Система для диагностики технического состояния магистрального газопровода с запорно-регулирующей арматурой

Изобретение относится к контрольно-диагностической технике по обнаружению утечек транспортируемого газа (ТГ) из магистральных газопроводов (МГ) при наличии у последних запорно-регулирующей арматуры (ЗРА). Система дополнительно содержит дозатор индикаторного газа с электрическим выходом и инжектором, расположенным внутри магистрального газопровода перед запорно-регулирующей арматурой выше по потоку транспортируемого газа, при этом датчики параметров газа выполнены в виде датчиков концентрации индикаторного газа, расположенных по разные стороны от запорно-регулирующей арматуры на известных расстояниях от инжектора, а блок обработки информации включает в себя два усилителя, интегратор, четыре пороговых устройства, три блока опорных сигналов, два усилителя-ограничителя, два таймера и вычитающее устройство, причем выходы первого и второго датчиков концентрации индикаторного газа через соответствующие усилители подключены к первым входам первого и второго пороговых устройств, вторые входы которых соединены с выходом первого блока опорных сигналов, а выходы через усилители-ограничители - с останавливающими входами первого и второго таймеров, запускающие входы которых подключены к электрическому входу дозатора, а выходы - к соответствующим входам вычитающего устройства, выход которого соединен с первым входом третьего порогового устройства, второй вход которого подключен к выходу второго блока опорных сигналов, а выход - к первому входу регистратора, причем выход второго датчика концентрации индикаторного газа дополнительно подключен через интегратор к первому входу четвертого порогового устройства, второй вход которого соединен с выходом третьего блока опорных сигналов, а выход - со вторым входом регистратора. Это позволяет периодически проверять запорно-пропускные параметры ЗРА и ее герметичность. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к контрольно-диагностической технике по обнаружению утечек транспортируемого газа (ТГ).

Известна система аналогичного назначения, которая может быть применена для решения поставленной задачи, содержащая датчики параметров ТГ, перемещаемые вдоль магистрального газопровода (МГ) (Патент РФ №2062394, кл. F17D 5/02, 1996).

Недостатком известного аналога является необходимость перемещения датчиков вдоль МГ, что ограничивает быстродействие системы.

Известна система аналогичного назначения, содержащая несколько датчиков ТГ, подключенных к коррелятору (Авторское свидетельство СССР №1176139, кл. F17D 5/02, 1985).

Недостатком второго аналога является слабая связь используемой для диагностики корреляционной функции с состоянием запорно-регулирующей арматуры (ЗРА) в МГ.

Известна система, которая может быть использована для диагностики технического состояния МГ с ЗРА, содержащая два датчика параметров газа, подключенных выходами к блоку обработки информации (БОИ), и регистратор (Авторское свидетельство СССР №1216550, кл. F17D 5/02, 1986).

Данная система принята за прототип. В прототипе имеется множество датчиков, установленных с заданным шагом вдоль МГ и несущих информацию о техническом состоянии испытуемого технического объекта.

Недостатками прототипа являются необходимость опроса множества датчиков для выяснения технического состояния МГ и невысокая точность системы при наличии в МГ ЗРА, являющейся наиболее слабым звеном в рассматриваемом техническом объекте.

Техническим результатом, получаемым от использования изобретения, является устранение недостатков прототипа, т.е. повышение точности диагностики технического состояния МГ при наличии в последнем ЗРА.

