УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕДОСТАВЛЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ О ТРУБОПРОВОДЕ И СПОСОБ ЕГО УСТАНОВКИ
DEVICE FOR PROVIDING INFORMATION ABOUT PIPELINE AND METHOD FOR INSTALLATION THEREOF

Область техники
Настоящее изобретение относится к устройствам для предоставления информации о трубопроводе, температура внешней поверхности которого отличается от температуры среды, окружающей указанный трубопровод.
Уровень техники
Получение информации о трубопроводах становится актуальной задачей, так как трубопроводы часто проходят не строго по прямой линии, а имеют отклонения в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Как правило, трубопроводы размещают под землёй, и в настоящее время для получения информации о трубопроводах, расположенных под землёй, используют картографический метод, однако чертежи не всегда точны, а конкретные места трубопровода по ним сложно найти. Также используют наружные опознавательные знаки, однако они недолговечны и могут быть повреждены вандалами. Кроме того, там, где осуществление привязок к наземным объектам не обеспечивает достаточного уровня точности, также используют радиочастотные метки, которые располагают на трубопроводе или на небольшом расстоянии над ним. Такая система обеспечивает привязку к местам трубопровода в тех местах, где осуществление привязок к наземным объектам не обеспечивает достаточного уровня точности. Для идентификации данной метки обычно используют стандартные считывающие устройства, предназначенные для идентификации меток, а также для считывания информации метки и записи информации на метку.
Из документа US 20070057769 A1 известна система для обнаружения трубопроводов. В данном решении радиочастотную (RFID) метку связывают с трубопроводом под землёй, например, прикрепляют в местах соединения труб или к самой трубе. Впоследствии трубопровод можно обнаружить посредством опрашивания радиочастотной метки подходящим считывающим устройством, расположенным над землёй.
В связи с тем, что радиочастотная метка в данном решении приводится в действие за счёт сигнала, принимаемого от считывающего устройства, глубина идентификации радиочастотной метки ограничена радиусом действия считывающего устройства. В настоящее время глубина идентификации радиочастотных меток достигает 2,5 метров. При этом некоторые трубопроводы залегают на глубинах от 5 метров и более.
Таким образом, существует необходимость в создании устройство для предоставления информации о трубопроводах, которое обеспечивает возможность предоставления информации о трубопроводах, место расположения которых от места возможного расположения считывающих устройств больше, чем в известных решениях.
Кроме того, стандартные радиочастотные метки имеют относительно небольшой объём хранимой на них информации, вследствие чего не всегда обеспечена возможность хранения в радиочастотной метке всей необходимой информации, относящейся к трубопроводу. В связи с этим также существует необходимость повышения объёма информации, хранимой в радиочастотной метке.
Раскрытие сущности изобретения
Указанная проблема решена посредством устройства для предоставления информации о по меньшей мере одном трубопроводе, температура внешней поверхности которого при его эксплуатации отличается от температуры среды, окружающей указанный по меньшей мере один трубопровод. Устройство содержит по меньшей мере одну радиочастотную метку, предназначенную для расположения на по меньшей мере одном трубопроводе или на расстоянии от него, а также соединенный по меньшей мере с одной радиочастотной меткой по меньшей мере один термоэлектрический генератор, предназначенный для расположения на по меньшей мере одном трубопроводе или на расстоянии от него, так что обеспечена возможность подачи энергии на соединенную с ним по меньшей мере одну радиочастотную метку.
Техническим результатом данного решения является увеличение расстояния, на котором можно получить информацию о по меньшей мере одном трубопроводе, за счёт того, что радиочастотная метка в данном устройстве имеет свой источник питания в виде термоэлектрического генератора.
Кроме того, технический результат также заключается в увеличении объёма информации, хранимой на радиочастотной метке, благодаря наличию термоэлектрического генератора, так как питание радиочастотной метки обеспечивает возможность хранения на данной радиочастотной метке большего объёма информации, чем на радиочастотной метке, не имеющей источника питания, такого как, например, термоэлектрический генератор.
Согласно одному варианту реализации настоящего изобретения термоэлектрический генератор представляет собой элемент Пельтье.
Согласно ещё одному варианту реализации настоящего изобретения устройство применяют для по меньшей мере одного трубопровода, имеющего подземное расположение.
Согласно ещё одному варианту реализации настоящего изобретения устройство применяют для предоставления информации о по меньшей мере одном трубопроводе, расположенном на глубине до 10 м под землёй.
