Способ определения места и размеров течи в трубопроводе и устройство для его реализации

 

Изобретение относится к технике контроля трубопроводных систем и предназначено для определения места повреждения и оценок размера повреждения в труднодоступных или недоступных техническому надзору напорных трубопроводах, в частности в подводных трубопроводах и в дюкерах. Техническим результатом является обеспечение помехоустойчивости, высокой точности определения места течи и оценки размеров повреждения трубопровода. Для этого осуществляют прием акустических сигналов or 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. 2 с. и 1 з.п.ф-лы. 2 ил.

Текст описания в факсимильном виде (см. графическую часть)в

Формула изобретения

1. Способ определения параметров течи в трубопроводе, содержащий прием акустических сигналов от шума течи двумя датчиками, расположенными вдоль трубопровода, преобразование акустических сигналов в электрические сигналы, усиление, фильтрацию, обработку электрических сигналов и определение места течи по разности времен прибытия акустических сигналов к двум датчикам, отличающийся тем, что после усиления и фильтрации электрических сигналов от датчиков производят накопление и определение взаимного спектра электрических сигналов, по уровню энергии взаимного спектра делают заключение о наличии признаков акустических сигналов течи, формируют сигнал тревоги, а разность времен прибытия акустических сигналов определяют по информации, содержащейся в параметрах комплексного взаимного спектра, после чего находят частоту максимума модуля взаимного спектра и по ней оценивают диаметр повреждения, используя данные о скорости истечения струи, определяемой, исходя из информации о значениях давления, плотностей сред в трубопроводе и в окружающей среде, а также о скорости движения продукта в трубопроводе.

2. Способ определения параметров течи в трубопроводе по п.1, отличающийся тем, что дополнительно, параллельно трубопроводу располагают n-2 датчика на дистанциях d друг от друга таких, что

где Р_с - акустическое давление на единичном расстоянии r₀, м, обусловленное шумом течи из трубопровода, Па;

Р_п - уровень акустических помех, Па;

η - коэффициент помехоустойчивости акустического датчика;

δ - коэффициент распознавания в виде отношения сигнала к помехе на входе тракта обработки, обеспечивающего регистрацию шума от вытекающей из трубопровода струи с заданными значениями вероятности правильного обнаружения P_по и вероятности ложных тревог Р_лт,

причем общее количество датчиков

n=[L/d]+l,

где L - длина участка трубопровода, подлежащего контролю;

[·] - символ целой части,

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.

3. Устройство для определения параметров течи в трубопроводе, содержащее 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 содержащее блок управления, отличающееся тем, что 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, при этом блок управления своими управляющими выходами и информационными входами присоединен к соответствующим управляющим и информационным входам и выходам n-канального блока уплотнения информации, блока разуплотнения информации, n-1 канального блока накопления и анализа взаимных спектров, n-1 канального блока обнаружения течи, n-1 канального блока определения места течи, n-1 канального блока определения размеров течи, n-1 канального блока определения полосы фильтрации, блока формирования сигнала тревоги и индикатора места и размера течи.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10