БЛОК ДАТЧИКОВ СИСТЕМЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ ТРУБОПРОВОДОВ

Полезная модель относится к средствам охраны трубопроводных систем и предназначена для обнаружения факта и локализации места несанкционированных действий и иных факторов, способных привести к повреждению трубопровода или возникающих в результате естественного старения.
Известно устройство мониторинга технического состояния трубопровода [Свидетельство на полезную модель №33223, МПК G01M 3/24, з. 31.03.2003., оп. 10.10.2003.], содержащее n каналов обнаружения утечки, каждый из которых содержит акустический датчик, соединенный со входом устройства предварительной обработки акустической информации, выполненного в виде последовательно соединенных блока усиления, блока фильтрации, блока аналого-цифрового преобразователя и блока согласования, также содержащий мультиплексный канал передачи информации, выход которого соединен с демультиплексором, последовательно соединенным с блоком обработки акустической информации, при этом акустические датчики установлены на трубопроводе на расстоянии d друг от друга, отличающееся тем, что в него введены n каналов обнаружения вибраций, каждый из которых состоит из датчика вибрации, соединенного со входом канала предварительной обработки вибрационной информации и n каналов акустической эмиссии, каждый из которых состоит из датчика акустической эмиссии, соединенного со входом канала предварительной обработки акусто-эмиссионной информации, имеющих структуру канала предварительной обработки акустической информации, при этом каждый i-ый акустический датчик, i-ый датчик вибрации и i-ый датчик акустической эмиссии, установленные в непосредственной близости друг от друга, со своими каналами предварительной обработки информации объединены конструктивно и образуют i-ый измерительный пост, выходы всех n измерительных постов соединены с соответствующими входами мультиплексорного канала передачи информации, также введены блок обработки вибрационной информации, блок обработки акусто-эмиссионной информации и блок наблюдения за судоходством, входы которых соединены с соответствующими выходами демультиплексора, при этом вход демультиплексора соединен с выходом мультиплексного канала передачи информации, также введена система отображения, регулировки, документирования и управления, входы которой соединены с выходами блока обработки акустической информации, блока обработки вибрационной информации, блока обработки акусто-эмиссионной информации и блока наблюдения за судоходством.
Известно устройство для осуществления способа определения местоположения течи как источника акустического излучения [Патент US 4858462 А, 22.08.1989.], содержащее два разнесенных акустических датчика (преобразователя), два блока усиления и фильтрации, два аналого-цифровых преобразователя, процессор плавающего порога и разностного сигнала, компьютер, выполняющий функции блока управления со средствами отображения.
Известна система обнаружения повреждений трубопровода [Патент на полезную модель №46579, МПК G01M 3/24, з. 11.03.2005., оп. 10.07.2005.], содержащая n акустических преобразователей, каждый из которых связан с одним из n усилителей, фильтров, аналого-цифровых преобразователей и адаптивных пороговых обнаружителей сигнала, а также блок управления, отличающаяся тем, что она содержит n предварительных усилителей и диагностических излучателей, каждый из которых конструктивно объединен с одним акустическим преобразователем с образованием n сигнальных датчиков повреждений, выполненных с возможностью установки непосредственно на трубопровод, а также n блоков автоматической регулировки усиления, микропроцессоров, приемников и передатчиков, аналоговых коммутаторов, магистральных приемопередающих блоков в составе магистральных приемников и магистральных передатчиков, каждый из которых конструктивно объединен с одним усилителем, полосовым фильтром, аналого-цифровым преобразователем и адаптивным пороговым обнаружителем сигнала с образованием n блоков обработки сигналов, а также центральный процессор, выполненный с возможностью осуществления функции управления, диагностики и обработки сигнальной информации посредством амплитудной и корреляционной обработки сигналов с двух соседних сигнальных датчиков повреждений, и мультипротокольный коммутационный узел, конструктивно объединенные с блоком управления в удаленное терминальное устройство.
В качестве прототипа выбрана система мониторинга состояния трубопровода [Патент на полезную модель №68692, МПК G01M 3/24, з. 05.07.2007., оп. 27.11.2007.], содержащая n сигнальных датчиков повреждений, выполненных с возможностью установки непосредственно на трубопровод, n датчиков температуры трубопровода, n блоков обработки сигналов, а также удаленное терминальное устройство, содержащее, по меньшей мере, центральный процессор, выполненный с возможностью осуществления функции управления, диагностики и обработки сигнальной информации и мультипротокольный коммутационный узел, при этом, каждый датчик температуры трубопровода через один из n блоков обработки сигналов и удаленное терминальное устройство связан с генератором управляющих сигналов. Таким образом, единичный комплект датчиков известной системы включает сигнальный датчик повреждений и датчик температуры трубопровода.