Согласно ещё одному варианту реализации настоящего изобретения устройство применяют для по меньшей мере одного трубопровода, выполненного из неметаллического материала.
Согласно ещё одному варианту реализации настоящего изобретения устройство применяют для по меньшей мере одного трубопровода, выполненного из пластикового материала.
Согласно ещё одному варианту реализации настоящего изобретения по меньшей мере одна радиочастотная метка расположена на по меньшей мере одном трубопроводе, а по меньшей мере один термоэлектрический генератор расположен на расстоянии от 0,01 м до 0,5 м от по меньшей мере одного трубопровода.
Согласно ещё одному варианту реализации настоящего изобретения по меньшей мере одна радиочастотная метка расположена на расстоянии от 0,01 м до 1,0 м от по меньшей мере одного трубопровода, а по меньшей мере один термоэлектрический генератор расположен на по меньшей мере одном трубопроводе.
Согласно ещё одному варианту реализации настоящего изобретения по меньшей мере одна радиочастотная метка расположена на расстоянии от 0,01 м до 1,0 м от по меньшей мере одного трубопровода, а по меньшей мере один термоэлектрический генератор расположен на расстоянии от 0,01 м до 0,5 м от меньшей мере одного трубопровода.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения, предложен способ установки устройства предоставления информации о по меньшей мере одном трубопроводе согласно предыдущему аспекту настоящего изобретения, включающий обеспечение наличия устройства для предоставления информации согласно предыдущему аспекту настоящего изобретения; расположение по меньшей мере одной радиочастотной метки указанного устройства для предоставления информации на по меньшей мере одном трубопроводе или на расстоянии от него; и расположение по меньшей мере одного термоэлектрического генератора, соединенного по меньшей мере с одной радиочастотной меткой, на по меньшей мере одном трубопроводе или на расстоянии от него с обеспечением возможности подачи энергии на соединенную с ним по меньшей мере одну радиочастотную метку.
Согласно одному варианту реализации настоящего изобретения согласно способу расположение по меньшей мере одной радиочастотной метки и по меньшей мере одного термоэлектрического генератора осуществляют во время ремонта указанного по меньшей мере одного трубопровода.
Краткое описание чертежей
Варианты настоящего изобретения описаны далее со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
на фиг. 1A-1B показаны, соответственно, вид сбоку и вид сверху устройства для предоставления информации, установленного на трубопроводе,
на фиг. 2 проиллюстрировано взаимодействие устройства для предоставления информации, показанного на фиг. 1A-1B, со считывающим устройством.
Осуществление изобретения
В материалах настоящей заявки под термином «предоставлении информации о трубопроводе (трубопроводах)» понимается по меньшей мере одно из следующего: обнаружение местонахождения, или локализация, трубопровода или трубопроводов, распознавание трубопровода или трубопроводов, включая определение идентификационных номеров, а также считывание информации, относящейся к трубопроводу или трубопроводам, с соответствующей радиочастотной метки или соответствующих радиочастотных меток. Считываемая информация может, например, содержать информацию о материале трубопровода или трубопроводов, объёмном расходе в трубопроводе и о продукте, транспортируемом в трубопроводе. При использовании терминов «радиочастотная метка», «термоэлектрический генератор», «трубопровод» подразумевается как возможность использования одной радиочастотной метки, одного термоэлектрического генератора и одного трубопровода, соответственно, так и возможность использование множества каждого из них.
На фиг. 1A-1B показано устройство для предоставления информации о трубопроводе 3, расположенном под землёй, согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения. Указанное устройство применяется для трубопровода, температура внешней поверхности которого отличается от температуры среды, окружающей этот трубопровод, для обеспечения наличия разницы температур между поверхностью трубопровода и окружающей трубопровод средой. Это может быть достигнуто, например, благодаря тому, что в трубопроводе транспортируют вещества, например, воду, газ, нефтепродукты и т.п., температура которых отличается от температуры, окружающей трубопровод среды.
Необходимо отметить, что предлагаемое устройство может быть использовано не только для трубопроводов, имеющих подземное расположение, но и любых трубопроводов, расположенных в других средах необязательно под землей, например, для наземных или надземных трубопроводов, расположенных в воздушной среде. Кроме того, устройство для предоставления информации в данном варианте реализации используется для предоставления информации о трубопроводе, выполненном частично или полностью из неметаллических материалов, например, пластикового трубопровода, однако, в других вариантах реализации предлагаемое устройства может быть также использовано для трубопроводов, выполненных частично или полностью из металлических материалов, например, стали, чугуна, цветных металлов.
