СИГНАЛИЗАТОР ПРОХОЖДЕНИЯ ПО ТРУБОПРОВОДУ ОЧИСТНЫХ ИЛИ ДИАГНОСТИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ
INDICATOR FOR CLEANING OR DIAGNOSING OBJECTS ADVANCING THROUGH PIPELINE

Изобретение относится к трубопроводному транспорту и может быть использовано в нефтяной и газовой промышленности.
Известны сигнализаторы прохождения внутритрубных объектов (патент RU №2030678, F17D 5/00, 1995; Авторское свидетельство СССР №1629684, F17D 5/00, 1991 г.), в которых для регистрации прохождения внутритрубного объекта используется акустическое излучение на ультразвуковых частотах свыше 100 кГц, возникающее вследствие трения, соударения о стенку трубы и дросселирования жидкости через зазор между объектом и трубопроводом. Данные сигнализаторы состоят из приемного устройства, содержащего пьезоэлектрические преобразователи, усилитель, полосовой фильтр, блок обработки сигналов, и блока подключения к линейной телемеханике, обеспечивающего диспетчерскую связь оператора с пунктом контроля. Недостатком этих сигнализаторов является их применимость только для нефтепроводов, при этом поиск застрявшего внутритрубного объекта вызывает значительные затруднения. Кроме того, отмечены случаи ложных срабатываний подобных сигнализаторов во время дождя, по этой причине они не нашли широкого применения.
Известны также сигнализаторы прохождения по трубопроводу очистных или диагностических объектов, оснащенных источниками сигнала в виде магнитодержателя с постоянными магнитами (авторское свидетельство СССР №1285261, F17D 5/00, 1987) или в виде передатчика (трансмиттера), излучающего низкочастотные электромагнитные колебания (сигнализатор «Аргус-СПС», патент на полезную модель №51235, G01S 5/16, 2006 г.; сигнализатор «Поиск-МП», техническое описание «Центра сервиса трубопроводных систем», г.Уфа, 2006 г.).
Подобные сигнализаторы состоят из приемного устройства, содержащего магнитоиндукционные антенны, усилитель, полосовой фильтр, блок обработки сигналов, и блока подключения к линейной телемеханике, обеспечивающего диспетчерскую связь оператора с пунктом контроля. Существенным недостатком упомянутых устройств является низкая помехоустойчивость, обусловленная использованием усилителей с высоким коэффициентом усиления, что приводит к ложным срабатываниям при воздействии на магнитоиндукционные антенны посторонних импульсных электромагнитных сигналов, вибраций трубопровода от проходящего транспорта и тому подобных факторов. Другим недостатком этих устройств является часто наблюдаемый на практике пропуск регистрации прохождения внутритрубного объекта из-за пониженной мощности излучения трансмиттером при разряде его питающих батарей, вызванном длительным прохождением по протяженному трубопроводу. Кроме того, подобные сигнализаторы настроены на единственную фиксированную частоту, в то время как газовики и нефтяники используют трансмиттеры «Диаскан» и «Pipetronix», работающие на частоте 22 Гц, трансмиттеры Rozen, работающие на частоте 20 Гц, и трансмиттеры «Центра сервиса трубопроводных систем», г.Уфа, работающие на частоте 13 Гц.
Перечисленные недостатки присущи сигнализатору МДПС-3, техническое описание ИПЦЭ 2.003.007 ТО, г.Томск, 2003 г., принятому за прототип.
Цель изобретения - повышение надежности при одновременном улучшении помехоустойчивости контроля прохождения внутритрубных объектов, как не оснащенных трансмиттерами, так и с установленными трансмиттерами любых известных типов.
