Способ измерения гидролокатором параметров вытекающего газа из трубы подводного газопровода



Способ измерения гидролокатором параметров вытекающего газа из трубы подводного газопровода
Способ измерения гидролокатором параметров вытекающего газа из трубы подводного газопровода
Способ измерения гидролокатором параметров вытекающего газа из трубы подводного газопровода
Способ измерения гидролокатором параметров вытекающего газа из трубы подводного газопровода
Способ измерения гидролокатором параметров вытекающего газа из трубы подводного газопровода
Способ измерения гидролокатором параметров вытекающего газа из трубы подводного газопровода

 


Владельцы патента RU 2631228:

Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" (RU)

Изобретение относится к области гидролокации и предназначено для обнаружения газовой пелены, определения глубины местоположения начала утечек газа трубопроводов гидроакустическими средствами. Технический результат - обеспечение обнаружения и классификации источника утечки газа подводного газопровода, определения местоположения объекта утечки газа и определения объема вытекающего газа. Способ измерения гидролокатором объема вытекающего газа из трубы подводного газопровода содержит излучение зондирующего сигнала, прием эхо-сигнала, измерение дистанции, обнаруживается эхосигнал, превысивший порог в каждом канале, определяется момент времени начала и момент времени окончания эхо-сигнала в каждом пространственном канале, выбирается канал с максимальным временем задержки и соответствующее ему минимальное время задержки, вычисляется дистанции по окончанию эхо-сигнала, определяется дистанция начала донной реверберации, определяется глубина дна с помощью эхолота, определяется угловое положение источника газовой течи, определяется глубина погружения источника газовой течи и по полученным данным рассчитывается объем вытекающего газа из подводного газопровода. 2 ил.

 

Настоящее изобретение относится к области гидролокации и предназначено для измерения объема вытекающего газа из газопровода гидролокатором.

В настоящее время большое распространение получили газопроводы, которые прокладываются на больших расстояниях под водой. Они могут располагаться как по дну морей, так и в подводном положении в плавучем состоянии на некоторой глубине. В процессе эксплуатации возникают ситуации, которые могут нарушить уплотнение между трубами, что приведет к образованию отверстия, из которого будет происходить утечка газа. Обнаружить утечку газа можно по снижению давления в магистрали. Однако это не всегда возможно, поскольку давление в системе зависит от потребления, которое практически всегда является случайным и зависит от случайности включения и отключения источников потребления. Обнаружить утечку газа с поверхности воды затруднительно, поскольку на поверхности моря будут наблюдаться газовые пузыри, характер которых будет маскироваться волнующейся водной массой. Обнаружить утечку газа можно и с использованием многолучевых эхолотов, которые работают непосредственно по дну и по известному местоположению газового трубопровода. (А.В. Богородский, Д.Б. Островский «Гидроакустические навигационные и поисково-исследовательские средства», СПб., 2009 г. Изд. «ЛЭТИ», стр. 89-113), однако это требует точного знания положения трубопровода на дне, что связано с большими предварительными работами. Можно использовать гидролокаторы бокового обзора типа «Гидра» (Скнаря А.В., Трусилов В.Т., Седов М.В. Применение гидролокаторов бокового обзора для решения задач безопасности судоходства и экологического мониторинга. Специальная техника, №2, 2003 г.). Как правило, эти гидролокаторы являются буксируемыми и имеют дистанцию обнаружения порядка сотен метров, что также ограничивает возможности мониторинга состояния трубопроводов.

Наиболее близким аналогом, к предложенному техническому решению, является патент РФ №2527136 на «Способ измерения глубины погружения объекта гидролокатором», который определяет местоположение источника газовой течи. Способ содержит излучение зондирующего сигнала, прием эхо-сигнала статическим веером характеристик направленности, многоканальную обработку по всем каналам, в которых обнаружен эхо-сигнал, превысивший порог в каждом канале, определение момента времени начала эхо-сигнала Тмин и момент времени окончания эхо-сигнала , определение дистанции начала эхо-сигнала определение дистанции до окончания эхо-сигнала , и определение глубины местоположения начала эхо-сигнала по формуле , где Н - глубина местоположения начала газовой пелены, С - скорость распространения звука в районе работы.