Устройство для предоставления информации согласно варианту реализации по фиг. 1A-1B содержит радиочастотную метку 1, расположенную на трубопроводе 3, например, прикреплённую к нему механическими средствами. Радиочастотная метка 1 может представлять собой известную в уровне техники радиочастотную метку. В общем случае такие радиочастотные метки содержат интегральную схему для хранения и обработки информации, модулирования и демодулирования радиочастотного сигнала и др., а также антенну для приёма и передачи сигнала. Однако в данном устройстве для предоставления информации могут быть использованы и другие подходящие радиочастотные метки. В других вариантах реализации радиочастотная метка может быть прикреплена к трубопроводу другими подходящими средствами, например, посредством приклеивания. Кроме того, в других вариантах реализации радиочастотная метка может быть расположена на некотором расстоянии от трубопровода, например, на расстоянии от 0,01 м до 1 м от трубопровода при расположении над ним, под ним или сбоку от него. Необходимо отметить, что независимо от того, расположена ли радиочастотная метка на трубопроводе или на расстоянии от него, посредством предлагаемого устройства обеспечено увеличение расстояния, на котором можно получить информацию об этом трубопроводе.
Радиочастотная метка в данном устройстве имеет свой источник питания в виде термоэлектрического генератора 2, соединенного с радиочастотной меткой 1, и, следовательно, является активной, т.к. она может посылать сигнал к поверхности земли, который будет обнаружен считывающим устройством 4, расположенным на расстоянии L от устройства для предоставления информации, равном, например, 3-10 метров или более, как это проиллюстрировано на фиг. 2. Иными словами, источник питания в виде термоэлектрического генератора обеспечивает возможность отправки радиочастотной меткой сигнала, мощности которого достаточно для преодоления значительно большего расстояния, чем расстояние считывания считывающим устройством стандартной радиочастотной метки без источника питания. Таким образом, предлагаемое устройство для предоставления информации о трубопроводах обеспечивает возможность предоставления информации о трубопроводах, расположенных на глубинах, больших, чем в известных решениях.
Следует отметить, что, хотя в данном варианте реализации устройство для предоставления информации по фиг. 1A-1B изображено содержащей только одну радиочастотную метку 1, специалисту в данной области техники понятно, что согласно другим вариантам реализации устройство для предоставления информации также может содержать большее количество радиочастотных меток 1, например, необходимое количество радиочастотных меток, требуемое для получения полной информации о рассматриваемом по меньшей мере одном трубопроводе, включая определение расположения частей трубопровода и/или расположения всего трубопровода, а также определение каких-либо параметров или характеристик трубопровода, полученных напрямую от соединенной с трубопроводом радиочастотной метки или вычисленных на основе таких параметров или характеристик. Кроме того, в других вариантах реализации радиочастотные метки могут быть расположены не на по меньшей мере одном трубопроводе, а на расстоянии от него, например, на расстоянии от 0,01 м до 1,0 м от по меньшей мере одного трубопровода, с обеспечением предоставления информации о по меньшей мере одном трубопроводе благодаря наличия разницы температур между поверхностями термоэлектрических генераторов, соединенных с радиочастотными метками. Также специалисту в данной области техники может быть понятно, что предлагаемое устройство для предоставления информации может быть использовано для предоставления информации о более чем одном трубопроводе.
Термоэлектрический генератор 2 может быть выполнен в виде элемента Пельтье, одна сторона которого предназначена для расположения в контакте с внешней поверхностью трубопровода 3, для предоставления информации о котором предназначено предлагаемое устройство, а вторая сторона которого предназначена для расположения в контакте со средой, окружающей указанный трубопровод 3, для обеспечения выработки энергии за счёт разницы температур между внешней поверхностью трубопровода 3 и окружающей средой.
Ниже приведены формулы, описывающие работу элементов Пельтье.
Формула для вычисления термо-ЭДС:
E = α*(T1–T2), (1)
где α – коэффициент термо-ЭДС, T1 – температуры горячей стороны, T2 – температура холодной стороны.
Формула для вычисления силы тока:
I = E/(R-r), (2)
где E – термо-ЭДС, R – внешнее сопротивление, r – внутреннее сопротивление.
