Способы, системы и компьютерные программные продукты для выполнения диагностики структуры
Использование: для диагностики объектов, находящихся под землей. Сущность: заключается в том, что применяют предварительно определенные условия отбора к результатам измерений, полученным из проверяемой структуры, причем применяемые предварительно определенные условия отбора работают для исключения данных измерений, находящихся ниже заданного порогового значения; идентифицируют базовый размер дефекта, связанный с проверяемой структурой, причем базовый размер дефекта указывает самый большой дефект, который может быть не обнаружен во время проверки; идентифицируют допустимые уровни, относящиеся к проверяемой структуре, причем допустимые уровни учитывают базовый размер дефекта и признаки проверяемой структуры; сравнивают результаты применения предварительно определенных условий отбора с идентифицированными допустимыми уровнями и определяют риск образования трещины в проверяемой структуре на основе сравнения. Технический результат: обеспечение возможности анализа состояния объекта за короткий промежуток времени с приемлемым уровнем достоверности результатов. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 3 ил.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Примерные варианты осуществления относятся, в общем, к управлению целостностью подземных структур и, более конкретно, к способам, системам и компьютерным программным продуктам для выполнения диагностики структуры.
Со временем подземные структуры (например, трубопроводы) неизбежно подвергаются повреждениям, таким как коррозионное растрескивание (SCC), которые могут быть вызваны факторами, включающими в себя деятельность, наносящую вред окружающей среде, нарушения связанности покрытия, производственные дефекты, движение или нестабильность грунта и повреждения, наносимые сторонними объектами. Например, цикличные нагрузки и коэффициенты напряжения, приписываемые этим нагрузкам, могут дополнительно усугубить появление в этих структурах трещин.
Владельцы и другие люди, ответственные за эти структуры, соблюдают планы управления целостностью (IMPs) для адресации к процедурам технического обслуживания и способам решения проблем. Эти процедуры могут включать в себя процессы и рекомендуемые инструменты для выполнения планового технического обслуживания, оценок и корректирующих действий для обеспечения непрерывной работы структур, а также для обеспечения экологической и общественной безопасности, связанной с этой работой. Существующие процедуры могут быть очень дорогими, инвазивными и трудоемкими. Например, в окружающей среде трубопровода определение SCC посредством физического контроля часто требует обширных земляных работ и неавтоматизированного исследования с помощью человеческого глаза. Дополнительно, многие существующие инструменты и процессы спроектированы для адресации к одному или более конкретному типу дефектов или его выявления или направлены на структуру конкретного типа и не приспособлены для обращения с множеством известных проблем, дефектов и типов структуры, которые эксплуатируются в настоящее время.
Существуют ситуации, проистекающие, например, из соблюдения нормативов или контроля факторов риска, в соответствии с которыми требуется подтверждение или отсутствие возможного повреждения этих структур, причем обнаружение и измерение размеров относят к второстепенным задачам в тех случаях, когда сначала подтверждают опасность повреждения. Применение дефектоскопии и измерения размеров с использованием различных инструментов, проверочных процедур и диагностических процессов может быть очень дорогим и непрактичным для систем, содержащих большое количество конкретных структур, в частности, когда отсутствует определенная история повреждения в структурной системе.
Следовательно, требуется обеспечение более эффективного и экономичного средства для реализации процессов диагностики структуры.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Примерные варианты осуществления относятся к способам, системам и компьютерным программным продуктам для выполнения диагностики структуры. Способы включают в себя применение предварительно определенных условий отбора для результатов измерений, которые были получены из проверяемой структуры, необходимых для исключения данных измерения, находящихся ниже заданного порогового значения. Способы дополнительно включают в себя идентификацию базового размера дефекта, связанного с проверяемой структурой. Базовый размер дефекта обозначает самый большой дефект, который может быть не обнаружен во время проверки. Способы также включают в себя идентификацию допустимых уровней, относящихся к проверяемой структуре, с учетом базового размера дефекта и признаков проверяемой структуры, сравнение результатов применения предварительно определенных условий отбора с идентифицированными допустимыми уровнями и определение риска образования трещин в проверяемой структуре на основе сравнения.