Данный технический результат достигается за счет того, что известная система, содержащая два датчика параметров газа, подключенных выходами к БОИ, и регистратор, дополнительно содержит дозатор индикаторного газа (ИГ) с электрическим выходом и инжектором, расположенным внутри МГ перед ЗРА выше по потоку ТГ, при этом датчики параметров газа выполнены в виде датчиков концентрации ИГ, расположенных по разные стороны от ЗРА на известных расстояниях от инжектора, а БОИ включает в себя два усилителя, интегратотор, четыре пороговых устройства, три блока опорных сигналов, два усилителя-ограничителя, два таймера и вычитающее устройство, причем выходы первого и второго датчиков концентрации ИГ через соответствующие усилители подключены к первым входам первого и второго пороговых устройств, вторые входы которых соединены с выходом первого блока опорных сигналов, а выходы через усилители-ограничители - с останавливающими входами первого и второго таймеров, запускающие входы которых подключены к электрическому входу дозатора, а выходы - к соответствующим входам вычитающего устройства, выход которого соединен с первым входом третьего порогового устройства, второй вход которого подключен к выходу второго блока опорных сигналов, а выход - к первому входу регистратора, причем выход второго датчика концентрации ИГ дополнительно подключен через интегратор к первому входу четвертого порогового устройства, второй вход которого соединен с выходом третьего блока опорных сигналов, а выход - со вторым входом регистратора.

ЗРА снабжена электрическим датчиком величины пропускного зазора арматуры, при этом выход датчика подключен к третьему входу регистратора.

В качестве ИГ используются галоиды, а в качестве датчиков концентрации ИГ - преимущественно электроды, выполненные в виде нагреваемой металлической спирали, расположенной внутри электропроводной цилиндрической поверхности, соединенной с соответствующим усилителем.

В качестве галоидов используются, например, фреон или четыреххлористый углерод, а в качестве материала электродов датчиков концентрации - вольфрам, медь или платина.

Третий блок опорных сигналов выполнен с управляемым входом, соединенным с электрическим выходом дозатора.

Выход первого таймера подключен к четвертому входу регистратора.

Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 представлен общий вид системы; на фиг.2 - блок-схема ее электронной аппаратуры; на фиг.3 - временные диаграммы, поясняющие принцип работы системы.

Система содержит ЗРА1 (фиг.1), установленную в МГ2. ЗРА1 снабжена электрическим датчиком 3 величины пропускного зазора арматуры.

Имеется также дозатор ИГ, выполненный, например, в виде пневмоаккумулятора 4 и дозирующего крана 5. Дозатор ИГ пневматически соединен с инжектором ИГ, расположенным внутри МГ2, выше по потоку ТГ от ЗРА1.

На известных расстояниях от инжектора 6 по различные стороны от ЗРА 1 в МГ 2 расположены датчики 7 и 8 концентрации (ДК7 и ДК8) ИГ в потоке ТГ.

Выходы ДК7 и ДК8 подключены ко входам "а" и "б" БОИ 9. Электрический выход дозирующего крана 5 подсоединен ко входу "в" БОИ 9. Электрический выход датчика 3 величины пропускного зазора ЗРА1 подключен ко входу "г" БОИ 9.

БОИ 9 содержит следующие электронные устройства (фиг.2): усилители 10, 11, пороговые устройства 12, 13, 14, 15 (ПУ12, ПУ13, ПУ14, ПУ15), блоки 16, 17, 18 опорных сигналов (БОС 16, БОС 17, БОС 18), таймеры 19, 20, вычитающее устройство 21 (ВУ21), интегратор 22, усилители-ограничители 23, 24 и регистратор 25, выполненный, например, в виде микропроцессора.

Связи электронных блоков 10...25 показаны на фиг.2.

Выходы ДК 7 и ДК 8 подключены соответственно ко входам усилителей 10 и 11 (входы "а" и "б" БОИ 9). Выходы усилителей 10, 11 подсоединены к первым входам ПУ 12 и ПУ 13, вторые входы которых подключены к выходу БОС 16, а выходы - к останавливающим входам таймеров 20, 19 через усилители-ограничители 23, 24.

Запускающие входы таймеров 19, 20 соединены с электрическим выходом дозирующего крана 5 (у БОИ 9 - вход "в").

Выходы таймеров 19, 20 подключены к первому и второму входам ВУ 21, выход которого подключен к первому входу ПУ 15, второй вход которого соединен с выходом БОС 18.

