Устройство для определения места повреждения трубопровода

 

Изобретение относится к трубопррводному транспорту и может быть использовано для контроля состояния магистральных нефтепроводов и продуктопроводов. Целью изобретения является повышение точности определения мг.ста повреждения. В реверсивный счетчик 10 предварительно вводится число, соответствующее количеству метров от начала контролируемого участка до условной середины участка. Повреждение фиксируется с того датчика 1(2), которого фронт волны спада давления достигнет первым. Период следования импульсов, пропорциональных скорости перекачиваемого пордукта, измеряется с помощью измерителя 11, причем импульсы от турбинного преобразователя 20, скорректированные по крутизне фронта и амплитуде, подаются на один из входов блока 22 сравнения , на второй вход которого поступают импульсы от генератора 23, При поступлении сигнала от датчика 2(1), сработавиего вторым, изменяется состояние соответствующего триггера 6(5), выходной сигнал которого поступает на вход блока 7 формирования пачки импульсов, которым блокируется поступление импульсов от генератора 9 на вход счетчика 10, что соответствует прекращению отсчета расстояния от места повреждения контролируемого участка трубопровода . 1 ил,; 1 табл. (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 F 17 D 5/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

Ф

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 . Ъ ею В (21) 4785614/29 (22) 22.01.90 (46) 23.01,92, Бюл, ¹ 3 (71) Управление магистральных нефтепроводов "Дружба" (72) О.А. Богданов, Л.Б. Кублановский, А.и.

Пейггнович, Г.Н. Русаков, Ф.Г. Резниченко и P.Ã. Симец (53) 62.521 (088.8) (56) Авторсroе свидетельство СССР

N 1064072. кл. F 17 C Ь/06, 1981. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ХЛЕСТА Г1ОВРЕЖДЕНИЯ ТРУБОПРОВОДА (57) Изобретение относится к трубопроводному транспорту и может быть использовано для контроля состояния магистральных нефтепроводов и продуктопроводов. Целью. изобретения является повышение точности определения моста повреждения. B рееерсивный счетчик 10 предварительно вводится число, соответствуюгцее количеству метров от начала контролируемого участка, > SUÄÄ 1707430 А1 до условной середины участка, Повреждение фиксируется с того датчика 1(2), которого фронт волны спада давления достигнет первым. Период следования импульсов, пропорциональных скорости перекачиваемого пордукта, измеряется с помощью измерителя 11, причем импульсы от турбинного преобразователя 20, скооректированные по крутизне фронта и амплитуде, подаются на один из входов блока 22 сравнения, на второй вход которого поступают импульсы от генератора 23, При поступлении сигнала от датчика 2(1), сработав его вторым, изменяется состояние соответствующего триггера 6(5), выходной сигнал готорого поступает на вход блока 7 формирования пачки импульсов, которым блокиру-, ется поступление импульсов от генератора

9 на вход счетчика 10, что соответствует прекращению отсчета расстоянля от места повреждения контролируемого участка трубопровода. 1 ил„ 1 табл.

1707430

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к техническим средствам контроля состояния магистральных трубопроводов с жидкими средами, перекачиваемыми под давлением, например магистральных нефтепроводов и продуктопроводов.

Известно устройство, реализующее способ определения места повреждения напорного трубопровода путем измерения звуковых колебаний среды (акустического шума) по величине пульсаций давления среды в трубопроводе с помощью микрофонов, устанавливаемых на поверхности земли вдоль трассы прокладки трубопровода на расстоянии не более (10-15) м друг от друга.

К недостаткам указанного устройства относятся необходимость использования большого числа датчиков при контроле участков трубопровода значительной протяженности (при длине участка в 100 км потребуется порядка 10 тыс, датчиков-мик. рофонов), необходимость специального обустройства мест установки датчиков-микрофонов (наличие отдельной линии связи для каждого из датчиков-микрофонов, связывающей все без исключения датчики с пунктом сбора информации), что практически исключает саму возможность реализации контроля протяженного трубопровода с помощью такого устройс. ва, Кроме того, устройс во применимо лишь при незначительной течи перекачиваемой среды и не позволяет определить место крупного порыва контролируемого участка трубопровода.

