СИСТЕМА ОБНАРУЖЕНИЯ ПОВРЕЖДЕНИЙ ТРУБОПРОВОДА

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.
Известен способ определения места и размеров течи в трубопроводе и устройство для его реализации [Патент РФ №2221230, МПК G 01 M 3/24, з. 21.09.2001., оп. 10.01.2004.]. Способ заключается в том, что осуществляют прием акустических сигналов от шума течи двумя датчиками, расположенными вдоль трубопровода, преобразуют акустические сигналы в электрические сигналы, а после усиления, фильтрации, накопления и определения взаимного спектра электрических сигналов определяют наличия признаков акустических сигналов течи по уровню энергии взаимного спектра. Формируют сигнал тревоги и определяют места течи по разности времен прибытия акустических сигналов к двум датчикам. Оценивают диаметр повреждения по данным о частоте максимума модуля взаимного спектра, о скорости истечения струи, определяемой исходя из информации о давлениях и плотностях сред в трубопроводе и в окружающей среде, а также о скорости движения продукта в трубопроводе. Для трубопроводов большой протяженности в предлагаемый способ введен прием сигналов от акустических датчиков, расположенных параллельно трубопроводу на дистанциях d друг от друга, которые определяются по предлагаемым согласно изобретению математическим зависимостям. При этом накопление результатов и взаимноспектральный анализ сигналов осуществляют между каждой
парой соседних датчиков непрерывно или эпизодически по заданной программе, а при выявлении сигнала тревоги, до уточнения места течи, определяют аварийный участок трубопровода между парой соседних датчиков, сигнализировавших о наличии течи. Устройство для определения параметров течи в трубопроводе содержит n измерительных каналов, каждый из которых состоит из последовательно соединенных блока акустических преобразователей, блока усиления, выход которого соединен с первым входом блока фильтрации, блока аналого-цифрового преобразования, а также содержит блок управления. В устройство дополнительно введены последовательно соединенные n-канальный блок уплотнения информации, мультиплексный канал передачи информации и блок разуплотнения информации, при этом n входов n-канального блока уплотнения информации соединены с соответствующими выходами n блоков аналого-цифрового преобразования, также введен n-1 канальный блок накопления и анализа взаимных спектров, имеющий n входов и n-1 выходов, при этом каждый из n физических каналов выхода блока разуплотнения информации соединен с соответствующим входом n-1 канального блока накопления и анализа взаимных спектров, также введены n-1 канальный блок обнаружения течи, n-1 канальный блок определения места течи, n-1 канальный блок определения размеров течи, n-1 канальный блок определения полосы фильтрации, входы которых параллельно соединены с соответствующими выходами n-1 канального блока накопления и анализа взаимных спектров, а выход n-1 канального блока определения полосы фильтрации соединен со вторыми входами блоков фильтрации, также введен блок формирования сигнала тревоги, вход которого соединен с выходом n-1 канального блока обнаружения течи, с выходом n-1 канального блока определения места течи и с выходом n-1 канального блока определения размеров течи, также введен индикатор места и размера течи, вход которого подсоединен к выходу блока формирования сигнала тревоги. Блок управления своими
управляющими выходами и информационными входами присоединен к n-канальному блоку уплотнения информации, блоку разуплотнения информации, n-1 канальному блоку накопления и анализа взаимных спектров, n-1 канальному блоку обнаружения течи, n-1 канальному блоку определения места течи, n-1 канальному блоку определения размеров течи, n-1 канальному блоку определения полосы фильтрации, блоку формирования сигнала тревоги и индикатору места и размера течи.
Известно устройство мониторинга технического состояния трубопровода [Свидетельство на полезную модель №33223, МПК G 01 M 3/24, з. 31.03.2003., on. 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.
В качестве прототипа выбрано 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.
Задачей полезной модели являлось обеспечение высокой оперативности и достоверности обнаружения факта и места несанкционированных действий, способных нанести значительный урон и, в том числе, привести к техногенной аварии.
Указанная задача решается системой (совокупностью устройств) содержащей 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, которая 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.
Заявленная полезная модель поясняется чертежами. На фиг.1 представлена блок-схема системы обнаружения повреждений трубопровода. На фиг.2 представлена блок-схема сигнального датчика повреждений. На фиг.3 представлена схема блока обработки сигналов.
Система обнаружения повреждений трубопровода содержит сигнальные датчики повреждений (СДП) 1 (устанавливаются непосредственно на трубопровод на расстоянии 300-500 м друг от друга), блоки обработки сигналов (БОС) 2 и удаленное терминальное устройство 3. Каждый сигнальный датчик повреждений 1 включает акустический преобразователь 4 (как правило пьезоэлектрический), предварительный усилитель 5, диагностический излучатель 6. Каждый блок обработки сигналов содержит блок автоматической регулировки усиления (АЦРУ) 7, микропроцессор (МП) 8, приемник DTMF 9 и передатчик DTMF 10, аналоговый коммутатор (АК) 11, магистральный приемо-передающий блок 12 в составе магистрального приемника (ПРМ) 13 и магистрального
передатчика (ПРД) 14, усилитель (У) 15, полосовой фильтр (ПФ) 16, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 17 и адаптивный пороговый обнаружитель сигнала (АПОС) 18. Удаленное терминальное устройство 3 содержит блок управления 19, центральный процессор 20 и мультипротокольный коммутационный узел 21. Блок обработки сигналов 2 устанавливается на расстоянии 5-10 метров от трубопровода, к нему, например, с помощью кабеля подключается сигнальный датчик повреждений и кабельная линия связи (КЛС) через которую передают информацию и принимают команды управления от удаленного терминального устройства 3.
Система обнаружения повреждений трубопровода работает следующим образом.
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 3, где по результатам корреляционной обработки сигналов с двух смежных датчиков 1 формируется сигнал тревоги и определяется место воздействия по разности амплитуд и времен прибытия акустических сигналов к соответствующим датчикам. Передача сигнала на удаленное терминальное устройство 3 осуществляется вместе с идентификационными номерами сигнальных датчиков повреждений 1 и соответствующих им блоков обработки сигналов 2, представленных в двоичном коде в стандарте DTMF. Блок управления 19 принимает информацию с каждой соседней пары датчиков 1 и передает ее на обработку в центральный процессор 20. Центральный процессор 20 объединяет в себе функции управления, диагностики элементов устройства и амплитудной и корреляционной
обработки сигнальной информации, для определения места повреждения путем вычисления удаления от датчика 1 S=D/2+C*T, где С - скорость распространения звука в стенке трубопровода, Т - время запаздывания сигналов от датчиков 1. Центральный процессор 20 передает сигнал оповещения и указания местоположения в координатах всемирной системы позиционирования (GPS) посредством поддержания непрерывного информационного взаимодействия со структурами верхнего уровня через мультипротокольный коммутационный узел 21, предназначенный для согласования протоколов передачи данных. Система имеет режим самодиагностики производимой с помощью диагностических излучателей 6 сигнальных датчиков повреждений 1.
В целом система обеспечивает многопозиционную зону обнаружения повреждений по длине трубопровода, выдачу информации диспетчеру по каналу телемеханики о времени и месте повреждения, а также о техническом состоянии элементов системы.