталлирован в стенку магистрального трубопровода, таким образом, чтобы мембрана датчика давления находилась в непосредственном контакте с перекачиваемым газообразным продуктом.
В предлагаемом устройстве вместо импульсного прецизионного шумомера, тензометрического преобразователя давления, электронного переключателя питания и контроллера, в составе каждого из регистрирующих блоков предложено использовать пьезоэлектрический высокочастотный сенсор пульсаций давления (датчик), способный улавливать акустические колебания, распространяемые непосредственно в среде, заполняющей МГ, снабженный автономным источником питания и усилителем сигналов (блок питания и усилитель сигнала), соединенным выходами с передающим радиомодемом, с которого аналоговый сигнал посредством радиоканала передается на принимающий радиомодем, расположенный в центральном пункте (ЦП), и подключенный выходами к аналогово-цифровому преобразователю (АЦП), соединенному с персональным компьютером (ПК) со специализированным программным обеспечением (ПО). Также применен интегрированный способ получения данных, заключающийся в регистрации с помощью высокочувствительной мембраны датчика спектра акустических колебаний среды, заполняющей МГ, и осуществлении частотно-временного анализа полученных данных для определения начальной стадии возникновения переходного процесса и следующего за ним изменения состава спектра акустических шумов, вызванных появлением негерметичности.
Полезная модель поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлена схема расположения устройства на участке МГ с негерметичностью, на фиг. 2 изображена структурная схема регистрирующего блока (РБ), на фиг. 3 - структурная схема центрального пункта мониторинга технического состояния МГ. Цифрами обозначено: 1 - линейный участок МГ с негерметичностью; 2 - соседние перекачивающие станции; 3 регистрирующие блоки; 4 - датчики давления; 5 - блок питания и усиления сигнала; 6 - передающий радиомодем; 7 - центральный пункт (ЦП); 8 - принимающий радиомодем; 9 - аналого-цифрового преобразователь (АЦП); 10 - ПК оператора.
В состав предлагаемого устройства входит пара регистрирующих блоков 3, состоящих из датчика давления, инсталлированного в стенку МГ, таким образом, чтобы мембрана находилась в непосредственном контакте с перекачиваемым газообразным продуктом, (к примеру, высокочастотный ICP сенсор пульсаций давления 113В22 фирмы РСВ Piezotronics), блока питания датчика и усиления сигнала 5, подобранного в соответствие с датчиком давления (к примеру, автономный источник питания и усилитель сигналов для датчиков ICP модели 480С02 фирмы РСВ Piezotronics), и передающего радиомодема 6 (к примеру, многоканальный радиомодем Trimmark 3, фирмы Trimble). Регистрирующий блок 3 (РБ-1) расположен после выхода перекачивающей станции в начале линейного участка 1 МГ, регистрирующий блок 3 (РБ-2) - перед входом перекачивающей станции в конце линейного участка 1 МГ. Также в состав устройства входит центральный пункт 7 (ЦП), состоящий из принимающего радиомодема 8 (сопряженного с передающим радиомодемом 6, к примеру, Trimmark 3), выходы которого подключены к входам аналого-цифрового преобразователя 9 (к примеру, многофункциональный модуль сбора данных National Instruments USB-6212), который в свою очередь подключен к персональному компьютеру 10 (ПК - класса не менее Р5, ПО - Windows ХР или выше, поддержка программной среды National Instruments Lab VIEW 10).
Устройство работает следующим образом.
На линейном участке 1 магистрального газопровода, по которому между двумя соседними перекачивающими станциями 2 осуществляется направленное движение перекачиваемого газообразного продукта, производится непрерывный мониторинг пульсаций давления и спектра акустических шумов согласно известному способу диагностики герметичности магистрального трубопровода (Пат. №2457392) с помощью регистрирующих блоков 3, расположенных по краям линейного участка 1 МГ. В момент появления негерметичности, в среде, заполняющей газопровод, возникает импульс давления, распространяющийся по обе стороны от негерметичности со скоростью звука, соответствующей значению скорости звука в конкретном веществе. Датчики давления 4 регистрируют кратковременный переходный процесс, и следующее за ним изменение спектра акустических шумов, затем через блок питания и усиления сигнала 5, сигнал поступает на соответствующий канал передающего радиомодема 6, который осуществляет передачу информации посредством радиоканала в центральный пункт (ЦП) 7 на принимающий радиомодем 8, который для обработки направляет сигнал через аналогово-цифровой преобразователь 9 в ПК 10 оператора. В ПК 10 оператора, при помощи специализированного программного обеспечения производится запись на жесткий диск, а также обработка полученных данных и анализ спектра регистрируемых шумов для последующего выявления геометрических размеров и координат местоположения негерметичности.
В ЦП 7 на ПК 10 оператора с помощью модульно реализованного программного продукта синхронизировано осуществляется циклический процесс записи данных с обоих каналов на жесткий диск (модуль «Запись»), а также анализ информации. В случае появления в записи выделяющегося из общего уровня скачка амплитудного уровня пульсаций, соответствующего переходному процессу в системе МГ, модуль программы, осуществляющий обработку результатов («Анализ»), выносит решение выделить из записи в отдельный, защищенный от стирания файл с пометкой «внимание», фрагмент, содержащий переходный процесс и следующий за ним участок записи с информацией о времени, локализации, а также о соответствие каналов записи. Специальный модуль аналитической программы («Спектр») производит детальный анализ состава спектра акустического шума до амплитудного скачка и после. В случае обнаружения в новом составе спектра высокочастотных компонент, соответствующих появлению негерметичности стенки, данный модуль выносит заключение о степени опасности негерметичности, затем добавляет в файл соответствующие записи и меняет пометку файла на «опасно». Затем файлы, с пометкой «опасно», программно ранжируются согласно степени опасности, и автоматически в порядке убывания направляются в следующий модуль аналитической программы («Координата») для определения по разности времени прихода амплитудного скачка к соответствующим датчикам реальных координат местоположения негерметичности по длине участка.
В случае отсутствия на определенном этапе анализа признаков негерметичности, работа с файлом прекращается, и он направляется в архив, сохраняя пометку «внимание». В дальнейшем такие файлы проверяются на соответствие регламентированным изменениям на участке (изменение режима прокачки, проведение работ и т.д.) и могут быть отправлены на повторный анализ в модули «Спектр» и «Координата».