Известно также устройство, реализующее акустический способ определения момента и места повреждения трубопровода, содержащее установленные на концах контролируемого участка трубопровода датчики, чувствительные к действию волны разрежения, возникшей в месте повреждения и распространяющейся по перекачива.емой среде вдоль трубопровода, и счетчик времени. соединенный с выходами датчиков.

В этом устройстве момейт возникновения повреждения определяют по времени срабатывания датчика, до которого волна разрежения дойдет быстре, чем до другого из датчиков, а место повреждения — по раз-, ности времени срабатывания датчиков.

Указанное устройство обеспечивает возможность определения места порыва трубопровода, однако обладает значительной величиной погрешносг ". в определении расстояния до места порыва, что особенно ощутимо для протяженных участков контролируемого трубопровода (для участка тру5

50 бопровода в 100 км величина погрешности составляет не менее + 2 км). Таким образом, не обеспечивается требуемая точность определения расстояния до места разрыва напорного трубопровода.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для определения места повреждения напорного трубопровода, содержащее установленные на концах контролируемого участка напорного трубопровода датчики давления, подключенные к преобразователям, и вычислитель.

Известное устройство определяет место повреждения участка напорного трубопровода на основе измерения разности моментов времени прихода фронтов волн спада давления, распространяющихся от места повреждения к концам контролируемого участка трубопровода со скоростью распространения звука в перекачиваемой среде.

Однако в устройстве расстояние до места повреждения определяется с учетом лишь геометрической середины контролируемого участка трубопровода. При этом никак не учитывается степень сноса фронта волны спада давления потоком перекачиваеМоА среды, зависящая от скорости движения перекачиваемого продукта на контролируемом участке трубопровода и влияющая на моменты времени достижения фронтом волны спада давления как первого, так и второго датчиков (смещая эти моменты в сравнении с отсчетом от чисто геометрической середины участка на величину, зависящую от соотношения скорости движения перекачиваемого продукта и скорости распространения звука . в перекачиваемой вреде). Указанное обстоятельство ограничивает возможную точность определения места повреждения контролируемого участка трубопровода, достигаемую в известном устройстве.

Величина погрешности в известном устройстве составляет не менее +(2 — 3) км при длине участка 100 км.

Цель изобретения — повышение точности определения места повреждения напорного трубопровода.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для определения места повреждения напорного трубопровода, содержащее установленные на концах контролируемого участка напорного трубопровода датчики давления, подключенные к преобразователям, и вычислитель, снабжено подключенными к входам вычислителя измерителем периода следования импуль1707430 6 сов и внешним запоминающим устройством, а также первым и вторым триггерами, блоком формирования пачки импульсов, подключенным к выходу генератора импульсов, двухвходовой схемой 2И вЂ” НЕ и реверсивным счетчиком, при этом выход вычислителя подключен к первому входу реверсивного счетчика, к знаковым входам которого соответственно подключены выходы двухвходовой схемы 2И вЂ” НЕ, а к счетному входу — выход блока формирования пачки импульсов, причем выход каждого из преобразователей подключен к входу соответствующего триггера, а выход каждого триггера подключен к каждому соответствующему входу блока формирования пачки и м пул ьсов и каждому соответствующему входу двухвходовой схемы 2И-НЕ, а второй выход внешнего запоминающего устройства подключен к входам сброса триггеров.

Благодаря введению подключенных к входам вычислителя измерителя периода следования импульсов и внешнего запоминающего устройства в предлагаемом устройстве удалось непрерывно (в пределах цикла обработки данных в вычислителе) и постоянно (с возобновлением вычисления от цикла к циклу) определять условную середину контролируемого участка трубопровода, вычисляемую всякий раз с учетом самого последнего значения скорости движения перекачиваемой среды, т.е. учесть точное значение величины сноса фронта волны спада давления вектором скорости потока перекачиваемого по трубопроводу продукта. Это обеспечивает повышение точности определения места повреждения контролируемого участка напорного трубопровода.