Системы для выполнения диагностики структуры включают в себя главную систему, связанную с устройством хранения. Устройство хранения вмещает результаты измерений, которые были получены из проверяемой структуры, предварительно определенные условия отбора и признаки проверяемой структуры. Система также включает в себя приложение для структурного анализа, выполняемое в главной системе. Приложение для структурного анализа применяет предварительно определенные условия отбора для результатов измерений, необходимые для исключения данных измерений, находящихся ниже заданного порогового значения. Приложение для структурного анализа также идентифицирует базовый размер дефекта, который связан с проверяемой структурой, обозначающий самый большой дефект, который может быть не обнаружен во время проверки. Приложение для структурного анализа дополнительно идентифицирует допустимые уровни, относящиеся к проверяемой структуре. Допустимые уровни учитывают базовый размер дефекта и признаки. Дополнительно, приложение для структурного анализа сравнивает результаты применения предварительно определенных условий отбора с идентифицированными допустимыми уровнями и определяет риск образования трещин в проверяемой структуре на основе сравнения.
Другие системы, способы и/или компьютерные программные продукты согласно примерным вариантам осуществления будут или станут очевидными для специалистов в данной области техники после рассмотрения следующих чертежей и подробного описания. Предполагается, что все такие дополнительные системы, способы и/или компьютерные программные продукты включены в это описание, попадают в объем настоящего изобретения и защищены сопроводительной формулой изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Далее следует ссылка на чертежи, причем подобные элементы обозначены одинаково на нескольких ФИГУРАХ:
ФИГ.1 является блок-схемой системы, на основе которой может быть реализована система для структурного анализа в примерных вариантах осуществления;
ФИГ.2 является блок-схемой таблиц базы данных, используемых системой для структурного анализа в примерных вариантах осуществления настоящего изобретения;
ФИГ.3 является блок-схемой, описывающей процесс диагностики структур на предмет повреждений в примерных вариантах осуществления.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Система для структурного анализа реализовывает процесс диагностики и анализа для управления подземными структурами. Текущие проверочные данные измерений, относящиеся к структуре и ее условиям, диагностируют вместе с предварительно определенными признаками подверженности воздействиям (т.е. условиями отбора) и затем анализируют для определения опасности или наличия повреждения. Система для структурного анализа обеспечивает экономичное решение для технического обслуживания подземных структур, которое может быть проведено за короткий промежуток времени и которое обеспечивает приемлемый уровень достоверности результатов. Например, если в результате реализации системы для структурного анализа нет сообщений о колониях, может быть сделан вывод о том, что уровень достоверности того, что структура свободна от трещин, равен, например, 71%-94%.
Система для структурного анализа может быть реализована для любой подземной структуры, которая подвергается напряжению и образованию трещин в колониях. Для иллюстрации, тем не менее, система для структурного анализа будет описана здесь в отношении трубопроводов.
Обращаясь далее к ФИГ.1, будет описана система, на основе которой может быть реализована система для структурного анализа в примерных вариантах осуществления. Система, изображенная на ФИГ.1, включает в себя одну или более пользовательскую систему 102, через которую пользователи, находящиеся в одном или более географическом расположении, могут контактировать с главной системой 104. Главная система 104 выполняет компьютерные команды для управления связанными со структурой данными, и пользовательские системы 102 объединены с главной системой 104 посредством сети 106. Каждая пользовательская система 102 может быть реализована с использованием компьютера общего назначения, выполняющего компьютерную программу для выполнения описываемых здесь процессов. Пользовательские системы 102 могут быть персональными компьютерами (например, портативными компьютерами, персональными цифровыми помощниками) или присоединенными к главному компьютеру терминалами. Если пользовательские системы 102 являются персональными компьютерами, описываемая здесь обработка может быть поделена между пользовательской системой 102 и главной системой 104 (например, обеспечением апплета для пользовательской системы 102).