Недостатком этого способа является невозможность определения объема вытекающего газа. Это связано с тем, что газовое облако, поднимаясь вверх, расширяется и образует в пространстве конус, верхняя граница которого определяется глубиной погружения источника газовой течи и скоростью истекания газа.

Задачей изобретения является получение полной информации о параметрах газовой течи.

Технический результат предлагаемого способа заключается в определении объема выходящего газа и определения параметров вертикально распределенной пелены пузырей.

Для обеспечения указанного технического результата в известный способ измерения глубины погружения объекта, содержащий излучение зондирующего сигнала, прием эхо-сигнала от газовой течи в трубопроводе многоканальной антенной со статическим веером характеристик направленности и измерение дистанции до газовой течи, обнаружении эхо-сигналов, превысивших порог в каждом канале, определение минимального момента времени начала эхо-сигнала от пелены пузырей Тмин и момента времени конечного положения эхо-сигнала , эхо-сигнала в каждом канале, выбор канала с максимальным временем задержки Тмакс, выбор канала с минимальным временем задержки Тмин, вычисление дистанции по началу эхо-сигнала от пелены пузырей , вычисление дистанции по окончанию эхо-сигнала от пелены пузырей , введены новые признаки, а именно определяют дистанцию до начала отражения от дна (донной реверберации) Древ в пространственном канале с максимальным временем задержки Тмакс, определяют глубину дна с помощью эхолота Ндна, определяют угловое положение источника газовой течи , определяют глубину погружения источника газовой течи как НистконcosQ°, определяют горизонтальное расстояния до источника газовой течи ДгорконsinQ°, определяют радиус каверны газовой течи на поверхности Rкавгормин, а объем вытекающего газа из источника определяем по формуле:

Поясним достижение указанного технического результата и существо предлагаемого технического решения.

При нарушении герметичности трубопровода происходит выход газа, который образует пелену пузырей. При работе гидролокатора можно будет получить эхо-сигнал от пелены пузырей, образующейся при движении пузырей с глубины на поверхность. Такой отражатель имеет хорошо развитую вертикальную структуру, поскольку пузыри поднимаются вертикально вверх и увеличиваются в объеме, что приводит к расширению газового облака у поверхности. Поскольку этот объект имеет большую протяженность в вертикальной и горизонтальной плоскости, то имеется возможность оценить объем вытекающего газа из газопровода с использованием гидролокатора на значительном расстоянии.

В монографии «Физические основы подводной акустики» под ред. Мясищева В.И., изд. Сов. радио, М., 1955 г., стр. 604, рассмотрены вопросы отражения акустической энергии от отдельных пузырей и от пелены пузырей. Размеры пузырей зависят от глубины их нахождения, поскольку давление в месте установки газопровода большое, то и диаметр пузыря будет маленьким, так как он будет сжат гидростатическим давлением и пространственная протяженность пелены пузырей будет мала. По мере всплытия диаметр пузыря будет увеличиваться, и размеры пузырькового облака также будут увеличиваться по пространству.