Благодаря введению реверсивного счетчика и подключению его к выходу вычислителя удается постоянно(с постоянным обновлением при изменении скорости движения перекачиваемой среды) иметь истинное значение условной середины контролируемого участка в виде числа, соответствующего количеству метров от начала контролируемого участка до точки условной его середины, т.е. учесть непрерывно изменяемую величину смещения точки геометрической середины контролируемого участка при изменении величины сноса фронта волны спада давления потоком перекачиваемой среды.

Благодаря введению первого и второго триггеров, блока рмирования пачки импульсов, подключенного к выходу генератора импульсов, и двухвходовой схемы

2И вЂ” НЕ, выходами подключенной к знаковым входам реверсивного счетчика, удается с момента прихода фронта волны спада давления, распространяющейся вдоль трубо ровода от места повреждения, к любому из датчиков давления изменять в требуемую

5 сторону и на точно соответствующее (расстоянию от условной середины до места пг.вреждения) число метров (на основе подсчета числа прошедших импульсов в период времени между срабатываниями дат10 чиков давления), что обеспечивает повышение точности определения места повреждения контролируемого участка напорного трубопровода.

Устройство для определения места по15 вреждения напорного трубопровода содержит установленные на концах контролируемого участка напорного трубопровода датчики 1 и 2 давления, подключенные соответственно к преобразователям 3 и 4. Выход

20 преобразователя 3 подключен к входу первого триггера 5, а выход преобразователя 4 .— к входу второго триггера б. Выход первого триггера 5 соединен с одним иэ входов блока 7 формирования пачки импульсов и од25 ним из входов двухвходового элемента схемы 2И вЂ” НЕ 8.

Выход второго триггера 6 подключен к другому из входов блока 7 формирования пачки импульсов и другому из входов двух30 входовой схемы 2И-НЕ 8, Выход гене зтора

9 импульсов подключен к третьему v входов блока 7 формирования пачки импульсов, выходом связанного со счетным входом реверсивного счетчика 10.

35 Знаковые входы реверсивного счетчика

10 соединены с соответствующими выходами двухвходовой схемы 2И вЂ” НЕ 8.

Выход измерителя 11 периода следования импульсов подключен к входу вычисли40 теля 12, к другому входу которого подключен один из выходов внешнего запоминающего устройства 13. Второй выход внешнего запоминающего устройства 13 соединен с входами сброса первого и второго

45 триггеров 5 и 6. Выход вычислителя 12 соединен с четвертым из входов реверсивного счетчика 10.

° . Каждый из преобразователей 3 и 4 содержит блок 14 автоматической регулиров50 ки усиления, включенный между выходом датчика 1 или 2 давления и одним из входов инвертирующего усилителя 15. Другой вход инвертирующего усилителя 15 через разделительную электрическую емкость 16 под55 ключен соответственно к выходу датчика 1 или 2 давления. Выход инвертирующего усилителя 15 через дифференцирующую цепочку, образованную электрической емкостью 17 и резистором 18, подключен к входу компаратора 19, Выход каждого компарато1707430 топ топ т= — =—

W Кпр n где I — длина контролируемого участка труВ бопровода;

W — скорость движения перекачиваемой среды;

Ч вЂ” скорость распространения звука в перекачиввемой среде;

for — частота следования импульсов опорного генератора 23;

Т вЂ” период следования импульсов.