Сетью 106 может быть сеть любого известного типа, включая в себя распределенную сеть (WAN), локальную сеть (LAN), глобальную сеть (например, Интернет), виртуальную частную сеть (VPN) и интрасеть, но не ограничиваясь ими. Сеть 106 может быть реализована с использованием беспроводной сети или реализации физической сети любого типа, известного в технике. Пользовательская система 102 может быть соединена с главной системой посредством нескольких сетей (например, интрасети и Интернет), так что не все пользовательские системы 102 соединены с главной системой 104 посредством одной сети. Одна или более пользовательская система 102 и главная система 104 могут быть соединены с сетью 106 беспроводным образом. В одном воплощении сетью является интрасеть, и одна или более пользовательская система 102 выполняет приложение пользовательского интерфейса (например, Web-браузера) для контакта с главной системой 104 посредством сети 106. В другом примерном воплощении пользовательская система 102 соединена непосредственно (т.е. не посредством сети 106) с главной системой 104, и главная система 104 соединена непосредственно с устройством 108 хранения или содержит устройство 108 хранения.
Устройство 108 хранения включает в себя данные, относящиеся к структурам и информации об управлении целостностью, и может быть реализовано с использованием различных устройств для хранения электронной информации. Следует понимать, что устройство 108 хранения может быть реализовано с использованием памяти, содержащейся в главной системе 104, или может быть отдельным физическим устройством. Устройство 108 хранения является устройством с логической адресацией, используемым в качестве источника сводных данных в распределенной среде, которая включает в себя сеть 106. Информацию, сохраненную в устройстве 108 хранения, можно извлечь и обработать посредством главной системы 104 и/или посредством пользовательской системы 102. Архив данных, содержащий информацию об истории структуры, информацию об условиях отбора для диагностики данных истории и отчеты, расположен в устройстве 108 хранения.
В примерных вариантах осуществления настоящего изобретения главная система 104 работает в качестве сервера базы данных и координирует доступ к данным приложения, включающим в себя данные, сохраненные в устройстве 108 хранения.
Главная система 104, изображенная на ФИГ.1, может быть реализована с использованием одного или более сервера, который работает под действием компьютерной программы, сохраненной на носителе данных, доступном серверу. Главная система 104 может работать в качестве сетевого сервера (например, WEB-сервера) для взаимодействия с пользовательской системой 102. Главная система 104 управляет отправкой информации пользовательской системе 102 и приемом информации с нее и может выполнять соответствующие задачи. Главная система 104 может также включать в себя защитную систему для предотвращения неавторизованного доступа к главной системе 104 и наложения любых ограничений на авторизованный доступ. Например, администратор может иметь доступ ко всей системе и может иметь право изменять участки системы. Защитная система может быть реализована с использованием традиционных аппаратных и/или программных средств, известных в технике.
Главная система 104 также может работать в качестве сервера приложений. Главная система 104 выполняет одну или более компьютерную программу (например, приложение 110 для структурного анализа) для реализации описываемых здесь диагностических функций. Обработка может быть поделена между пользовательской системой 102 и главной системой 104 обеспечением приложения (например, Java-приложения) для пользовательской системы 102. Альтернативно, пользовательская система 102 может включать в себя автономное программное приложение для выполнения участка описываемой здесь обработки или всей обработки. Как описывалось ранее, следует понимать, что могут быть использованы отдельные серверы для реализации функций сетевого сервера и функций сервера приложений. Альтернативно, сетевой сервер, защитная система и сервер приложений могут быть реализованы одним сервером, выполняющим компьютерные программы для выполнения требуемых функций.
ФИГ.2 является блок-схемой таблиц базы данных, содержащих относящиеся к структуре данные, которые используются примерными вариантами осуществления настоящего изобретения. Относящиеся к структуре данные, обеспеченные на ФИГ.2, представляют данные трубопровода. Тем не менее, поля данных, показанные на ФИГ.2, могут быть изменены для представления структуры любого типа, которая подвергается описанной выше диагностике. Таблицы сохранены в одной или более базе данных, которая расположена в устройстве 108 хранения. Таблица 202 является таблицей базы данных трубопровода, которая включает в себя запись признаков для каждого трубопровода, поддерживаемого в системе. Каждая запись может включать в себя множество информационных полей, относящихся к конкретному трубопроводу. Примеры полей, которые могут быть сохранены в базе данных трубопровода, включают в себя PIPELINE_TYPE 210 для идентификации конкретного типа трубопровода, PIPELINE_ID 212 для идентификации конкретного трубопровода, MANUFACTURER_ID 214 для идентификации организации, производящей трубопровод, а также различные размеры и характеристики/состав (например, диаметр, длину, материалы покрытия, ограничения рабочего давления и т.д.) (216) произведенного трубопровода.
