Система контроля перехода трубопровода с устройством катодной защиты под авто- и железными дорогами

Изобретение относится к трубопроводному транспорту и используется для диагностики технического состояния подземных трубопроводов. В местах пересечения трубопровода и дороги трубопровод располагают в защитном патроне, а контролируемый участок трубопровода снабжают датчиками технического состояния. Система контроля содержит защитный патрон, преобразователь электрического сопротивления промежутка трубопровод-патрон, аккумуляторную батарею со стабилизатором напряжения, датчик коррозии трубопровода, датчик напряженно-деформированного состояния трубопровода, датчик утечки транспортируемой среды, а также два преобразователя сопротивление-напряжение, два нормирующих усилителя, мультиплексор, аналого-цифровой преобразователь напряжения, три диода, фотоэлектрический модуль, термоэлектрогенератор, радиомодем, микропроцессор и рабочую станцию центра мониторинга. Для электропитания блоков системы аккумуляторную батарею постоянно подзаряжают от устройства катодной защиты. Передачу информации в цифровой форме на рабочую станцию мониторинга осуществляют радиомодемом. Блок передачи цифровой информации по трубопроводу является резервным. Повышает точность и надежность диагностики состояния трубопровода. 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано для диагностики технического состояния магистральных трубопроводов под автодорогами, железнодорожными путями и электрифицированными железными дорогами.

В местах пересечения трубопроводов с авто- и железными дорогами трубопроводы прокладывают в специальных защитных устройствах (патронах), состоящих из стальных или железобетонных труб. Назначение патронов - предохранять трубопровод от вредных воздействий нагрузок, коррозионного воздействия агрессивных сред и блуждающих токов. Помимо того, они служат для отвода транспортируемой среды от полотна дороги в случае аварийной ситуации.

В связи с этим возникла необходимость создания систем контроля переходов трубопроводов под авто- и железными дорогами.

Для предохранения патрона и трубопровода от коррозии применяется их катодная защита с помощью устройства катодной защиты (УКЗ).

Известна система контроля перехода трубопровода с УКЗ под авто- и железными дорогами, содержащая защитный патрон и измеритель давления газа внутри защитного патрона с помощью дифманометра (Нафт. i газова пром-сть, 1993, №4, с.37-41).

Недостатком аналога является несвоевременность выявления с его помощью опасного состояния трубопровода ввиду отсутствия дистанционного контроля его аварийного состояния и отсутствие контроля электрических характеристик промежутка трубопровод-патрон.

Известна система контроля перехода трубопровода с УКЗ под авто- и железными дорогами, принятая за прототип и содержащая защитный патрон, преобразователь электрического сопротивления промежутка трубопровод-патрон и аккумуляторную батарею со стабилизатором напряжения (Временные рекомендации по защите патронов магистральных трубопроводов от коррозии. Государственный производственный комитет по газовой промышленности СССР. М.: ВНИИСТ, 1965).

Недостатком прототипа является отсутствие непрерывности в измерениях технических параметров перехода, недостаточное количество измеряемых технических параметров о его состоянии и отсутствие дистанционного мониторинга технического состояния перехода.

Техническим результатом, получаемым от использования изобретения, является обеспечение непрерывности измерений технических параметров перехода, достигаемое за счет повышения энергоресурса аккумуляторной батареи путем ее непрерывной подзарядки от источников иной природы, увеличение количества контролируемых параметров, несущих комплексную информацию о состоянии трубопровода, а также дистанционная передача информации о состоянии трубопровода от места контроля до рабочей станции центра мониторинга.