Таким образом, в реверсивном счетчике

10 присутствует число, соответствующее условной середине участка в метрах, непре50 где Т вЂ” период следования импульсов от турбинного преобразователя;

W — скорость движения перекачиваемого продукта;

f0 — частота импульсов опорного гене55 ратора;

Кпр — коэффициент пропорциональности, зависящий от диаметра трубы контролируемого участка; рывно (в пределах цикла) определяемое на ра 19

9 является выходом -оответственно основе непрерывного измерения скорости прео р б азователя 3 или 4. движения перекачиваемого продукта и поб - c оянно (от цикла к циклу) возобновляемое

Изме итель 11 периода следования импульсов сод р ур е жит т бинный прео разова- т

5 с елью учета текущего значени я этой скотель 20, выходом подключенный к с цель формирователю ф р

21 фо мы импульсов. рости, В альнейшем момент повреждения о о ми ователя 21 формы им- дальн и б фиксируется с помощью того датчика 1 или пульсов соед ое инен с одним иэ входов лока лю- 2 авления, которого фронт волны спада

22 сравнения, другой вход которого подклю- давл хо гене ато а23импульсовопор- 10 давления достигнет первым. я После этого работа устройства сводитом изме ителя 11 периода ся к изменению.числа; введенного в реверсивный счетч к 10 (отс ету в ту или иную следования импульсов

Вычислите А р числитель 12 содержит порт вво15 чества метров, соответствующих расстояа одним входом подключенный к выходу ь- 1 изм змерителя 11 периода следования импуль— 2 сов, а дру гим входом — к выходу внешнего батываниями датчиков 1 и 2 давления, запоминающ у р его ст ойства 13. Выход порВ случае повреждения работа устройстта 24 ввод д а по ключен к шине данных мику 20 ожет быть пояснена схемой логических ропроцессов 25, д; дру к в; м гим входам ва мо (и и этом срабатывание соответстго по ключены соответственно вы- сигналов приэто которого подкл в ющего элемента по блок-схеме соответстхо тактового генератора 26 и выход тайме- ву

° 11 х д

25 рез вует уровню сигнала логической 1, а его ра 27. Выход р р мик оп оцессора че состояние — уровню логического и егист 28 соединен с одним из исходное

25 "0") и иве енной в таблице. еве сивного счетчика 10. При этом входов ревер

Рассмотренные этапы работы предла29 еве сивного счетчика 10 является вход р р

30 — гаемого устройства для определения места знако ковым входом "Вычитание", вход вхо 31 — повреждения участка напорно о трубопрознаковым входом "Сложение", вход — пов б азом. счетным д тным вхо ом, а вход . — рев

32 — ерсивного вода реализую:ся следующим о р н- 30 Период следования импульсов, пропорсч етчика 10 является входом, подключен8 циональных скорости перекачиваемых по ным к выходно у р ру 8 м егист 28 вычислителя контролируемому участку напорного трую им об а- бопровода продуктов, изменяется с поУстройство работает следующим о рамощью измерителя периода

11 а следования зом. ва ительно в реверсивный счетчик 35 импульс ов. о соответств ющее коли- Импульсы, поступающие оттурбинного

Ь 20 честву р в мет ов от начала контролируемого прео разователя рутизне фронта и амплитуде формироваучастка трубо р д д у и ово г о слоеной середи- к

21 формы импульсов, подаются на тка т,е. о точки, учитывающей сме- телем геомет ической середины участка один из в

40 входов блока 22 сравнения, на втокоторого поступают импульсы ставектором скор д ко ости вижения перекачивае- рои вход п- бильной частоты от генератора 23 опорной мого продукта, непрерывно циклически опмо вычислителем 12 по формуле частоты. ределяемое вь

На выходе измерителя периода следо45 вания импульсов формируется величина

1707430

45 где V — скорость распространения звука в перекачиваемой среде. 50

n — количество импульсов, пришедших от турбинного преобразователя за 1 с.

Период следования импульсов Т поступает на один из блоков вычислителя 12, на второй вход которого от внешнего запоминающего устройства 13 введены значения постоянных величин:! — длины контролируемого участка и V — скорости распространения звука в перекачиваемой среде.

