Способ определения момента и места повреждения трубопровода
Владельцы патента RU 2460009:
Уфимский государственный авиационный технический университет (RU)
Изобретение относится к области трубопроводного транспорта и предназначено для диагностики трубопроводов. Способ заключается в определении датчиками прихода волн возмущения, установленными на противоположных концах контролируемого участка трубопровода в двух его сечениях. Вторые датчики устанавливают до и после мест значительных изменений температуры. Техническим результатом является повышение точности определения момента и места повреждения трубопровода. 1 ил.
Известен акустический способ определения момента и места повреждения трубопровода [А.с. №191284, опубл. 14.01.1967 г.], состоящий в том, что на противоположных концах контролируемого участка трубопровода устанавливаются датчики, чувствительные к действию волн разряжения, возникающих в месте повреждения и распространяющихся по перекачиваемому продукту вдоль трубопровода, в котором момент возникновения повреждения определяют по времени срабатывания датчика, до которого волна разряжения дойдет быстрее, а место повреждения - по разности времени срабатывания датчиков. Недостатком данного способа является необходимость предварительного определения скорости распространения волны возмущения, причем не учитывается изменение ее величины по длине трубопровода из-за изменения температуры и других факторов.
Известен способ определения момента и места утечки газа из трубопровода [Пат. RU №2235247, опубл. 27.08.2004 г.], предусматривающий контроль скорости распространения волн давления в двух сечениях, термокомпенсацию за счет измерения температуры потока газа как на входе, так и на выходе линейного участка трубопровода и температуры грунта на глубине укладки трубопровода на его входе, а также регулирования температурного режима трубопровода.
Данный способ является высокозатратным, связанным с регулированием температурного режима трубопровода. Терморегулирование невозможно произвести в местах пересечения с оврагами и водными преградами, на участках открытой прокладки трубопровода. Известен также способ определения момента и места повреждения трубопровода [А.с. №647502, опубл. 15.02.1979 г.], взятый за прототип, в котором скорость распространения волн давления определяют в двух сечениях трубопровода.
Как известно, скорость распространения волн возмущения в среде зависит от температуры среды.
Трубопроводы, особенно магистральные, имеют большую протяженность и пересекают многочисленные овраги и водные преграды, которые иногда бывают достаточно протяженными и из-за которых происходит изменение температуры перекачиваемой среды. Имеются также участки открытой прокладки трубопроводов. В стесненных условиях населенных пунктов газопроводы, например, прокладываются в нормативной близости от теплотрасс, а также зачастую пересекают их.
Температура перекачиваемого продукта во всех этих местах отличается от температуры перед и за преградами (местами со значительными изменениями температуры), и это оказывает влияние на точность определения момента и места повреждения трубопровода.
Задача изобретения - повышение точности определения момента и места повреждения трубопровода.
Задача решается способом определения момента и места повреждения трубопровода, заключающимся в определении датчиками прихода волн возмущения, установленными на противоположных концах контролируемого участка трубопровода в двух его сечениях, отличающимся тем, что вторые датчики определения прихода волн возмущения устанавливают до и после мест значительных изменений температуры.
Причем расстояния установки второй пары датчиков от концов трубопровода до и после места значительного изменения температуры необязательно должны быть равны друг другу. Главное, чтобы была известна координата установки датчиков на трубопроводе.
При прохождении трубопровода через места значительного изменения температуры транспортируемый продукт меняет свою температуру T, в результате чего меняется и скорость V прохождения волн возмущения, которая, согласно курсу физики, равна
где γ=Cp/Cv - отношение теплоемкостей газа при постоянном давлении Cp и постоянном объеме Cv;
R - газовая постоянная;
M - молярная масса газа.
Известно также, что скорость прохождения звуковой волны V1 как в жидкости, так и в газе зависит от температуры среды
где V0 - скорость прохождения звуковой волны в среде при начальной температуре T, м/сек;
Δt - отклонение температуры среды от начальной T, град;
α - температурный коэффициент, м/сек·град.
Учитывая, что величина измеренной температуры перекачиваемого продукта зависит от координаты трубопровода, в нашем случае - места установки датчика, реагирующего на волны возмущения в трубопроводе, то и определяемая скорость прохождения волны возмущения также будет зависеть от координаты установки датчика. Датчики устанавливаются на концах контролируемого участка трубопровода. Кроме того, устанавливают датчики до и после мест значительных изменений температуры, что позволяет, зная координаты установки датчиков по трассе трубопровода и вводя соответствующие поправки, существенно повысить точность определения момента и места повреждения трубопровода. При порыве трубопровода возникает отрицательная ударная волна, которая распространяется в обе стороны от места порыва с неизвестной скоростью. Эти сигналы в виде резкого изменения давления улавливаются датчиками (например, четырьмя, как в прототипе) повреждения трубопровода.