Указанная цель достигается с помощью признаков, общих с прототипом: сигнализатор прохождения по трубопроводу очистных или диагностических объектов, состоящий из устанавливаемого на внешней поверхности трубы приемного устройства, содержащего последовательно соединенные приемный преобразователь, усилитель, фильтр, блок обработки сигналов, блок управления, и блока подключения к линейной телемеханике, содержащего устройство связи с диспетчером; и отличительных признаков: на основании приемного преобразователя, прилегающего к поверхности трубы, смонтированы виброакустический преобразователь и магнитоиндукционная антенна, усилитель соответственно выполнен по двухканальной схеме, блок обработки содержит цифровые фильтры, настроенные на частоты используемых трансмиттеров, схему выделения сигналов магнитных флуктуаций и определитель соответствия виброакустических сигналов заданным критериям нарастания, спада и продолжительности, а в состав сигнализатора дополнительно введены микропроцессорный блок управления, логические микросхемы с функциями И, ИЛИ, преобразователи последовательного интерфейса и устройство связи с диспетчером, причем выход канала магнитоиндукционной антенны соединен со входами цифровых фильтров и со входом схемы выделения сигналов магнитных флуктуаций, выход канала виброакустического преобразователя соединен со входом определителя соответствия его сигналов заданным критериям, выходы цифровых фильтров и схемы выделения сигналов магнитных флуктуаций соединены с первыми входами двухвходовых логических схем И, вторые входы которых подключены к выходу определителя виброакустических сигналов, а выходы всех логических схем И соединены со входами логической схемы ИЛИ, выход которой соединен со входом блока управления и через преобразователи последовательного интерфейса соединен с блоком подключения к линейной телемеханике, выход блока управления соединен с приемными преобразователями и устройствами блока обработки сигналов.
На чертеже представлена блок-схема сигнализатора.
Сигнализатор состоит из приемного устройства 1, устанавливаемого на внешней поверхности трубы 2, и блока подключения к линейной телемеханике 3. Приемное устройство содержит приемный преобразователь 4, на его основании, прилегающем к поверхности трубы, смонтированы виброакустический преобразователь 5 и магнитоиндукционная антенна 6, подключенные к входам двухканального усилителя 7. Выход канала магнитоиндукционной антенны соединен с входами цифровых фильтров 8 и схемы 9 выделения сигналов магнитных флуктуаций, а выход канала виброакустических сигналов соединен с входом определителя 10. Выходы устройств 8 и 9 соединены с первыми входами двухвходовых логических схем 11 с функцией И, а вторые входы этих логических схем соединены с выходом определителя 10. Выходы логических схем 11 подключены к входам логической схемы 12 с функцией ИЛИ, выход которой соединен с микропроцессорным блоком управления 13 и через него с преобразователем последовательного интерфейса 14. Этот преобразователь посредством канала связи 15 соединен с аналогичным преобразователем 16, установленным в блоке подключения 3 и соединенным с устройством 17 связи сигнализатора с диспетчером. Блок управления 13 соединен также с преобразователями 5 и 6, выходными цепями усилителя 7, устройствами 8, 9, 10 блока обработки сигналов и преобразователем последовательного интерфейса 13.
Сигнализатор работает следующим образом. При прохождении внутритрубного объекта вблизи первичного преобразователя 4 в магнитоиндукционной антенне 6 наводится ЭДС вследствие мгновенных флуктуаций магнитного поля трубопровода, если на объекте не установлен трансмиттер, или, при оснащении объекта трансмиттером, наводятся сигналы от переменного магнитного поля с частотой, определяемой типом используемого транзистора. Одновременно виброакустический преобразователь 5 преобразует в электрические сигналы вибрацию, звуковые и ультразвуковые колебания трубы, вызванные перемещением внутритрубного объекта. Усиленные усилителем 7 выходные сигналы устройств 5 и 6 первичного преобразователя 4 нарастают по мере приближения внутритрубного объекта к месту установки приемного устройства, достигают максимума, а затем уменьшаются при удалении этого объекта до уровня шумов усилительных каналов. С помощью блока управления 13 эти сигналы обрабатываются устройствами 8, 9, 10, и на выходе этих устройств появляются сигналы логической единицы (или логического нуля):
- в одном из цифровых фильтров 8 при наличии в сигналах составляющей 13,20 или 22 Гц соответственно при длительности сигнала не более 0,4 сек.;
- в устройстве 9 при наличии сигналов магнитных флуктуаций;
- в устройстве 10 при наличии виброакустических сигналов, соответствующих заданным критериям нарастания, спада и продолжительности.