Данный технический результат достигают за счет того, что известная система контроля перехода трубопровода с УКЗ под авто- и железными дорогами, содержащая защитный патрон, преобразователь электрического сопротивления промежутка трубопровод-патрон и аккумуляторную батарею со стабилизатором напряжения, дополнительно содержит датчик коррозии трубопровода, датчик напряженно-деформированного состояния трубопровода и датчик утечки транспортируемой среды, а также два преобразователя сопротивление-напряжение, два нормирующих усилителя, мультиплексор, аналого-цифровой преобразователь напряжения, три диода, фотоэлектрический модуль, термоэлектрогенератор, радиомодем, микропроцессор и рабочую станцию центра мониторинга, при этом выходы преобразователя электрического сопротивления промежутка трубопровод-патрон и датчика коррозии через преобразователи сопротивление-напряжение подключены к первым двум входам мультиплексора, а выходы датчиков напряженно-деформированного состояния и утечки через соответствующие нормирующие усилители - к третьему и четвертому входам мультиплексора, соединенного выходом через аналого-цифровой преобразователь со входом микропроцессора, подключенного первым выходом к управляющему входу мультиплексора, а вторым - к радиомодему, связанному через радиоканал с рабочей станцией центра мониторинга, причем вход преобразователя напряжения подключен между трубопроводом и землей, а выход через первый диод - к зарядному входу аккумуляторной батареи, соединенной выходом со стабилизатором напряжения, при этом выходы фотоэлектрического модуля и термоэлектрогенератора соответственно через второй и третий диоды также соединены с зарядным входом аккумуляторной батареи.

Термоэлектрические спаи термоэлектрогенератора располагаются внутри и вне промежутка трубопровод-патрон.

Система дополнительно содержит блок передачи цифровой информации по трубопроводу, выполненный в виде последовательно соединенных генератора несущей, модулятора и усилителя мощности, причем модулирующий вход модулятора соединен с выходом микропроцессора, а выход усилителя мощности - с трубопроводом. Причем в качестве модулятора можно использовать частотный или фазовый модуляторы.

Кроме того, система дополнительно содержит видеокамеру оптико-визуального контроля пространства трубопровод-патрон, например тепловизор.

Система дополнительно содержит устройство обнаружения развивающихся дефектов материала трубопровода, выполненное в виде одного или нескольких акустоэмиссионных датчиков, закрепленных на трубопроводе и подключенных через пороговое устройство к блоку обработки, соединенному выходом с пятым входом мультиплексора.

Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 представлена общая схема контроля состояния трубопровода; на фиг.2 - схема дистанционной передачи информации по трубопроводу; на фиг.3 - схема обнаружения развивающихся дефектов материала трубопровода.

Система содержит (фиг.1) защитный патрон 1, внутри которого располагается контролируемый трубопровод 2. Защитный патрон 1 с трубопроводом 2 пересекают автомобильную или железную дорогу (не показаны).

Система включает в себя преобразователь электрического сопротивления (ПЭС) промежутка трубопровод-патрон (на фиг.1 ПЭС отображен в виде электрических контактов 3, 4, через которые пропускается переменный ток известной величины). Имеются также датчик коррозии 5 (ДК), датчик 6 утечки (ДУ) транспортируемой среды и датчик 7 напряженно-деформированного состояния трубопровода (ДНДС), два преобразователя 8 и 9 сопротивление-напряжение (ПСН), два нормирующих усилителя 10, 11 (НУ), мультиплексор 12, аналого-цифровой преобразователь 13 (АЦП) напряжения, три диода 14, 15, 16, фотоэлектрический модуль 17 (ФМ), термоэлектрогенератор 18, радиомодем 19, микропроцессор 20 и рабочую станцию центра мониторинга (РСЦМ) (не показана).

В состав системы также входят аналого-цифровой преобразователь напряжения 21 (ПН), аккумуляторная батарея 22 (АБ) и стабилизатор напряжения 23 (СН).

Схема электрических соединений представлена на фиг.1. Выходы ПЭС 3, 4 и ДК 5 через ПСН 8, 9 подключены к первым двум входам мультиплексора 12, а выходы ДНДС 7 и ДУ 5 через НУ 10, 11 - к третьему и четвертому входам мультиплексора 12, выход которого через АЦП 13 соединен со входом микропроцессора 20. Выходы микропроцессора 20 соединены с управляющим входом мультиплексора 12 и входом радиомодема 19, связанного через радиоканал с РСЦМ (не показана).