Таблица 204 включает в себя запись для каждого типа трубопровода, поддерживаемого в системе. Условия отбора применяют к каждому трубопроводу для определения минимального порогового значения для выполнения анализа, который дополнительно описан далее. Условия отбора могут включать в себя такие элементы, как длина, перекрытие сигналов (минимальное и максимальное значения), абсолютная амплитуда, относительная амплитуда и отсчеты левого/правого датчиков. Поле 220 длин содержит значение длины аномалии типа "подобие трещины" или "поле трещин", обнаруженной ультразвуковым инструментом для обнаружения трещин. Относительная амплитуда (поле 224 REL_AMP) и абсолютная амплитуда (поле 222 ABSOLUTE_AMP) являются измерениями интенсивности сигнала и связаны с глубиной аномалии. Эти значения используют при характеризации аномалии, т.е. подобия трещины или поля трещин.
Таблица 206 включает в себя запись для каждой проверки, выполненной для трубы/трубопровода. При необходимости, история проверок может быть сохранена (например, несколько записей) для каждой трубы/трубопровода. Если требуется, в этой таблице может быть обеспечено множество измерений и информационных полей. Измерения, используемые процессами изобретения, включают в себя длину, перекрытие сигналов, абсолютную амплитуду, относительную амплитуду и отсчеты левого/правого датчиков. Кроме того, одно или более поле (например, PIPELINE_TYPE, PIPELINE_ID, INSPECTION_DT и т.д.) может быть использовано в качестве ключа для идентификации соответствующих таблиц базы данных. Многие поля, обеспеченные в таблице 206 проверок, могут частично совпадать с полями, обеспеченными в таблице 204 условий отбора, как показано на ФИГ.2.
Обращаясь далее к ФИГ.3, будет описана блок-схема, описывающая процесс для реализации диагностики структур в примерных вариантах осуществления. Проверочные процедуры реализуют в выбранных структурах (например, трубопроводах или участках трубы), используя, например, линейный ультразвуковой инструмент для проверки или другой подходящий инструмент. Данные измерений, полученные в результате этой проверки, сохраняют в базе данных истории устройства 108 хранения посредством, например, таблицы 206 измерений и затем обеспечивают для приложения 110 для структурного анализа на этапе 302.
Приложение 110 для структурного анализа затем выполняет диагностику данных проверки для заданной структуры, применяя условия отбора (из таблицы 204) на этапе 304. Этап 306 включает в себя применение предварительно определенных признаков подверженности воздействиям, т.е. минимального или максимального значений, относящихся к длине, перекрытию сигналов, абсолютной амплитуде, относительной амплитуде и отсчетам левого/правого датчиков, к данным проверки, чтобы отфильтровать результаты измерений, которые находятся ниже установленного порогового значения для анализа.
На этапе 306 идентифицируют базовый размер дефекта (длину и ширину), который обеспечивает заниженную вероятность выхода за пределы распределения исторических дефектов, полученных, например, из проверок линейного инструмента. Этот базовый размер дефекта представляет самый большой дефект, который может быть пропущен или иным образом не обнаружен приложением для диагностического анализа. Следует понимать, что базовый размер дефекта может меняться согласно выбранным пределам обнаружения и уровню достоверности, требуемому/желательному для конкретного приложения.
На этапе 308 к структурным признакам применяют оценку механики разрушения (например, API RP579 уровень 2) с учетом базового размера дефекта для определения того, какая комбинация размеров, сопротивления развитию трещины и рабочего давления может выдержать дефекты трещин, имеющие базовый размер дефекта. Оценкой механики повреждения может быть частный алгоритм/инструмент, или она может включать в себя способ, обеспеченный в патентной заявке №10/710702, озаглавленной «Способ для обнаружения течи до появления трещины в трубопроводе», зарегистрированной 29 июля 2004, которая включена в настоящую заявку во всей полноте посредством ссылки.
Результаты оценки обеспечивают вычисленную стойкость для структуры, которая допускает базовый дефект.