Сигналы на выходах логических схем 11 с функцией И и соответственно на выходе логической схемы 12 с функцией ИЛИ появляются только при временном совпадении сигналов, вырабатываемых преобразователями 5 и 6 и идентифицированных как сигналы прохождения внутритрубного объекта. Поступая в блок управления 13, эти сигналы кодируются и через преобразователи последовательного интерфейса 14 и 16 по цифровому каналу связи 15 поступают в блок подключения 3, где с помощью устройства связи 17 преобразуются для адаптации к используемой системе телемеханики (интерфейс RS-485, сухие контакты и т.п.).
В режиме ожидания, когда на выходах усилительных каналов 7 сигналы отсутствуют, осуществляется непрерывный контроль работоспособности преобразовательно-усилительного тракта (устройства 5, 6, 7) и блока обработки сигналов (устройства 8, 9, 10, 11, 12, 13). С этой целью с блока управления 13 к преобразователям 5 и 6 поочередно подаются комбинации тестового сигнала виброакустических колебаний с сигналами частотой применяемых трансмиттеров 13 Гц, 20 Гц, 22 Гц и частотой флуктуаций магнитного поля, и проверяется прохождение каждой из этих комбинаций по выходному напряжению логической схемы 12. В случае отсутствия этого напряжения сообщение о неисправности через устройства 14,16 и 17 передается диспетчеру.
При появлении любых сигналов на выходах усилителей 7 режим контроля прерывается, и устройствами 8, 9 и 10 совместно с блоком управления 13 осуществляется анализ этих сигналов.
Таким образом, в заявляемом сигнализаторе реализуется реакция практически на все факторы, сопутствующие прохождению внутритрубного объекта: звуковые и ультразвуковые колебания трубы, магнитные флуктуации стальной трубы при прохождении объекта, не оснащенного трансмиттером, низкочастотные электромагнитные колебания от излучения установленного на объекте трансмиттера любого известного типа. Поскольку сигнал диспетчеру о прохождении объекта передается только при одновременном наличии по крайней мере двух из вышеперечисленных факторов, при сохранении высокой чувствительности сигнализатора обеспечивается его повышенная помехозащищенность. Тем самым исключается выдача диспетчеру ложных сигналов срабатывания, поскольку крайне маловероятно воздействие на трубопровод вибраций, идентичных по параметрам вибрациям трубопровода при прохождении объекта (от проезжающего транспорта, ударов, включения задвижек и т.п.), одновременно с воздействием электромагнитных помех, имеющих в своем спектре составляющие, идентичные сигналам трансмиттеров.
Устройства, входящие в состав данного сигнализатора, общеизвестны из источников технической и патентной информации. Эти устройства могут быть реализованы либо аппаратным методом (на дискретных элементах), либо программным путем (при использовании микропроцессорной техники).
Устройства 8, 9, 10, 11, 12, 13 описаны и использованы:
- цифровые фильтры 8 в виде микросхем выпускаются многими фирмами (например, «Maxima»);
- блок выделения сигналов магнитных флуктуаций использован в сигнализаторе МДПС-3 (техническое описание ИПЦЭ 2.003.007 ПС);
- блок соответствия параметров виброакустических сигналов 10 заданным критериям используется при реализации патента RU №2258864, F17D 5700, 2008 г.;
- логические схемы 11, 12 описаны в книге Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы. - М: Радио и связь. - 1987;
- блок управления 13 реализуется на микропроцессоре, например AT91SAM7S64.
Более удобно вышеупомянутые устройства 8-12, а также устройства 13, 14, 16 и 17 реализуются программным путем. Методы реализации изложены в книге Солонин А.И. Алгоритмы и процессоры цифровой обработки сигналов. - С-Пб.: БХВ-Петербург, 2002.