При этом разность температур на разных сторонах термоэлектрического генератора 2 может составлять от 1 до 300°С для обеспечения его работы. Термоэлектрический генератор 2 соединен с радиочастотной меткой 1 и обеспечивает подачу питания радиочастотной метке 1. При этом термоэлектрический генератор 2 может быть выполнен как заодно или в одном корпусе с радиочастотной меткой 1, так и соединён с радиочастотной меткой с возможностью питания радиочастотной метки 1. Специалисту в данной области техники понятно, что в зависимости от количества энергии, требуемого для питания радиочастотной метки 1, устройство для предоставления информации может содержать термоэлектрический генератор требуемой мощности, например термоэлектрический генератор со значениями напряжения U = 5 В и тока I = 100 мА, или другими. В других вариантах реализации устройство для предоставления информации может содержать более чем один термоэлектрический генератор.
В других вариантах реализации термоэлектрический генератор может быть расположен на некотором расстоянии от по меньшей мере одном трубопровода, например, на расстоянии на расстоянии от 0,01 м до 0,5 м, так что обеспечена разность температур на разных сторонах термоэлектрического генератора, и термоэлектрический генератор может подавать энергию на соединенную с ним по меньшей мере одну радиочастотную метку. Например, при наличии слоя или слоев теплоизоляционного материала или другого материала вокруг трубопровода термоэлектрический генератор может быть расположен в одном из этих слоев или на границе между ними. Для специалиста в данной области техники может быть понятно, что в этом случае также имеется возможность обеспечить наличие разницы температур между поверхностями используемых термоэлектрических генераторов для обеспечения подачи энергии на соединенные с ними радиочастотные метки.
Возвращаясь к варианту реализации, показанному на фиг. 1A-1B, благодаря наличию в предлагаемом устройстве термоэлектрического генератора 2, выполненного, например, в виде элемента Пельтье, который вследствие наличия разности температур между внешней поверхностью трубопровода 3 и окружающей трубопровод 3 среды способен вырабатывать энергию, обеспечено питание радиочастотной метки 1. Вследствие этого обеспечена возможность отправки радиочастотной меткой 1 сигнала на поверхность, содержащего идентификационную и другую информацию, относящуюся к радиочастотной метке, и идентификации трубопровода, информацию о котором необходимо получить. Идентификационная и другая информация может, например, включать информацию о расположении, информацию о типе трубопровода, информацию о местах стыка труб в трубопроводе, информацию о разветвлениях трубопровода, информацию о взаимной конфигурации нескольких трубопроводов, информацию о материале трубопровода или трубопроводов, объёмном расходе в трубопроводе, о продукте, транспортируемом в трубопроводе, и любую другую информацию. При этом, вследствие обеспечения питания радиочастотной метки, даже при залегании радиочастотной метки на большой глубине, например, приблизительно на глубине от 5 до 10 метров или более, может быть достигнута необходимая мощность сигнала, отправляемого радиочастотной меткой, так что данный сигнал можно считать на поверхности земли при помощи известных считывающих устройств без необходимости модификации известных считывающих устройств. Считывающие устройства могут, например, считывать данные из радиочастотной метки, а также могут соотносить их с GPS координатами для получения более точной информации о радиочастотной метке.
Следовательно, предлагаемое техническое решения позволяет увеличить расстояние, на котором можно получить информацию о трубопроводе. В случае размещения трубопровода под землей данное решение обеспечивает увеличение глубины, на которой можно получить информацию о нем, например, выполнить его идентификацию и/или локализацию, за счёт того, что используется радиочастотная метка, имеющая свой источник питания, т.е. активная радиочастотная метка, которая сама может посылать сигнал к земной поверхности, который будет обнаружен считывающим устройством.
Таким образом, можно обеспечить высокую точность локализации и идентификации трубопроводов, а также обеспечить ускорение и упрощение поиска трубопроводов, вследствие чего можно достичь, в том числе, повышения безопасности эксплуатации трубопроводов за счёт обеспечения возможности более быстрого и точного доступа к ним благодаря тому, что устранена погрешность определения местоположения трубопровода, возникающая, например, при поиске трубопровода при помощи карты. Таким образом, например, можно своевременно и более быстро производить работы по ремонту трубопроводов. Кроме того, при помощи данного устройства можно облегчить получение информации об особых точках трубопровода, таких как стыки труб или разветвления, например, для обеспечения более быстрой замены отдельного участка трубопровода, без необходимости выполнения лишних работ по раскопке трубопровода, которые могут потребоваться при неточной локализации указанных точек.
