Способ локализации несанкционированной потери рабочей среды в трубопроводе на основе амплитудно-временного анализа и корреляции виброакустических сигналов
Владельцы патента RU 2754244:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный энергетический университет" (RU)
Изобретение относится к измерительной технике и может быть применено в устройстве обнаружения мест утечек рабочей среды нагруженных трубопроводов, находящихся в грунте. Особенностью данного способа локализации несанкционированной потери рабочей среды в трубопроводе на основе амплитудно-временного анализа и корреляции виброакустических сигналов является то, что дополнительно размещается третий чувствительный элемент. Три чувствительных элемента располагаются в виде равностороннего треугольника. Расстояние от чувствительных элементов до места течи вычисляется по функции кросс-корреляции и скорости звука в грунте. При этом данный способ позволит определить возникновение течи с высокой достоверностью и избирательностью при единственной сканирующей операции. Технический результат - высокая достоверность и избирательность локализации несанкционированной потери рабочей среды в трубопроводе на основе амплитудно-временного анализа и корреляции виброакустических сигналов. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к измерительной технике и может быть применено в устройстве обнаружения мест утечек рабочей среды нагруженных трубопроводов, находящихся в грунте.
Известен комплексный способ обнаружения неметаллических трубопроводов и повреждений на них по изобретению RU № 2328020, МПК G01V3/08, 20.04.2007, заключающийся в том, что в трубопроводе генерируют звуковые колебания, вызывающие механические колебания металлической арматуры трубы в магнитном поле Земли. Измеряют электрическую Е и магнитную Н составляющие возникающего электромагнитного излучения, температуру грунта и уровень шумов, издаваемых средой, транспортируемой по трубе.
Недостатком данного способа является сложность контроля, связанная с наличием множества контролируемых параметров, а также при залегании вблизи с контролируемым объектом металлических инженерных коммуникаций и различных трасс – кабели связи, силовые кабели, трубы тепло- водо- и газоснабжения.
Известен способ мониторинга и оценки технического состояния магистрального трубопровода и система для его реализации, патент РФ № 2451874, МПК F17D 5/00, 27.05.2012, и заключающийся в измерении физических параметров набором датчиков, расположенных внутри и с внешней стороны трубопровода по его длине, и обработке измеренных физических величин.
Недостатком данного способа является то, что длина участков трубопровода выбирается по неопределенным критериям, при этом локализация результатов мониторинга осуществляется с точностью до участка трубопровода, которая приближена до нескольких километров. Также трубопроводы по всей поверхности предлагается оснастить набором большого количества чувствительных элементов, количество которых задается из практических соображений. Это приводит к тому, что количество чувствительных элементов на каждом участке трубопровода будет различным и алгоритмы сбора информации будут значительно усложнены. Из-за того что чувствительные элементы закладываются на некотором расстоянии друг от друга, не исключена возможность «слепых зон» вдоль трубопровода, не охваченных системой мониторинга. Информация с чувствительных элементов опрашивается с определенным временным дискретом, вследствие чего не исключена возможность «слепых временных зон» в мониторинге трубопровода.
Наиболее близким к предлагаемому способу (его прототипом) является способ поиска утечек жидких сред, который реализуется корреляционным течеискателем Т-2001М, предназначенным для оперативного поиска утечек жидких сред из скрытых трубопроводов, работающих под давлением, с выдачей на дисплей прибора расстояния от датчиков до места утечки.
Недостаток прототипа – необходимость установки чувствительных элементов непосредственно на исследуемый трубопровод, что является затруднительным при нахождении трубопровода в грунте и при возможном затоплении трубопровода в зоне контроля.
Задачей предлагаемого изобретения является создание способа локализации несанкционированной потери рабочей среды в трубопроводе на основе амплитудно-временного анализа и корреляции виброакустических сигналов, в котором устранены недостатки аналогов и прототипа.
Техническим результатом является высокая достоверность и избирательность локализации несанкционированной потери рабочей среды в трубопроводе на основе амплитудно-временного анализа и корреляции виброакустических сигналов.
Результат достигается тем, что в способе локализации несанкционированной потери рабочей среды в трубопроводе на основе амплитудно-временного анализа и корреляции виброакустических сигналов, заключающемся в том, что над поверхностью грунта, в который заглублен трубопровод, располагают два чувствительных элемента и регистрируют амплитуды частот, характерных для испускания течи, согласно предлагаемому изобретению, дополнительно размещают третий чувствительный элемент, при этом три чувствительных элемента располагают в виде равностороннего треугольника, а расстояние от чувствительных элементов до места течи вычисляют по функции кросс-корреляции и скорости звука в грунте.
Избирательность и точность определения мест утечек рабочей среды обеспечивается наличием третьего чувствительного элемента, расположенного вдоль горизонтальной плоскости установленных двух основных чувствительных элементов, расстояния между которыми образуют равносторонний треугольник в данной плоскости. Примем каждый чувствительный элемент за точку. Уравнение плоскости в данном случае имеет вид: ax+by+cz+d=0, где a, b и c – числовые коэффициенты расположения чувствительных элементов, которые равны между собой, т.е. a=b=c, а d=0, так как плоскость, на которой расположены чувствительные элементы, проходит через начало координат.