По разности прихода и фиксирования сигналов на контролируемые пункты (КП) вычисляется скорость V прохождения сигнала по трубопроводу, которая, даже в идеальном случае (отсутствие рек, морей, океанов, открытой прокладки трубопроводов, параллельно проложенных теплотрасс), отличается по величине в начале и конце трубопровода хотя бы из-за изменения по трассе трубопровода температуры, давления перекачиваемого продукта:
F=l/t,
где l - фиксированное расстояние между датчиками на КП1-КП2, КП3-КП4, м;
t - разница времени прихода сигналов, сек.
Далее определяется средняя скорость прохождения сигнала на контролируемом отрезке трубопровода, которая вводится в выражение определения места повреждения трубопровода.
Lп=(L-V*t)/2,
где Lп - расстояние до места повреждения трубопровода длиной L, м;
t - разница времени прихода сигнала в конечные точки трубопровода, сек.
Т.е. при реализации вышеприведенного примера по прототипу возникает ошибка определения момента и места повреждения трубопровода. Предлагается датчики устанавливать не в т. КП2, а в т. КПпр1 и не в т. КП3, а в т. КПпр2.
Для пояснения реализации способа на фиг. изображены графики изменения скорости, например, в зимний период в трубопроводе, проложенного в условиях Крайнего Севера при пересечении непромерзающей до дна реки.
В связи с тем, что температура дна реки не будет ниже точки кристаллизации воды, то температура перекачиваемого продукта при пересечении реки будет повышаться. На фиг. с целью необходимости укрупнено показать изменение температуры в месте прохождения трубопровода через участок со значительным изменением температуры, в местах CD и EF, произведен разрыв линии изменения температуры и оси абсцисс (протяженности трубопровода).
Линия 1 - кривая изменения скорости прохождения сигнала по прототипу с учетом участка значительного изменения температуры, т.е. при нахождении скорости сигнала при фиксировании прихода сигнала в т.т. КП1, КП2, КП3, КП4. Эта линия, при удалении от места со значительным изменением температуры, будет все больше приближаться к линии изменения температуры по предлагаемому способу и, наконец, сольется с ней с учетом погрешности измерительных приборов.
Линия 2 - кривая изменения средней скорости прохождения сигнала участка КПпр1-КПпр2 при установке датчика не в точках КП2 и КП3, а в предлагаемых точках КПпр1 и КПпр2, соответственно. Установка КПпр1 необходима в том случае, когда в магистральных, промысловых трубопроводах, распределительных газопроводах населенных пунктов необходимо осуществлять перекачку продукта в обоих направлениях. В этом случае фиг. будет иметь зеркальное отображение.
Линия 3 отображает фактическое изменение скорости прохождения сигнала при пересечении трубопроводом участка трассы со значительным изменением температуры. Изменение скорости происходит с запаздыванием, зависящим от многих факторов. На окончании этого участка предлагается установить датчик прихода волн возмущения. Средняя скорость на участке КПпр2-КП4 в этом случае будет определена с учетом времени прихода сигнала о повреждении трубопровода в точки КПпр2 и КП4 и расстояния между ними.
Допустим, на трубопроводе АВ произошел порыв в т. П. Определяется средняя скорость участков КП1-КПпр1, КПпр1-КПпр2 и КПпр2-КП4, затем определяется средняя скорость контролируемого участка трубопровода, далее определяется место порыва (т. П). Средняя температура на участках КП3-КП4 (по прототипу) и КПпр2-КП4 отличаются друг от друга, что и является причиной возникновения ошибки в определении места повреждения трубопровода. Так как кривая изменения скорости прохождения сигнала довольно пологая, то незначительная ошибка в определении скорости прохождения сигнала приведет к значительной ошибке (П1-П) в определении места порыва. Ошибка будет тем больше, чем больше разница температур, перекачиваемого продукта, грунта, дна препятствия (реки) и т.п.
Способ определения момента и места повреждения трубопровода, заключающийся в определении датчиками прихода волн возмущения, установленными на противоположных концах контролируемого участка трубопровода в двух его сечениях, отличающийся тем, что вторые датчики определения прихода волн возмущения устанавливают до и после мест значительных изменений температуры.
