Устройство связи для дистанционного контроля по трубопроводному каналу

 

Изобретение относится к системам передачи электрических сигналов и предназначено для организации канала связи по магистральному трубопроводу. Техническим результатом, достигаемым при реализации изобретения, является повышение коэффициента полезного действия и эксплуатационной надежности устройства. Устройство связи для дистанционного контроля включает трубопровод, передающий блок, в состав которого входят электрод заземления, генератор информационного сигнала и колебательный контур, и приемный блок, в состав которого входят электрод заземления, избирательный усилитель и колебательный контур, причем каждый из колебательных контуров состоит из катушки индуктивности и цилиндрического конденсатора, одной обкладкой которого служит металлическая стенка трубопровода, а другой обкладкой - электропроводящий материал, нанесенный на изоляцию трубопровода в местах передачи и приема информационного сигнала, и колебательные контуры передающего и приемного блоков имеют резонансную частоту, равную частоте информационного сигнала. 3 ил.

Изобретение относится к системам передач электрических сигналов, характеризуемых частотой переменного тока, и предназначено для использования в нефтяной и газовой промышленности при организации канала связи по магистральному трубопроводу.

Известно устройство дистанционного контроля за работой станций катодной защиты (см. авт.св. N 209569, М.кл. G 08 C 19/12 от 26.01.1968), в котором с целью его упрощения и повышения надежности повышения на начальной станции катодной защиты (СКЗ) выход генератора импульсов соединен со входом генератора контрольной частоты, выход которого подключен к одному из выходов модулятора. К другому входу модулятора подключен выход СКЗ, а выход модулятора подключен к катодному выводу трубопровода. На следующих СКЗ выводы трубопровода подключены к входам фильтров низкой частоты (ФНЧ) и выходам модуляторов, выход ФНЧ подсоединен к входу элемента временной задержки, выход которого соединен с входом генератора контрольной частоты. Это устройство позволяет с помощью одной частоты осуществить контроль работы нескольких СКЗ, однако недостатком данного устройства является техническая сложность, ненадежность, так как процесс модуляции представляет собой включение и выключение СКЗ при мощностях тока защиты 1200 Вт. Последовательная схема ретрансляционной цепочки устройства делает контроль работы удаленных СКЗ зависимым как от работоспособности узлов устройства, установленных на промежуточных от приемного блока СКЗ, так и от работоспособности самих СКЗ.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство дистанционного контроля работоспособности СКЗ, включающее трубопровод, передающий и приемный блоки, причем передающий блок содержит электрод заземления и генератор, а приемный блок - электрод заземления и избирательный усилитель (п-т РФ N 2006953, МПК 5 G 08 C 19/02, 1994 г.) В качестве источника информационного сигнала выступает генератор инфранизкой частоты, включающийся при неисправности СКЗ или обрыве дренажных кабелей станции. Сигнальный провод генератора подключен к минусовой клемме СКЗ, общий провод - к автономному заземлителю. Приемная часть устройства содержит фильтры инфранизкой частоты, соединенные с трубопроводом, усилитель и заземлитель.

Устройство позволяет за счет использования в качестве носителя информационного сигнала автономного от СКЗ генератора инфранизкой частоты пульсаций однополупериодного выпрямленного напряжения отрицательной полярности значительно повысить дальность и качество передачи сигналов контроля.

Недостатком данного изобретения является то, что для обеспечения номинальной нагрузки и увеличения дальности передачи информационного сигнала автономного генератора устройства при подключении к цепи труба-земля его заземлитель устанавливается на значительном расстоянии от магистрального трубопровода (МТ) и его охранной зоны. Это существенно увеличивает риск нарушения дренажной цепи заземлителя при сельхозработах, а значит и нарушение работоспособности устройства в целом. Кроме того, работа устройства на трассе двух-, трехниточной прокладки МТ требует установки дополнительных автономных заземлителей для ослабления эффекта экранирования, что длительно повышает уязвимость дренажной цепи.