Нефте-, газо и продуктопроводы являются источником повышенной опасности для окружающей среды и требуют особых мер для обеспечения их надежной эксплуатации и предупреждения экологических аварий. Основная причина аварий это разгерметизация трубопровода, вызывающая утечку (выброс) продукта, следствием которой являются образование взрывоопасной смеси или разлив транспортируемого продукта.
Причинами разгерметизации могут быть как естественные причины (коррозия трубопровода, естественный износ трубопровода, температурные колебания), так и искусственные причины (незаконные врезки, превышение предельно допустимой механической нагрузки, нарушение режима эксплуатации трубопровода).
Существующие средства и системы предназначены в основном либо для контроля технологических параметров эксплуатации трубопроводов, либо для определения свершившегося факта разгерметизации трубопровода.
Задачей полезной модели являлось создание устройства, расширяющего функциональные возможности всей системы технологической защиты трубопроводов, а также упрощение монтажа.
Указанная задача блоком датчиков системы технологической защиты трубопроводов, содержащим сигнальный датчик повреждений и датчик температуры трубопровода, выполненные с возможностью подключения к блоку обработки сигналов для передачи сигналов датчиков на удаленное терминальное устройство, который, согласно предложению, дополнительно содержит датчик скорости коррозии, датчик контроля потенциала и датчик акустической эмиссии.
Заявленная полезная модель поясняется чертежами.
На фиг.1 представлена схема блока датчиков (БД), подключенного к блоку обработки сигналов (БОС), на фиг.2 - схема системы технологической защиты трубопроводов с интегрированным блоком датчиков.
Блок датчиков (БД) 1, связанный с блоком обработки сигналов (БОС) 2, содержит сигнальные датчик повреждений (СДП) 3, датчик температуры (ДТ) 4, датчик акустической эмиссии (ДАЭ) 5 датчики скорости коррозии (ДСК) 6, датчики контроля потенциала (ДКП) 7. Система технологической защиты трубопроводов включает в себя n блоков датчиков 1 и столько же блоков обработки сигналов 2. Блок датчиков 1, как правило, устанавливается на трубопровод Расстояние между соседними блоками датчиков 1 может составлять 300-500 м). Каждый блок датчиков 1 связан с одним блоком обработки сигналов 2, который в свою очередь связан с удаленным терминальным устройством 8. Каждый сигнальный датчик повреждений 3 может содержать (по аналогии с прототипом) акустический преобразователь (как правило, пьезоэлектрический), предварительный усилитель, диагностический излучатель. Датчик акустической эмиссии 5 также может содержать пьезоэлектрический преобразователь, но работающий в ультразвуковом диапазоне (см., например: http://www.globaltest.ru/page/pgm/). Если сигнальный датчик повреждений 3 предназначен для регистрации вибрации самой трубы в акустическом диапазоне от 0 до 10 кГц, то ДАЭ 5 регистрирует упругие волны, возникающие в металле и являющиеся результатом не вибрации трубы, а ее внутренней деформации. Регистрируемые акусто-эмисионные колебания находятся в ультразвуковом диапазоне от 100 до 300 кГц. Датчики скорости коррозии 6 и датчики контроля потенциала 7 известны из уровня техники (см., например, http://kvazar-ufa.ru/page.php?id=142). Каждый блок обработки сигналов 2 может содержать модуль приема сигналов (от датчиков), модуль обработки сигналов и принятия решения и модуль обмена данными. Удаленное терминальное устройство 8 может содержать центральный процессор 9 и мультипротокольный коммутационный узел (МКУ) 10, который может быть связан с устройством отображения 11, а также с какими-либо иными исполнительными и(или) командными устройствами (не показаны).
За счет внедрения блока датчиков 1 Система обнаружения повреждений трубопровода позволяет реализовать следующие действия:
- Обнаружение производства незаконной врезки на начальной стадии ее производства. Система позволяет обнаруживать подготовительные действия и начало производства несанкционированной врезки механическим способом (снятие изоляционного слоя, сверления, пробой) до начала отбора продукта. Обнаружение производства врезки не зависит от режимов работы трубопровода, наличия и состава продукта в нем. Применяется метод постоянного контроля акустического фона трубопровода и выделения посторонних шумовых составляющих, характерных для механического воздействия на трубопровод. В этом случае задействуются датчики 3. По аналогии с прототипом Акустические сигналы с двух смежных датчиков 1, расположенных на трубопроводе наиболее близко от места механического воздействия, преобразуются в электрические сигналы, которые проходят стадии усиления, фильтрации, накопления медленно меняющихся фоновых составляющих сигнала в блоке обработки сигналов 2. Превышение сигнала над фоном выше заданного порога приводит к формированию разрешения передачи сигнала на удаленное терминальное устройство 8, где по результатам корреляционной обработки сигналов с двух смежных датчиков 3 формируется сигнал тревоги и определяется место воздействия по разности амплитуд и времен прибытия акустических сигналов к соответствующим датчикам с выдачей информации на устройство 11.