Выход ПУ 15 подключен к первому входу регистратора 25.

Выход ДК 8 через интегратор 22 соединен с первым входом ПУ 14, второй вход которого подключен к выходу БОС 17, а выход - ко второму входу регистратора 25, третий вход которого соединен с выходом электрического датчика 3 величины пропускного зазора ЗРА 1 (вход "г"), а четвертый - с выходом таймера 20.

БОС 17 выполнен с управляемым входом, соединенным с электрическим выходом дозирующего крана 5.

В качестве ИГ могут использоваться галоиды (например, фреон или четыреххлористый углерод), а в качестве ДК 7, ДК 8 - электроды, выполненные, например, в виде нагреваемой металлической спирали (катод), расположенной внутри электропроводной цилиндрической поверхности (анод). Катод может быть выполнен из вольфрама, а анод - из меди.

Система может включать в себя несколько ДК, аналогичных ДК 7, ДК 8, расположенных по двум параллельным сечениям ТГ2 в наиболее характерных точках ТГ.

При этом БОИ 9 будет включать в себя также несколько дополнительных аналогичных цепочек блоков 10...24, подключенных к различным входам регистратора 25.

Система работает следующим образом.

По истечении срока регламентной работы ЗРА или при появлении нештатных ситуаций в ее работе производят следующие действия.

При фиксированном положении крана ЗРА 1 открывают дозирующий кран 5 и запускают в МГ 2 через дозатор порцию ИГ 26 (фиг.1). ИГ 26 сносится вниз по потоку ТГ, проходит ДК 7, ЗРА 1 и ДК 8. Одновременно при открывании дозирующего крана 5 на запускающие входы таймеров 19, 20 (вход "в") направляется командный сигнал, открывающий отсчет времени таймерами 19, 20.

Облачко ИГ 26 сносится вниз по потоку ТГ со скоростью V, проходит последовательно ДК7, ЗРА, ДК8. При этом на выходах ДК7 и ДК8 появляются сигналы, которые после усиления в усилителях 10, 11 поступают на первые входы ПУ12 и ПУ13. Эти сигналы условно изображены под позициями 27, 28 на фиг.3, вверху.

Одновременно на вторые входы ПУ12 и ПУ13 направляется постоянный пороговый сигнал 29 с БОС 16. Выходные сигналы с ПУ12 и ПУ13 представляют собой части сигналов 27, 28, возвышающиеся над пороговым сигналом 29. После усиления в усилителях-ограничителях 23, 24 эти сигналы направляются на останавливающие входы таймеров 19, 20.

На фиг.3 (внизу) представлены сигналы на останавливающих входах таймеров 20, 21 под позициями 30, 31.

Под позицией 32 условно представлен сигнал, характеризующий впрыскиваемый ИГ26 в районе инжектора 6, а под позицией 33 - сигнал, запускающий работу таймеров 19, 20 через входы "в".

Запуск и останов работы таймеров 19, 20 осуществляется, например, передними фронтами импульсов 33, 31, 30 соответственно. При этом таймерами 20, 19 измеряются соответственно времена t₁ и t₂.

Сигнал t₁, несущий информацию о скорости V потока ТГ в МГ2 перед ЗРА 1, направляется на регистратор 25 и на второй вход (вычитаемое) ВУ21. На первый вход ВУ21 направляют сигнал t₂ с выхода таймера 19. Разностный сигнал τ=t₂-t₁ с выхода ВУ21, несущий информацию о времени прохождения ИГ26 ЗРА 1 (промежутка МГ2 от ДК7 до ДК8), направляется на ПУ15, где сравнивается с номинальным значением τ_н, заложенным в БОС 18. Результаты сравнения регистрируются регистратором 25. При этом время τ характеризует запорно-пропускные параметры испытуемой ЗРА1.