На этапе 310 результаты отбора (с этапа 304) сравнивают с данными стойкости, полученными в результате на этапе 308. Результаты отбора анализируют вместе с данными стойкости для определения вероятности образования трещины или SCC в структуре, например размер SCC аномалии типа подобия трещины или поля трещин в стенке трубы, которая может вызвать повреждение, может быть определен приложением для оценки механики разрушения. Задавая сведения о стойкости заданной структуры к предполагаемой или необнаруженной трещине, запрашивают и анализируют базу данных известных признаков, связанных с образованием трещины или SCC (например, значений, обеспеченных в базе 206 данных).
Длины и ширины аномалии для признаков подобия трещины, записанные в базе данных (например, базе 206 данных), могут быть проанализированы с использованием традиционного статистического анализа для определения вероятности трещин, оставшихся в заданной структуре, если данные для этой конкретной структуры подвергались анализу только по одному условию, которым является длина сигнала, показывающего дефект.
Если результаты анализа показывают высокий риск образования трещины или SCC на этапе 311, для структуры может быть назначена дополнительная проверка, тестирование или соответствующая процедура на этапе 312, и результаты анализа сохраняют на этапе 316. В противном случае, на этапе 314 устанавливают высокий (например, 71%-94%) уровень достоверности (например, поле 218 CONFID_LEVEL), показывающий невысокий риск присутствия в структуре трещины или SCC. Результаты анализа сохраняют в устройстве 108 хранения согласно ФИГ.1 на этапе 316. Если требуется, оттуда могут быть сгенерированы отчеты.
Как показано выше, процесс диагностики и анализа, обеспеченный системой для структурного анализа, обеспечивает экономичное решение для технического обслуживания подземных структур, которое может быть проведено за короткий промежуток времени и которое обеспечивает приемлемый уровень достоверности результатов. Текущие данные, относящиеся к структуре и ее условиям, диагностируют вместе с предварительно определенными признаками подверженности воздействиям и затем анализируют для определения опасности или наличия трещины или SCC.
Как описано выше, варианты осуществления изобретения могут быть воплощены в виде реализуемых на компьютере процессов и устройств для применения на практике этих процессов. Варианты осуществления изобретения могут также быть воплощены на материальных носителях, таких как флоппи-дискеты, CD-ROMs, жесткие диски или любые другие считываемые компьютером носители данных, причем, когда компьютерный программный код загружается в компьютер и выполняется компьютером, компьютер становится устройством для применения на практике изобретения. Вариант осуществления настоящего изобретения также может быть воплощен, например, в виде компьютерного программного кода, который или сохраняется на носителе данных, или загружается в компьютер и/или выполняется компьютером, или передается через некоторую передающую среду, такую как электрическая проводка или кабельная проводка, через оптоволоконный кабель или посредством электромагнитного излучения, причем, когда компьютерный программный код загружается в компьютер и выполняется компьютером, компьютер становится устройством для применения на практике изобретения. При реализации на микропроцессоре общего назначения сегменты компьютерного программного кода конфигурируют микропроцессор для создания конкретных логических схем. Технический эффект выполняемого кода состоит в обеспечении диагностики трубопроводов для получения возможности раннего обнаружения и управления коррозией под напряжением и трещинами.
Хотя изобретение было описано со ссылкой на примерные варианты осуществления, специалисты в данной области техники поймут, что могут быть сделаны различные изменения и замещения его элементов эквивалентами без отклонения от объема изобретения. Дополнительно, могут быть сделаны многие модификации, чтобы приспособить конкретную ситуацию или материал к идеям изобретения без отклонения от его сущности. Следовательно, предполагается, что изобретение не ограничено конкретным описанным здесь воплощением как лучшим режимом, предусматривающим выполнение данного изобретения, но что изобретение включает в себя все варианты осуществления, попадающие в объем приложенной формулы изобретения. Кроме того, использование терминов «первый», «второй» и т.д. не означает какой-либо порядок или степень приоритетности, но скорее термины «первый», «второй» и т.д. используют для отличия одного элемента от другого.
