Разработка метода поиска и диагностики заглубленных в грунт трубопроводов

Гапоненко С.О.

Казанский государственный энергетический университет, г. Казань

РАЗРАБОТКА МЕТОДА ПОИСКА И ДИАГНОСТИКИ ЗАГЛУБЛЕННЫХ В ГРУНТ ТРУБОПРОВОДОВ

Ключевые слова: трубопроводы, тепловые сети, определение расположения трубопровода.

Аннотация. ОАО «Казанская теплосетевая компания» («КТК») совместно с ОАО «Генерирующая компания» начинает масштабную инвентаризацию многоквартирных домов столицы РТ. Для этого была создана рабочая группа, которой до марта 2014 года предстоит выяснить технические возможности установки в многоквартирных домах автоматизированных индивидуальных тепловых пунктов (АИТП) и оценить экономический эффект от реализации проекта перевода жилых объектов от централизованных тепловых пунктов (ЦТП) к АИТП. В ходе реализации программы планируется ликвидировать 125 централизованных тепловых пункта и одновременно установить в 1,7 тыс. домов автоматизированные индивидуальные тепловые пункты.

По словам заместителя генерального директора по реализации тепловой энергии «КТК» Рима Музаффаровича Галиахметова, проблема заключается в том, что содержать ЦТП и особенно линии горячего водоснабжения (ГВС) до домов довольно накладно: внутриквартальные сети вместе с ЦТП были переданы КТК в крайне изношенном состоянии. «И самое главное, деаэраторы (устройства удаления кислорода из воды) на тот момент уже были выведены из строя. А насыщенная кислородом вода действует на трубы, как наждак», - рассказал Галиахметов Р.М. - «И даже новые трубы при нормативе службы в 20 лет выходят из строя уже через 3 - 5 лет».

Таким образом, с увеличением времени эксплуатации тепловых сетей увеличивается скрытая коррозия, что приводит к увеличению количества остановов оборудования и к серьезным авариям, которые наносят непоправимый ущерб окружающей среде, экономике и нередко бывают причиной гибели людей. Поэтому надежная работа тепловых сетей -проблема не только техническая, но и социальная, поскольку напрямую затрагивает интересы населения. И для обеспечения безопасной эксплуатации тепловых сетей требуется постоянно увеличивать объемы и качество комплексного диагностирования, материального и финансового обеспечения работ по ремонту и реконструкции объектов.

При проведении строительных работ, прокладке новых коммуникаций или бурении скважин, вопрос повреждения существующих трубопроводов встает очень остро. Безопасность является необходимым условием проведения любых работ на объектах, а поврежденный трубопровод является причиной серьезной опасности.

Для поиска заглубленных трубопроводов широкое применение получил метод вихревых токов. Однако этот метод не обеспечивает высокую достоверность и избирательность определения расположения трубопроводов. Кроме того, применение данного метода невозможно для поиска неметаллических объектов.

Для решения указанных недостатков разработан способ определения расположения трубопроводов. Проведены теоретические и экспериментальные исследования, подтверждающие эффективность применения предлагаемого технического решения.

Задачей предлагаемого способа и реализующего его устройства является создание простого способа, обеспечивающего высокую достоверность и избирательность определения расположения как неметаллических, так и металлических трубопроводов.

Технический результат достигается тем, что в способе определения расположения трубопровода, по которому перемещают транспортируемую

среду и который имеет запорно-регулирующая арматуру, при этом трубопровод размещен в грунте, заключающемся в том, что в трубопроводе осуществляют генерирование звуковых колебаний с резонансной частотой посредством динамического излучателя и регистрацию сигнала динамического излучателя посредством чувствительного элемента, трубопровод освобождают от транспортируемой среды, снимают запорно-регулирующую арматуру, на месте которой устанавливают динамический излучатель, над началом трубопровода устанавливают чувствительный элемент, посредством динамического излучателя в трубопроводе осуществляют генерирование звуковых колебаний с резонансной частотой, находящейся в диапазоне от 800 до 3100 Гц, производят посредством чувствительного элемента регистрацию резонансной частоты трубопровода в диапазоне от 800 до 3100 Гц, после чего осуществляют поиск трубопровода путем перемещения чувствительного элемента над грунтом в сторону сохранения максимальной амплитуды колебаний грунта на этой резонансной частоте, при этом о расположении трубопровода судят по наличию максимумов амплитуд колебаний грунта на этой резонансной частоте.

Способ реализуется следующим образом.

На персональном компьютере 1 производят поиск резонансной частоты трубопровода 6 в диапазоне от 800 до 3100 Гц. Преобразование выходного сигнала персонального компьютера 1 в аналоговую форму производится ЦАП 2, а усиление сигнала, поступающего на динамический излучатель 4, усилителем 3. После регистрации резонансной частоты трубопровода 6 чувствительный элемент 7 перемещают над грунтом в сторону сохранения максимальной амплитуды колебаний грунта на заданной частоте. Регистрация сигнала персональным компьютером 1 производится АЦП 8. Для повышения достоверности определения расположения трубопровода поиск повторяют на других резонансных частотах, находящихся в диапазоне от 800 до 3100 Гц.