Радиочастотная метка и/или термоэлектрический генератор может или могут быть встроены в материал трубопровода, например, в стенку трубопровода. Антенна радиочастотной метки, при необходимости, может быть выведена наружу из стенки трубопровода для повышения силы сигнала.
Пример 1.
Устройство для предоставления информации о двух трубопроводах, которое содержит радиочастотную метку, расположенную на одном из трубопроводов, и термоэлектрический генератор, расположенный на расстоянии 0,02 м от трубопроводов.
Пример 2.
Устройство для предоставления информации о трубопроводе, которое содержит радиочастотную метку, расположенную на расстоянии 0,4 м от трубопровода, и два термоэлектрических генератора, расположенных на трубопроводе, при этом трубопровод расположен на глубине 10 метров под землёй.
Пример 3.
Устройство для предоставления информации о трех трубопроводах, которое содержит две радиочастотные метки, расположенные на расстояниях 0,03 м и 0,07 м от трубопроводов, и четыре термоэлектрических генератора, два из которых расположены на одном из трубопроводов, а два других расположены на расстояниях 0,01 м и 0,3 м от трубопроводов. Трубопровод расположен на глубине 7 метров под землёй.
Пример 4.
Устройство для предоставления информации о трубопроводе, имеющем внешний слой теплоизоляционного материала толщиной 0,2 м, которое содержит четыре радиочастотные метки, две из которых расположены на трубопроводе, а две на расстояниях 0,01 м и 0,02 м от трубопровода, и два термоэлектрических генератора, один из которых расположен на трубопроводе, а другой на расстоянии 0,01 м от трубопровода.
Устройства для предоставления информации из указанных примеров 1-4 обеспечивают возможность увеличения расстояния, на котором можно получить информацию о трубопроводах и возможность увеличения объёма информации, хранимой на радиочастотных метках
Способ установки устройства предоставления информации, показанного на фиг. 1A-1B, включает обеспечение наличия устройства для предоставления информации, описанного выше, в частности, устройства, содержащего по меньшей мере одну радиочастотную метку 1 и соединенного с ней по меньшей мере одного термоэлектрического генератора 2, выполненного с возможностью питания радиочастотной метки 1. Далее способ включает расположение радиочастотной метки 1 непосредственно на трубопроводе 3, например посредством механического прикрепления, приклеивания, или любого другого подходящего способа, или не некотором расстоянии от трубопровода 3, например, по существу над трубопроводом. Кроме того, способ включает расположение термоэлектрического генератора 2, в частности, элемента Пельтье, на трубопроводе 3 или на расстоянии от него с обеспечением возможности подачи энергии на соединенную с ним радиочастотную метку 1. Расположение термоэлектрического генератора 2 на трубопроводе 3 может быть выполнено таким образом, что одна сторона термоэлектрического генератора 2 расположена в контакте с внешней поверхностью трубопровода 3, а вторая сторона термоэлектрического генератора 2 расположена в контакте с окружающей трубопровод 3 средой, так что обеспечена разность температур между противоположными рабочими плоскостями термоэлектрического генератора 2.
Необходимо отметить, что расположение радиочастотных меток и соответствующих термоэлектрических генераторов может быть осуществлено как во время первоначального закладывания трубопровода, например, в подземное положение, так и во время дальнейшего ремонта трубопровода.
Следует отметить, что, хотя настоящее изобретение раскрыто со ссылкой на конкретный случай применения, в частности предоставления информации о трубопроводе, залегающем глубоко под землёй, специалисту в области техники будет понятно, что настоящее изобретение также может использоваться в любой другой области, где требуется считывание радиочастотных меток на большом расстоянии, отсутствует возможность замены элементов питания, а также обеспечена разность температур для обеспечения работы термоэлектрического генератора для обеспечения автономного питания радиочастотной метки.
Настоящее изобретение не ограничено конкретными вариантами реализации, раскрытыми в описании в иллюстративных целях, и охватывает все возможные модификации и альтернативы, входящие в объем настоящего изобретения, определенный формулой изобретения. Следует отметить, что определенные характерные особенности изобретения, которые для ясности описаны в контексте отдельных вариантов реализации, могут также быть реализованы в сочетании в одном варианте реализации. С другой стороны, различные характерные особенности изобретения, которые описаны в контексте одного варианта реализации, могут также быть реализованы отдельно или в любом подходящем сочетании.