1. Способ выполнения диагностики структуры, содержащий этапы, на которых
применяют предварительно определенные условия отбора к результатам измерений, полученным из проверяемой структуры, причем применяемые предварительно определенные условия отбора работают для исключения данных измерений, находящихся ниже заданного порогового значения;
идентифицируют базовый размер дефекта, связанный с проверяемой структурой, причем базовый размер дефекта указывает самый большой дефект, который может быть не обнаружен во время проверки;
идентифицируют допустимые уровни, относящиеся к проверяемой структуре, причем допустимые уровни учитывают базовый размер дефекта и признаки проверяемой структуры; и
сравнивают результаты применения предварительно определенных условий отбора с идентифицированными допустимыми уровнями и определяют риск образования трещины в проверяемой структуре на основе сравнения.
2. Способ по п.1, в котором предварительно определенные условия отбора включают, по меньшей мере, одно из: длины, перекрытия сигналов, абсолютной амплитуды, относительной амплитуды, отсчета левого датчика и отсчета правого датчика.
3. Способ по п.1, в котором базовый размер дефекта идентифицируют по длине и ширине.
4. Способ по п.1, в котором базовый размер дефекта представляет самый большой дефект, который не может быть обнаружен ультразвуковым инструментом для проверки.
5. Способ по п.4, в котором базовый размер дефекта изменяется согласно выбранным пределам обнаружения и выбранному уровню достоверности.
6. Способ по п.1, в котором идентификацию допустимых уровней завершают выполнением оценки механики разрушения на признаках проверяемой структуры, включая определение комбинаций размеров, сопротивления развитию трещины и рабочих давлений, которые могут выдержать дефекты трещин, соответствующие базовому размеру дефектов.
7. Способ по п.1, в котором признаки проверяемой структуры включают, по меньшей мере, одно из: размера, состава и применяемого рабочего давления.
8. Способ по п.1, в котором проверяемой структурой является, по меньшей мере, одно из: газового трубопровода; жидкостного трубопровода; поточного трубопровода; трубы; канала.
9. Способ по п.1, в котором дефект, подвергаемый диагностике, включает колонии трещин, образованных в структуре.
10. Система для выполнения диагностики структуры, содержащая
главную систему, связанную вместе с устройством хранения, причем устройство хранения вмещает результаты измерений, полученные из проверяемой структуры, предварительно определенные условия отбора и признаки проверяемой структуры; и
приложение для структурного анализа, выполняемое в главной системе, причем приложение для структурного анализа выполняет
применение предварительно определенных условий отбора к результатам измерений, которые работают для исключения данных измерений, находящихся ниже заданного порогового значения;
идентификацию базового размера дефекта, связанного с проверяемой структурой, причем базовый размер дефекта представляет самый большой дефект, который может быть не обнаружен во время проверки;
идентификацию допустимых уровней, относящихся к проверяемой структуре, причем допустимые уровни учитывают базовый размер дефекта и признаки;
сравнение результатов применения предварительно определенных условий отбора с идентифицированными допустимыми уровнями и определение риска образования трещины в проверяемой структуре на основе сравнения.
11. Система по п.10, в которой предварительно определенные условия отбора включают, по меньшей мере, одно из: длины, перекрытия сигналов, абсолютной амплитуды, относительной амплитуды, отсчета левого датчика и отсчета правого датчика.
12. Система по п.10, в которой базовый размер дефекта идентифицируют по длине и ширине.
13. Система по п.10, в которой базовый размер дефекта представляет самый большой дефект, который не может быть обнаружен ультразвуковым инструментом для проверки.
14. Система по п.13, в которой базовый размер дефекта изменяется согласно выбранным пределам обнаружения и выбранному уровню достоверности.
15. Система по п.10, в которой идентификацию допустимых уровней завершают выполнением оценки механики разрушения проверяемой структуры, включая определение комбинаций размеров, сопротивления развитию трещины и рабочих давлений, которые могут выдержать дефекты трещин, соответствующие базовому размеру дефектов.
16. Система по п.10, в которой признаки проверяемой структуры включают, по меньшей мере, одно из: размера, состава и применяемого рабочего давления.
17. Система по п.10, в которой проверяемой структурой является, по меньшей мере, одно из: газового трубопровода; жидкостного трубопровода; поточного трубопровода; трубы; канала.
18. Система по п.10 в которой дефект, подвергаемый диагностике, включает колонии трещин, образованных в структуре.