Предлагаемый способ обеспечивает высокую достоверность обнаружения как неметаллических, так и металлических трубопроводов.

На рис. 1 изображено устройство, реализующее предлагаемый способ

определения расположения трубопровода.

4 5 3 1 876

Рис. 1 Устройство, реализующее предлагаемый способ определения расположения трубопровода: 1 - персональный компьютер, 2 - цифро-аналоговый преобразователь

Задачей предлагаемого способа и реализующего его устройства (рис. 2) является создание устройства для определения расположения трубопроводов и поиска мест утечек рабочей среды, позволяющего упростить процесс сканирования поверхности грунта, а также обеспечить достоверное обнаружение трубопроводов различных диаметров и материалов.

1 - поверхность грунта;

2 - трубопровод;

3 - тележка;

4 - телескопическая штанга;

5 - люлька;

6 - вычислитель разности акустических сигналов;

7 - микрофон.

1 - поверхность грунта;

2 - трубопровод;

3 - тележка;

4 - телескопическая штанга;

5 - люлька;

6 - вычислитель разности вибросигналов;

7 - фиксирующее кольцо;

8 - штырь с пьезоэлектрическим датчиком;

9 - рукоять.

Рис. 2 Устройство для определения расположения трубопроводов и поиска мест утечек рабочей среды

С целью проведения экспериментов на кафедре «Промышленная теплоэнергетика и системы теплоснабжения» КГЭУ был разработан измерительно-диагностический комплекс (ИДК) (рис. 3), предназначенный для управления резонансной частотой полого объекта, регистрации, обработки и анализа амплитудно-частотных характеристик. ИДК состоит из унифицированного пакета прикладных программ для ЭВМ (УПП) и экспериментальной установки (ЭУ).

/ 9 10 3 11 6 7 2 4 8 5 Вид А

Рис. 3 Измерительно-диагностический комплекс для определения расположения скрытых трубопроводов: 1 -основание; 2 - исследуемый трубопровод; 3 - чувствительный элемент

Создана программа «Программный комплекс для обнаружения полых объектов по их резонансной частоте» (свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2013610546), состоящая из следующих функций:

- выбор и генерацию резонансной частоты полого объекта;

- поиск и прием генерируемого сигнала с двух звуковых карт;

- преобразование принятого сигнала в реальном времени в спектр. При проведении лабораторных экспериментальных исследований по

определению расположения трубопроводов выполнены следующие задачи:

а) разработан и изготовлен измерительно-диагностический комплекс для определения расположения скрытых трубопроводов (рис. 4, 5);

б) определены методы обработки и представлены полученные результаты измерений.

Персональный компьютер

Рис. 4 Экспериментальная установка для определения расположения

трубопровода

- Исполнение трубопровода расположенного по центру (положение I рис. 5). Результаты представлены на рис. 6.

Рис. 6 Положение трубопровода I

Результаты проведенных лабораторных экспериментальных исследований представлены в таблице 1.

Таблица 1. Результаты экспериментов.

Положения трубопровода Левый микрофон Правый микрофон

I 6,229 6,248

II 4,712 8,325

III 2,937 9,659

IV 1,049 12,18

V 8,137 5,339

VI 9,958 2,976

VII 12,637 0,983

Перемещение исследуемого трубопровода вправо. Результаты представлены на рис. 7.

14 12 10 8 6 4 2 0

Левый

микрофон

Правый микрофон

1

2

3

4

Рис. 7 Перемещение трубопровода вправо

Применяя расчетно-программный комплекс АКБУБ можно моделировать объекты практически любой формы и затем вычислять их частоты собственных колебаний.

В программной среде АШУБ была построена модель бездефектной трубы (рис. 8). Размеры исследуемой трубы составляют длина 940мм, диаметр 50мм, толщина стенки трубы 2мм. Крепления трубы к поверхности при расчетах принимались жесткими и производились по плоскостям.

Плоскости закрепления

Рис. 8 Модель бездефектного трубопровода в АШУБ

Рис. 9 Колебания модели трубы в АШУБ

Рис. 10 Колебания модели трубы в АКБУБ (14 форма) Коэффициент Пуассона для полипропилена принимают у = 0,4.

-5

Плотность составляет р = 910 кг/м .

Результаты расчетов собственных колебаний приведены в таблице 2.

Таблица 2. Результаты расчетов в программе «АКБУБ»

Форма колебаний Частоты собственных колебаний трубы, Гц

1 1487,7

2 3826,2

3 5871

4 6943,1

5 7054,1

6 7209,7

7 7609

8 8369,4

9 9548,7

1G 9857,9

11 1G58G

12 11134

13 11742

14 13G68

15 14566

16 15283