Вычислитель 12 реализует циклическую обработку поступающих на него величин, которая может быть осуществлена следующим образом.

Величина, соответствующая периоду следования импульсов, сформированная на выходе измерителя 11 периода следования импульсов, и значения постояннь|х величин — длины контролируемого участка I u коэффициента пропорциональности К» поступает в вычислителе 12 на микропроцессор 25 через порт 24 ввода, служащий для мультиплексированного (распределенного во времени) занесения выходных значений измерителя 11 периода следования импульсов и внешнего запоминающего устройства

13 на шину данных микропроцессора 25.

Работа микропроцессора 25 синхронизируется тактовым генератором 26. Для управления циклической обработкой данных в микропроцессоре 25 служит таймер 27.

При этом период между двумя обработками (циклами) выбирается несколько больше максимально возMожного. времени между моментом повреждения трубопровода и срабатыванием одного из датчиков 1 или 2 (что соответствует повреждению трубопровода в точке условной середины участка).

Выходной регистр 28, соединенный с выходом микропроцессора 5, обеспечивает временное хранение информации об условной середине контролируемого участка трубопровода. вычисляемого микропроцессором 25 по формуле

Значение скорости звука в перекачиваемой среде. определенное экспериментально, заводится в вычислитель 12 из внешнего запоминающего устройства 13. Это значение условной сереп, нь учгткг из в .ходного регистра 2и вычислителя 12 заносится в реверсивный счетчик 10, Таким образом, в реверсивном счетчике

10 уста явлено число, соответствующее ко5

40 личеству метров от начала контролируемого участка трубопровода до его условной середины.

В случае повреждения контролируемого уч "стка трубопровода от места повреждения в обе стороны вдоль трубопровода распространяется волна спада давления.

При достижении фронтом волны спада давления одного иэ датчиков 1 или 2 давления на выходе соответствующего датчика формируется сигнал, поступающий на вход соответствующего преобразователя 3 или 4.

Пришедший в преобразователь 3 или 4 сигнал передается через разделительную емкость 16, выделяющую переменную составляющую входного сигнала, и через блок

14 автоматической регулировки усиления (АРУ) на инвертирующий усилитель 15.

Блок 14 АРУ в зависимости от величины установившегося давления перекачки, имевшего место в момент времени, предшествовавший повреждению трубопровода, регулирует коэффициент усиления усилителя 15, Этим определяется порог срабатыва-ния.устройства, так как одна и та же величина, характеризующая спад давления перекачки для различных режимов перекачки, требовэла бы различной реакции устрэйс-,ва. Блэком 14 АРУ обеспечивается хторнство сигнала, поступающего нг усилитель 15, независимо от уровня сигнала на выходе датчика 1 или 2 давления, Коэффициент усиления инвертирующего усилителя 15 и постоянная времени дифференцирующей цепочки 17, 18 выбираются такими, чтобы перепад дав ения 1 кг/см (для данного датчика) пои крутизне г спада давления около 30 кг/см был на вы. ходе дифференцируюшей цепочки 17, 18 равен, например 100 — 150 мВ, а сигнал от пульсаций давления„вызванных работой перекачивающих насосов 0,5-0,7 кг/см, был менее 100 мВ. Этот сигнал с выхода дифференцирующей цепочки 17, 18 поступает на вход компаоатооа 19, собранного. например, на операционном усилители.

Компаратор 19 исключает срабатывание устройства при незначительных пульсациях давления (не связанных с повреждением трубопровода). В случае превышения сигналом заданной уставки компаратор 19 срабатывает — изменяется скачкообразно его выходное напряжение (например, от+72 до

-12 В). Этот перепад напряжения, эквивалентный сф рмированиа уровня -ог." ской "1", поступает на вход 1риггарг 5 (Р.