ПН 21 подключен между трубопроводом 2 и землей. Выход ПН 21 через диод 14 соединен с зарядным входом АБ 22, подключенной выходом к СН 23.

Выходы ФМ 17 и термоэлектрогенератора 18 через диоды 15,16 также соединены с зарядным входом АБ 22.

При этом термоэлектрические спаи (на фиг.1 не показаны) термоэлектрогенератора 18 располагаются внутри и вне промежутка трубопровод-патрон.

В качестве резервного канала связи в условиях наличия сильных радиопомех система включает в себя дополнительный блок передачи цифровой информации (БПЦИ) по трубопроводу 2.

БПЦИ выполнен в виде последовательно соединенных (фиг.2) генератора 24 несущей, частотного или фазового модулятора 25 и усилителя 26 мощности (УМ), соединенного выходом с трубопроводом 2. Модулирующий вход модулятора 25 соединен с выходом микропроцессора 20.

Для своевременного обнаружения развивающихся дефектов трубопровода 2 на последний устанавливают один или несколько акустоэмиссионных датчиков (АЭД). На фиг.3 представлено два АЭД 27 и 28. АЭД 27 и 28 подключены через пороговые устройства 29 и 30 (ПУ) к блоку 31 обработки информации (БОИ), соединенному выходом с пятым входом мультиплексора 12 (фиг.1).

Система также снабжена видеокамерой оптико-визуального контроля пространства труборовод-патрон, выполненной в виде тепловизора (не показана).

Система контроля перехода трубопровода с устройством катодной защиты под авто- и железными дорогами работает следующим образом.

С помощью ПЭС 3, 4, ДК 5, ДУ 6, ДНДС 7 и АЭД 28, 29 непрерывно снимается информация об омическом сопротивлении между трубопроводом 2 и патроном 1, позволяющем определить момент касания трубопровода 2 и патрона 1; информация о коррозионной активности грунта в месте прокладки трубопровода 2, позволяя вести оценки его ресурса; информация о наличии утечки транспортируемого продукта из трубопровода 2, позволяя выявлять утечку продукта; значение потенциала трубопровода 2 по отношению к земле, позволяя вести оценку эффективности работы УКЗ. АЭД 28, 29 позволяют определять наличие развивающихся дефектов трубопровода 2.

Полученная информация через ПСН 8, 9, НУ 10, 11, ПУ 30, 31 и БОИ 32 поступает на пять входов мультиплексора 12, информация с которого последовательно направляется через АЦП 13 в микропроцессор 20, управляющего одновременно и работой мультиплексора 12.

Обработанная в микропроцессоре 20 информация о состоянии трубопровода 2 поступает затем на радиомодем 19, который по радиоканалу направляет ее на РСЦМ.

Для электропитания всех блоков и датчиков в системе имеется АБ 22 со стабилизатором 23. Энергоресурс АБ 22 непрерывно пополняется за счет электропотенциала, имеющегося на трубопроводе, соединенном с УКЗ (не показано). Имеющийся потенциал через ПН 21 и диод 14 поступает на зарядный вход АБ 22.

В условиях достаточной освещенности АБ 22 дополнительно подзаряжается от ФМ 17 через диод 15.

В условиях вечной мерзлоты в период полярной ночи происходит дополнительная подзарядка АБ 22 от термоэлектрогенератора 18 через диод 16.

Таким образом происходит непрерывная подзарядка АБ 22 в любое время года и суток, компенсирующая энергетические потери, происходящие при работе системы. В солнечную погоду эффективнее работает фотомодуль 17. В морозную погоду в условиях полярной ночи эффективно ведется подзарядка АБ 22 от термоэлектрогенератора 18.

В периоды межсезонья АБ 22 подзаряжается в основном от УКЗ.