Существенным недостатком указанных устройств контроль работоспособности СКЗ, использующих МТ как канал связи, является то, что генераторные блоки информационных сигналов соединяются с цепью труба-земля гальванически. Это приводит к потере большей части электромагнитной энергии информационных сигналов в распределенном сопротивлении проводников земли и трубы уже на стадии передачи. Блоки приема информации из трубопроводного канала соединяются с физической цепью труба-земля также гальванически, что в свою очередь приводит к указанным потерям энергии, хотя и менее существенным, так как входные каскады этих блоков обладают большим входным сопротивлением, а высокая чувствительность снижает потребление измеряемых токов до кА. Однако высокая чувствительность, необходимая для приема слабых информационных сигналов, существенно снижает помехозащищенность указанных устройств дистанционного контроля, постоянно работающих в зоне промышленных помех, природных электрических и магнитных воздействий. В результате указанные устройства, организующие контроль работоспособности СКЗ на МТ с помощью трубопроводного канала связи, обладают низким КПД при передаче и приеме информационных сигналов и также оказываются эксплуатационно ненадежными из-за слабой помехозащищенности.

Задачей настоящего изобретения является повышение КПД и эксплуатационной надежности работы блоков передачи и приема информационных сигналов.

Поставленную задачу решают благодаря тому, что в устройство связи для дистанционного контроля по трубопроводному каналу, включающее трубопровод, передающий и приемный блоки, причем передающий блок содержит электрод заземления и генератор, а приемный блок - электрод заземления и избирательный усилитель, согласно изобретению, и в передающий, и в приемный блок внесен колебательный контур, имеющий резонансную частоту, равную частоте информационного сигнала, и состоящий из катушки индуктивности и емкости, представляющей собой цилиндрический конденсатор, одной обкладкой которого служит собственно трубопровод, другой обкладкой - дополнительно нанесенный на внешнюю поверхность трубопровода электропроводящий слой, а диэлектриком между обкладками - изоляционное покрытие трубопровода, при этом в передающем блоке генератор и электрод заземления соединены между собой и через колебательный контур с трубопроводом, а в приемном блоке избирательный усилитель и электрод заземления соединены между собой и через колебательный контур с трубопроводом. Кроме того, в передающем блоке генератор включен в разрыв цепи колебательного контура, а в приемном блоке избирательный усилитель подключен к колебательному контуру параллельно.

Индуктивностью являются обычные многовитковые катушки соленоида или торроида.

На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства; на фиг. 2 - принципиальная электрическая схема подключения передающего и приемного контуров к МТ и их взаимосвязь через трубопровод; на фиг. 3 - конструкция цилиндрических емкостей передающего и приемного контуров с общей обкладкой - магистральным трубопроводом.

Передающий блок устройства состоит (см. фиг. 1) из генератора электромагнитных колебаний 1, соединенного с электродом заземления 2 и колебательным контуром 3, который также соединен с электродом заземления 2 и подключен трубопроводу 4. В свою очередь колебательный контур 3 (см. фиг. 2) состоит из индуктивности L1 и емкости C1, образованной металлической поверхностью трубопровода 4, диэлектриком 5 (изоляционным покрытием трубопровода) и нанесенным на него электропроводящим материалом - обкладкой 6 (см. фиг. 3).

Приемный блок устройства содержит аналогичный колебательный контур 7 и соединенные с ним избирательный усилитель с узлом индикации 8 и электрод заземления 9.

Устройство подключается к цепи труба-земля и работает следующим образом.