Предлагаемый способ локализации несанкционированной потери рабочей среды в трубопроводе на основе амплитудно-временного анализа и корреляции виброакустических сигналов является избирательным, поэтому нет необходимости расположения большого количества чувствительных элементов вдоль всего трубопровода, а в условиях интенсивного шума наличие третьего чувствительного элемента повышает достоверность съема и анализа полезного сигнала.
Таким образом, применение третьего чувствительного элемента значительно уменьшает количество сканирующих операций при локализации несанкционированной потери рабочей среды в трубопроводе на основе амплитудно-временного анализа и корреляции виброакустических сигналов, при этом нет необходимости расположения чувствительных элементов в непосредственной близости к месту утечки.
Осуществление заявленного изобретения
На Фиг.1 и Фиг.2 изображен способ локализации несанкционированной потери в трубопроводе рабочей среды на основе амплитудно-временной корреляции виброакустических сигналов. Блок-схема комплексного способа – на Фиг.3.
Позициями на Фиг.1, Фиг.2, Фиг.3 обозначены:
1 – персональный компьютер (ПК);
2 – аналого-цифровой преобразователь (АЦП);
3 – блок питания (БП);
4 – усилители сигналов (У);
5 – чувствительные элементы (ЧЭ);
6 – заглубленный трубопровод;
7 – искомый дефект;
8 – грунт;
9 – щуп.
В качестве источника полезного сигнала фиксируются амплитуды колебаний на характерных частотах искомой течи 7. Центральная частота фильтра приемника при этом устанавливается в значении от 1024 Гц, по аналогии с корреляционным течеискателем Т-2001М, который был выбран в качестве прототипа. Изобретение, реализующее данный способ, состоит из системы регистрации: ПК 1, АЦП 2, трёх усилителей сигнала 4, трёх чувствительных элементов 5, которые устанавливаются над заглубленным нагруженным трубопроводом 6. В качестве чувствительных элементов могут быть использованы микрофоны или вибрационные датчики, которые возможно использовать для передачи сигнала радио- или кабельным способом. Расстояния l=l1=l2=l3 между чувствительными элементами равны и образуют равносторонний треугольник. Усилители 4, ПК 1 и АЦП 2 подключены к блоку питания 3.
Способ локализации несанкционированной потери рабочей среды в трубопроводе на основе амплитудно-временного анализа и корреляции виброакустических сигналов работает следующим образом.
Точность пространственного позиционирования области дефекта определяется сравнением времени прохождения полезного сигнала до каждого из чувствительных элементов и степенью ослабления амплитуды полезного сигнала за счет его прохождения через грунт до каждого из чувствительных элементов.
В нагруженном трубопроводе 6 возбуждаются колебания текучей средой, а искомый дефект 7 является источником полезного сигнала. Над зоной поиска располагаются три чувствительных элемента 5, которые подключены к усилителям 4. Три чувствительных элемента расположены на равных расстояниях друг от друга, образуя равносторонний треугольник. В качестве чувствительного элемента 5 возможно использовать как пьезоэлектрический датчик, так и микрофон. В случае применения в качестве чувствительных элементов пьезоэлектрических датчиков к ним необходимо подсоединить щупы 9. Расстояние от чувствительных элементов 5 до места течи, то есть искомого дефекта 7, вычисляется по функции кросс-корреляции и скорости звука в грунте 8. Измеряемый чувствительный элемент полезные сигналы искомого дефекта 7 преобразуются в АЦП 2 и регистрируются в ПК 1. Усилители 4, АЦП 2 и ПК 1 подключены к блоку питания 3.
Предлагаемый способ является простым в реализации. В связи с тем, что местоположение чувствительных элементов не изменяется во время измерения, количество сканирующих операций сводится к единице, что значительно уменьшает время контроля, а многократное измерение полезного сигнала при неизменных условиях повышает степень достоверности результатов. Отсутствие перемещений чувствительных элементов при измерении позволяет автоматизировать процесс поиска несанкционированной потери рабочей среды.
1. Способ локализации несанкционированной потери рабочей среды в трубопроводе на основе амплитудно-временного анализа и корреляции виброакустических сигналов, заключающийся в том, что над поверхностью грунта, в который заглублен трубопровод, располагают два чувствительных элемента и регистрируют амплитуды частот, характерных для испускания течи, отличающийся тем, что дополнительно размещают третий чувствительный элемент, при этом все три чувствительных элемента располагают в виде равностороннего треугольника, а расчет расстояния от чувствительных элементов до места течи производят путём определения функции кросс-корреляции и скорости звука в грунте.
2. Способ локализации несанкционированной потери рабочей среды в трубопроводе на основе амплитудно-временного анализа и корреляции виброакустических сигналов по п.1, отличающийся тем, что фиксируются амплитуды колебаний на характерных частотах искомой течи рабочей среды.