В нашем случае следует исходить из нескольких очевидных предпосылок: источник выхода газа находится на трубе, газ поднимается только вверх и объем его увеличивается вследствие расширения вплоть до поверхности, поэтому газовая пелена расположена вертикально, при подъеме пузырей их размер увеличивается. Для обнаружения и классификации пелены пузырей необходимо использовать обычный гидролокатор, содержащий приемную и излучающую антенну, коммутатор, генератор зондирующего сигнала и антенну со статическим веером характеристик направленности при приеме. Поскольку зондирующий сигнал распространяется в водной среде по сферическому закону, то при излучении зондирующего сигнала с надводного корабля в горизонтальном направлении акустическая энергия будет распространяться, расширяясь в выбранном направлении. На фиг. 1 представлена схема измерений, которая позволяет определить объем вытекающего газа. Первый эхо-сигнал придет от той части пелены пузырей, которая, расширяясь, уже достигла поверхности, и расстояние до пелены является минимальным , поскольку ширина пелены пузырей у поверхности максимальная. Последний эхо-сигнал придет от той части пелены пузырей, которая находится в начале выхода из трубопровода , что соответствует максимальному времени распространения. Поскольку глубина трубопровода может быть значительной, то и пелена пузырей, расширяясь вертикально вверх, будет создавать значительный объем, который принимает форму, близкую к конусу. Известно, что объем конуса определяется выражением V=3,14(R2h)/3, где R - радиус основания конуса, a h - высота конуса. Поскольку отношение 3,14\3=1,04, то при тех ошибках измерения, которые имеет гидролокатор, это отношение можно принять равное 1. Высота конуса определяется глубиной погружения трубы Н. Радиус конуса определяется радиусом газовой каверны на поверхности , где - горизонтальное положение источника газовой течи, которое необходимо определить. Зондирующий сигнал распространяется по сферическому закону и после отражения от пелены пузырей под углом Q°, исходящей из трубы при Можно воспользоваться положением пространственного канала, но в этом случае погрешность будет больше. После эхо-сигнала Дкон наблюдается увеличение уровня эхо-сигнала, что соответствует началу донной реверберации и может быть измерена дистанция до начала реверберации . Для определения угла Q° воспользуемся измерениями глубины до дна Ндна в месте расположения гидролокатора, которую можно определить с использованием стандартных гидролокаторов-эхолотов. Это известные устройства, которые используются на всех современных кораблях. (А.В. Богородский, Д.Б. Островский «Гидроакустические навигационные и поисково-исследовательские средства». СПб. 2009 г. Изд. «ЛЭТИ», стр. 192.)

Имея оценку Древ и Ндна, определяется sinQ°, под которым находится источник газовой течи После этого может быть определена глубина Нист положения источника газовой течи и горизонтальная дистанция положения газовой течи Глубина источника газовой течи будет равна И тогда горизонтальная дистанция положения источника газовой течи . Радиус конуса газовой каверны может быть определен как . После всех преобразований объем газовой каверны можно определить как

Сущность предлагаемого способа поясняется фиг. 1 и 2, при этом на фиг. 1 приведена схема, поясняющая расчет объема расхода газа из течи, на фиг. 2 представлена структурная схема устройства для определения глубины местоположения источника газовой пелены.

Устройство (фиг. 2) содержит гидролокатор 1, соединенный двусторонней связью с процессором 2, который содержит последовательно соединенные блок 3 выбора порога, блок 4 определения Дмин, Дкон, Древ, блок 5 определения угла Q°, глубины Нист, , блок 6 вычисления объема газа, вытекающего из течи, блок 7 отображения и управления. Блок 8 - эхолот для измерения глубины дна, который соединен со вторым входом процессора 2.

Гидролокатор является известным устройством и достаточно хорошо известный из литературы (А.С. Колчеданцев «Гидроакустические станции», Судостроение, Л., 1982 г., стр., 60-90).

Многолучевой эхолот является известным устройством, который используется в современном корабельном обеспечении (А.В. Богородский, Д.Б. Островский «Гидроакустические навигационные и поисково-исследовательские средства». СПб., 2009 г., Изд. «ЛЭТИ», стр. 89-113).

В настоящее время вся гидроакустическая аппаратура делается с использованием цифровых методов обработки и реализуется на спецпроцессорах или персональных компьютерах с соответствующим программным обеспечением, имеющимся в наличии или специально разработанным на основе стандартных методов программирования.

Цифровые процессоры являются известными устройствами, которые предназначены для осуществления конкретных алгоритмов обработки с использованием аппаратных решений и жесткой логикой вычислений. Их применение повышает быстродействие цифровых вычислительных систем в несколько раз, и в большинстве случаев сокращает аппаратные затраты. Описания спецпроцессоров приведены в книге Корякин Ю.А. Смирнов С.А. Яковлев Г.В. «Корабельная гидроакустическая техника» Санкт Петербург. Изд. Наука 2004 г. на стр. 281. Там же приведено описание гидроакустических комплексов и гидролокаторов, построенных на основе спецпроцессоров стр. 296., стр. 328.

Процесс определения газового облака происходит следующим образом. Гидролокатор 1 излучает зондирующий сигнал, принимает эхо-сигнал и передает его на спецпроцессор 2. Гидролокатор обеспечивает формирование зондирующего сигнала, излучение его антенной, формирование характеристик направленности в излучении и приеме, полосовую фильтрацию входного процесса, преобразование в цифровой вид и передачу в спецпроцессор 2.