При изменснии триггером 5 (6) своего состояния на противоположное его выходным сигналом запускается блок 7 формирования пачки импульсов, поступающих от генерато12

1707430

Уровень логического сигнала на выходе триггера 6

Уровень логического сигнала на выходе датчика 2 давления

Уровень логического сигнала на выходе триггера 5

Уровень лоГического сигнала нд выходе

"Вычитание" двухвходовой схемы

2И-НЕ 8

Уровень логического сигнала на выходе датчика 1 давления

Уровень логического сигнала на выходе блока 7 формирования импульсов

Уровень логического сигнала на выхода

"Сложение" двухвходовой схемы

2И-НЕ 8

0 — Ф вЂ”

0

0

1

1

0

1

0 ра 9 импульсов. Блок 7 формирования пачки импульсов обеспечивает прохождение импульсов от генератора 9 импульсов только при разноименном состоянии триггеров 5 и

6, т.е. только в течение периода времени между срабатыванием датчиков 1 и 2.

С выхода блока 7 формирования пачки импульсов импульсы поступают на счетный вход реверсивного счетчика 10, на соответствующий знаковый вход (вычитания или сложения) которого поступает сигнал с выхода двухвходовой схемы 2И-ИЛИ 8, сформированный соответственно при возбуждении триггера 5 (срабатывании датчика

1 давления) или триггера 6 (срабатывании датчика 2 давления).

Частота счета импульсов в реверсивном счетчике 10 установлена численно равной

1/2 скорости распространения звука в перекачиваемой среде. При этом показание счетчика 10 численно равно расстоянию до места повреждения в метрах от начала трубопровода.

При поступлении сигнала от датчика давления, сработавшего вторым, т.е. датчика 2 (1), изменяется состояние соответствующего триггера 6 (5), выходной сигнал которого поступает на вход блока 7 формирования пачки импульсов. С этого момента блоком 7 формирования пачки импульсов блокируется поступление импульсов от генератора 9 импульсов на счетный вход реверсивного счетчика 10, что соответствует прекращению отсчета расстояния до места повреждения контролируемого участка трубопровода. Одновременно указанным выходным сигналом соответствующего триггера 6 (5), поступающим на другой вход (относительно входа, принявшего сигнал от датчика давления, сработавшего первым) двухвходовой схем 2Й вЂ” НЕ 8 последняя переводится в исходное состояние. Сигналом

"Сброс", поступающим из внешнего запоминающего устройства 13, в исходное состояние переводятся также триггеры 5 и 6 (на их выходе устанавливается напряжение, значение которого соответствует логическому "0").

Использование предлагаемого устройства для определения места повреждения

5 напорного трубопровода позволяет повысить точность определения места повреждения в сравнении с известными техническими решениями: при длине участка 100 км погрешность составляет 200-300 м в

10 сравнении с погрешностью известных устройств, составляющей 2-3 км, что сокращает время простоя трубопровода.

Формула изобретения

Устройство для определения места по15 вреждения трубопровода, содержащее установленные на концах контролируемого участка датчики давления, связанные через триггеры с логическим устройством, соединенным с генератором опорной частоты. вы20 числителем и счетчиком, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения точности определения места повреждения, оно снабжено измерителем периода следования импульсов в виде последовательно

25 включенных турбинного преобразователя и блока сравне".èÿ, соединенного с генератором опорной частоты и вычисл телем, а также установленными на выходе каждого датчика преобразователями в виде последо30 вательно включенных инвертирующего усилителя и компаратора, а логическое устройство выполнено в вире двухвходового элемента 2И-НЕ, блока формирования пачки импульсов с генератором импульсов и

35 запоминающего ус;ройства, при этом выход вычислителя подключен к первому входу счетчика, выполненного реверсивным, к знаковым входам которого подключен выход элемента 2И вЂ” Н Е, а к его счетному входу

40 — выход блока формирования пачки импульсов, причем выход каждого триггера подключен к одному входу блока формирования пачки импульсов и к соответствующему входу элемента 2И-НЕ, а второй выход запоми45 нающего устройства — к входам сброса триггеров.