Генератор 1 (см. фиг. 2) сигнальным проводом подключается к индуктивности L1 колебательного контура 3, которая другим концом соединяется с металлической стенкой трубопровода 4. Общим проводом генератор 1 подключается к раздельной обкладке емкости контура C1 (см. фиг. 3) и заземляется с помощью заземлителя 2, причем роль диэлектрика 5 между обкладками 4 и 6 емкости C1 выполняет изоляционное покрытие трубопровода. Таким образом, генератор включается в разрыв цепи передающего контура 3 (резонанс напряжений), что позволяет максимально использовать мощность его колебаний при минимальных активных потерях мощности в цепи труба-земля. Избирательный усилитель 8 приемного блока устройства подключен к контуру L2,C2 параллельно, сигнальным проводом - к металлу трубопровода и индуктивности L2, общим - к раздельной обкладке C2 и другому выводу L2, соединенных с заземлителем 9. В результате прием информационного сигнала характеризуется резонансом токов, что позволяет повысить избирательность (помехозащищенность) при высокой чувствительности усилителя 8.

При включении генератора 1, вырабатывающего частоту, равную частоте собственных колебаний контура L1,C1, информационный сигнал поступает в линию связи трубопроводного канала. Через связующий элемент Ro (распределенное омическое сопротивление физической цепи с учетом потерь через изоляционное покрытие 5) осуществляется гальваническая связь с приемным контурным L2,C2, имеющим частоту собственных колебаний, равную частоте информационного сигнала. Выделенный контуром L2,C2 из канала связи магистрального трубопровода 4 (МТ) сигнал поступает на избирательный усилитель 8, настроенный на частоту информационного сигнала, имеющий узел индикации, который фиксирует осуществление связи. Применение высокоиндуктивных катушек L1, L2 и цилиндрических емкостей C1, C2 указанной конструкции (см. фиг. 3) на МТ больших диаметров (Ду 1420 мм, Ду 1220 мм, Ду 1020 мм, Ду 720 мм) позволяет получить частоту резонанса контуров 3 и 7, максимально низкую, на которой работает генератор информационных сигналов 1. Это позволяет решать проблему километрического затухания передаваемых сигналов в канале связи труба-земля, существующую из-за реактивного (емкостного) характера нагрузочного сопротивления линии. Качество контуров и величина связи между ними R0 будут определять величину потерь при переходе энергии из передающей цепи в приемную, где f₀ - резонансная частота, L - индуктивность контура, R - активное сопротивление контура. Причем величина связи R0 определяется в основном состоянием изоляционного покрытия трубопровода.

Таким образом, сущность изобретения состоит в том, что заявляемое устройство, в отличие от прототипа, позволяет организовать канал связи по магистральному трубопроводу без гальванической связи приемно-передающих блоков непосредственно с проводниками физической цепи труба-земля, а с применением развязки - через колебательные контуры, что позволяет существенно повысить КПД и эксплуатационную надежность работы блоков передачи и приема информационных сигналов.

Внедрение устройства на магистральных трубопроводах позволит значительно повысить эффективность работы контролируемых средств катодной защиты и снизить эксплуатационные расходы на их обслуживание.

Формула изобретения

Устройство связи для дистанционного контроля по трубопроводному каналу, включающее трубопровод, являющийся каналом связи, передающий блок, содержащий генератор информационного сигнала и электрод заземления, и приемный блок, содержащий избирательный усилитель и электрод заземления, отличающийся тем, что и передающий и приемный блоки снабжены колебательными контурами, каждый из которых состоит из катушки индуктивности и цилиндрического конденсатора, причем одной из обкладок цилиндрического конденсатора служит металлическая стенка трубопровода, а другой обкладкой - электропроводящий материал, нанесенный на изоляцию трубопровода в местах передачи и приема информационного сигнала, при этом в передающем блоке один конец катушки индуктивности соединен с металлической стенкой трубопровода, а другой конец - через генератор информационного сигнала с соответствующим электродом заземления и другой обкладкой цилиндрического конденсатора, в приемном блоке один конец катушки индуктивности соединен с металлической стенкой трубопровода, другой конец - с соответствующим электродом заземления и другой обкладкой цилиндрического конденсатора, а избирательный усилитель подключен к колебательному контуру параллельно, причем колебательные контуры передающего и приемного блоков имеют резонансную частоту, равную частоте информационного сигнала.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3