В блоке 3 спецпроцессора 2 измеряется уровень входного шума и формируется порог, превышение которого в блоке 4 определяет наличие эхо-сигнала. В блоке 4 измеряется дистанция до момента начала эхо-сигнала от газового облака Дмин на поверхности, дистанция Докон эхо-сигнала до начала газового облака в точке формирования пелены и дистанция до момента отражения от дна Одновременно из блока 8 в спецпроцессор поступает оценка глубины Ндна от многолучевого эхолота. По измеренным Древ и Ндна определяется угол Q°, глубина Нист, в блоке 5. Полученные оценки поступают в блок 6, где производятся измерения объема газового облака, поступающего трубопровода, значение которого отображается в блоке 7 управления и отображения.

Таким образом, предложенный способ позволяет обнаружить пелену газовой течи и измерить глубину места образования газовой пелены гидроакустическими средствами на больших дистанциях с меньшей погрешностью, чем в прототипе, и одновременно определить объем газового облака, вытекающего из газопровода, поэтому можно считать заявленный технический результат достигнутым.

Способ измерения гидролокатором параметров вытекающего газа из трубы подводного газопровода, содержащий излучение зондирующего сигнала, прием эхо-сигнала от газовой течи в трубопроводе многоканальной антенной со статическим веером характеристик направленности и измерение дистанции до газовой течи, обнаружении эхо-сигналов, превысивших порог в каждом канале, определение минимального момента времени начала эхо-сигнала от пелены пузырей Тмин и момента времени конечного положения эхо-сигнала Тмакс, эхо-сигнала в каждом канале, выбор канала с максимальным временем задержки Тмакс, выбор канала с минимальным временем задержки Тмин, вычисление дистанции по началу эхо-сигнала от пелены пузырей , вычисление дистанции по окончанию эхо-сигнала от пелены пузырей , отличающийся тем, что определяют дистанцию до начала отражения от дна (донной реверберации) Древ, определяют глубину дна с помощью эхолота Ндна, определяют угловое положение источника газовой течи определяют глубину погружения источника газовой течи как НистконcosQ0, определяют горизонтальное расстояния до источника газовой течи ДгорконsinQ0, определяют радиус каверны газовой течи на поверхности Rкавгормин, а объем вытекающего газа из источника определяем по формуле:



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к гидроакустике и может быть использовано для обнаружения движущегося источника звука, измерения азимутального угла на источник и горизонта источника в мелком море в пассивном режиме с помощью акустических приемников, установленных на морском дне, координаты которых и угловое положение считаются известными.

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для построения систем автоматического обнаружения эхосигналов, принятых гидролокатором на фоне шумовой и реверберационной помехи и измерения параметров, объекта.

Настоящее изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для автоматического обнаружения и классификации реальных объектов гидролокационными системами освещения ближней обстановки на фоне реверберационной помехи.

Изобретение относится к области моноимпульсных гидролокационных систем, а именно к способам обнаружения и определения местоположения навигационных препятствий, определения места судна по искусственным и естественным подводным ориентирам как в надводном, так и в подводном положении судна.

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для построения систем автоматической и автоматизированной классификации морских объектов, применительно к гидролокационным станциям ближнего действия.

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для построения систем автоматической и автоматизированной классификации морских объектов, применительно к гидролокационным станциям ближнего действия.

Изобретение относится к области гидроакустических измерений и может быть использовано для формирования полного профиля вертикального распределения скорости звука (ВРСЗ) в воде от поверхности до дна.

Изобретение относится к способам решения задачи широкополосного приема узкополосных (по отношению к полосе частот приема) гидроакустических сигналов с априорно неизвестной центральной частотой спектра с помощью малогабаритного приемника с кардиоидной характеристикой направленности (ХН) в широком диапазоне рабочих углов на фоне мешающей помехи, сосредоточенной по углу.

Изобретение относится к области гидрографии, в частности к способам и техническим средствам определения поправок к глубинам, измеренным однолучевым эхолотом при съемке рельефа дна акватории.
Способ обнаружения объемных изменений в пределах наблюдаемого ограниченного пространства независимо от места возникновения этих изменений в пределах наблюдаемого ограниченного пространства относится к радиотехнике и может быть использован в устройствах охранной и противопожарной сигнализации.
Наверх