Одновременно выходной сигнал 28 с ДК8 после усиления в нормирующем усилителе (входящем в состав интегратора 22, поэтому в чертеже не показан) интегрируется и сравнивается в ПУ14 с заданным пороговым значением сигнала, поступающего с БОС 17. Пороговое значение последнего задается автоматически, исходя из начальной концентрации ИГ26, вводимого в поток ТГ с помощью дозирующего крана 5. Результаты сравнения с выхода ПУ 14 поступают на регистратор 25.

Концентрация ИГ 26 в районе ДК8 несет информацию о герметичности ЗРА 1.

Описанные выше испытания ЗРА 1 проводятся для различных значений скорости V потока ТГ и для различных положений регулировочного винта ЗРА 1 (различной величины пропускного зазора ЗРА 1). При выходе каких-либо параметров ЗРА 1 за номинальные значения последняя подлежит замене.

Как показали эксперименты, наиболее подходящим индикаторным газом являются галоиды, например фреон или четыреххлористый углерод. При этом в качестве ДК удобно использовать катод из вольфрамовой спирали, расположенной в медном цилиндре, используемом в качестве анода.

При поступлении в межэлектродное пространство небольшого количества галоида величина тока мгновенно возрастает по сравнению с "фоновым током". Величина тока зависит от концентрации галоида. Это позволяет при исследованиях ЗРА использовать не только известный время-пролетный метод, но и концентрационные методы /П.П.Кремлевский "Расходомеры и счетчики количества". Л.: Машиностроение, Л.О., 1989, 520-555/.

1. Система для диагностики технического состояния магистрального газопровода с задорно-регулирующей арматурой, содержащая два датчика параметров газа, подключенных выходами к блоку обработки информации, и регистратор, отличающаяся тем, что дополнительно содержит дозатор индикаторного газа с электрическим выходом и инжектором, расположенным внутри магистрального газопровода перед запорно-регулирующей арматурой выше по потоку транспортируемого газа, при этом датчики параметров газа выполнены в виде датчиков концентрации индикаторного газа, расположенных по разные стороны от запорно-регулирующей арматуры на известных расстояниях от инжектора, а блок обработки информации включает в себя два усилителя, интегратор, четыре пороговых устройства, три блока опорных сигналов, два усилителя-ограничителя, два таймера и вычитающее устройство, причем выходы первого и второго датчиков концентрации индикаторного газа через соответствующие усилители подключены к первым входам первого и второго пороговых устройств, вторые входы которых соединены с выходом первого блока опорных сигналов, а выходы через усилители-ограничители - с останавливающими входами первого и второго таймеров, запускающие входы которых подключены к электрическому входу дозатора, а выходы - к соответствующим входам вычитающего устройства, выход которого соединен с первым входом третьего порогового устройства, второй вход которого подключен к выходу второго блока опорных сигналов, а выход - к первому входу регистратора, причем выход второго датчика концентрации индикаторного газа дополнительно подключен через интегратор к первому входу четвертого порогового устройства, второй вход которого соединен с выходом третьего блока опорных сигналов, а выход - со вторым входом регистратора.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что запорно-регулирующая арматура снабжена электрическим датчиком величины пропускного зазора арматуры, при этом выход датчика подключен к третьему входу регистратора.

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что в качестве индикаторного газа используются галоиды, а в качестве датчиков концентрации индикаторного газа - преимущественно электроды, выполненные в виде нагреваемой металлической спирали, расположенной внутри электропроводной цилиндрической поверхности, соединенной с соответствующим усилителем.

4. Система по п.3, отличающаяся тем, что в качестве галоидов используются фреон или четыреххлористый углерод, а в качестве материала электродов датчиков концентрации - вольфрам, или медь, или платина.

5. Система по п.1, отличающаяся тем, что третий блок опорных сигналов выполнен с управляемым входом, соединенным с электрическим выходом дозатора.

6. Система по п.1, отличающаяся тем, что выход первого таймера подключен к четвертому входу регистратора.