В некоторые сезоны года, например в период северных сияний на высоких широтах, наблюдаются сбои в работе радиомодема 19, при этом информация о состоянии трубопровода 2 не проходит на РСЦМ. В этом случае включается резервный канал передачи информации по трубопроводу 2.

Схема блока передачи цифровой информации по трубопроводу (БПЦИТ) представлена на фиг.2. Информативный сигнал с микропроцессора 20 модулирует несущую частоту генератора 24 с помощью модулятора 25.

Модулированный сигнал в цифровой форме направляется на трубопровод 2 и принимается РСЦМ.

При обнаружении на РСЦМ нештатных ситуаций к месту перехода доставляют видеокамеру, например тепловизор, для оптико-визуального контроля пространства трубопровод - патрон.

В месте появления дефекта трубопровода 2 происходит утечка газа и изменение в связи с этим его температуры по сравнению с температурой продукта в трубопроводе. Появившийся при этом градиент температур визуализируется тепловизором.

После проведенного обследования дают заключение о выявлении нарушений технического состояния магистрального трубопровода на переходах через автомобильные или железные дороги.

Таким образом, с помощью данной системы на основе оперативно полученных данных предотвращаются возможные аварийные ситуации на трубопроводе, что обеспечивает его безопасную эксплуатацию.

1. Система контроля перехода трубопровода с устройством катодной защиты под авто- и железными дорогами, содержащая защитный патрон, преобразователь электрического сопротивления промежутка трубопровод - патрон и аккумуляторную батарею со стабилизатором напряжения, отличающаяся тем, что дополнительно содержит датчик коррозии трубопровода, датчик напряженно-деформированного состояния трубопровода и датчик утечки транспортируемой среды, а также два преобразователя сопротивление-напряжение, два нормирующих усилителя, мультиплексор, аналого-цифровой преобразователь напряжения, три диода, фотоэлектрический модуль, термоэлектрогенератор, радиомодем, микропроцессор и рабочую станцию центра мониторинга, при этом выходы преобразователя электрического сопротивления промежутка трубопровод - патрон и датчика коррозии через преобразователи сопротивление-напряжение подключены к первым двум входам мультиплексора, а выходы датчиков напряженно-деформированного состояния и утечки через соответствующие нормирующие усилители - к третьему и четвертому входам мультиплексора, соединенного выходом через аналого-цифровой преобразователь со входом микропроцессора, подключенного первым выходом к управляющему входу мультиплексора, а вторым - к радиомодему, связанному через радиоканал с рабочей станцией центра мониторинга, причем вход преобразователя напряжения подключен между трубопроводом и землей, а выход через первый диод - к зарядному входу аккумуляторной батареи, соединенной со стабилизатором напряжения, при этом выходы фотоэлектрического модуля и термоэлектрогенератора соответственно через второй и третий диоды также соединены с зарядным входом аккумуляторной батареи.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что термоэлектрические спаи термоэлектрогенератора располагаются внутри и вне промежутка трубопровод - патрон.

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит блок передачи цифровой информации по трубопроводу.

4. Система по п.3, отличающаяся тем, что блок передачи цифровой информации по трубопроводу выполнен в виде последовательно соединенных генератора несущей, модулятора и усилителя мощности, причем модулирующий вход модулятора соединен с выходом микропроцессора, а выход усилителя мощности - с трубопроводом.

5. Система по п.4, отличающаяся тем, что в качестве модулятора используется частотный или фазовый модуляторы.

6. Система по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит видеокамеру оптико-визуального контроля пространства трубопровод - патрон.

7. Система по п.6, отличающаяся тем, что в качестве видеокамеры оптико-визуального контроля пространства трубопровод - патрон используется тепловизор.

8. Система по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит устройство обнаружения развивающихся дефектов материала трубопровода, выполненное в виде одного или нескольких акустоэмиссионных датчиков, закрепленных на трубопроводе и подключенных через пороговые устройства к блоку обработки, соединенному выходом с пятым входом мультиплексора.