- Определение технического состояния трубопровода. Система позволяет обнаруживать возникновение дефектов трубопровода, способных привести к его разгерметизации и образованию свищей, сквозных трещин, протечек в уплотнениях, заглушках, арматуре и фланцевых соединениях, а также позволяет оценить скорость развития дефекта в целях заблаговременного прекращения эксплуатации или испытаний и предотвращения разрушения изделия. Датчики 5 регистрируют и преобразуют в электрический сигнал энергию упругих механических волн, распространяющихся от места зарождения и развития дефекта в металлоконструкции. Затем сигналы обрабатываются в блоке обработки сигналов 2, в удаленном терминальном устройстве 8 (центральный процессор 9) и далее - на устройство 11.
- Обнаружение сильных механических воздействий, способных вызвать разгерметизацию трубопровода. Система позволяет обнаруживать сильные механические воздействия на трубопровод, которые могут привести к его деформации и разгерметизации, например проезд большегрузного транспорта над трубопроводом. В данном случае используется комбинация метода контроля акустического фона трубопровода и метода акустической эмиссии (датчики 3 и 5).
- Контроль за температурным режимом эксплуатации трубопровода. Контроль температуры актуален при эксплуатации морских и надземных трубопроводов, нефтепроводов малого и среднего диаметра, а также при транспортировке вязкой нефти или вязких фракций нефтепродуктов. Данные с датчика температуры 4, в реальном времени передаются на блок обработки сигналов 2, который вычисляет разницу между показаниями датчика за предыдущий и текущий момент времени и передает эту разницу через центральный процессор 9 и мультипротокольный коммутационный узел 10 удаленного терминального устройства 8 на устройство 11. Полученные данные используют для формирования сигнала управления устройствами подогрева трубопровода.
- Определение коррозионных процессов в трубопроводе. Система позволяет определять скорость коррозионных процессов происходящих по всей длине трубопровода и прогнозировать замену или ремонт наиболее подверженных коррозии участков. Применяется метод определения коррозионной активности среды (грунтов, грунтовых вод) по отношению к металлическим подземным сооружениям путем определения скорости коррозии. Коррозионную активность грунта и контроль состояния электрохимической защиты в определенных почвенно-климатических условиях и в зависимости от химического состава и структуры металла сооружения и измерение скорости коррозии наружной поверхности подземных стальных сооружений определяют по времени достижения полного коррозионного разрушения единичных индикаторов датчика скорости коррозии 6 (от момента его установки до потери электропроводимости единичных индикаторов) непосредственно на местности по трассе подземного сооружения.
- Контроль потенциала электрохимической защиты трубопровода. Ведутся постоянные измерения разности потенциалов посредством датчиков 7 для определения степени влияния блуждающих токов на трубопровод, а также измерения величины тока, протекающего по трубопроводу, с целью локализации с высокой точностью места дефекта изоляции.
- Обнаружение факта утечки при сквозном повреждении трубопровода. Обнаружение утечки продукта, возникающей при сквозном повреждении трубопровода осуществляется по алгоритму, аналогичному действиям по обнаружению незаконной врезки в трубопровод, с выделением составляющих, характерных для процесса утечки.
Центральный процессор 9 выполнен с возможностью осуществления функции управления, диагностики и обработки сигнальной информации.
Заявленный блок датчиков согласуется с существующими системами телемеханики УНК-ТМ (НИИИС им.Седакова), Магистраль (Газавтоматика), СТН-3000 (АтлантикТрансгазСистема).
Возможна интеграция в системы диспетчерского управления (SCADA), построенные на различных типах удаленных контроллеров (RTU) с операционными средами Windows и Unix.
Данные могут предаваться по любым средам передачи данных в протоколах Modbus RTU, Modbus TCP/IP, OPC, МЭК, BSAP, TCP/IP и др.
Пользовательский интерфейс изготавливается по требованиям заказчика и может выступать как отдельным продуктом, так и интегрированным в другие пользовательские интерфейсы.