Способ диагностики герметичности магистрального трубопровода

Авторы патента:

F17D5/06 - с применением электрических или акустических средств

Владельцы патента RU 2565112:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тюменский государственный нефтегазовый университет" (ТюмГНГУ) (RU)

Изобретение относится к трубопроводному транспорту и может быть использовано для обнаружения негерметичности стенки трубы линейного участка магистрального трубопровода. В качестве передающего канала информации используют как металл стенки трубы, так и среду, заполняющую трубу. Регистрируют вибрации металла трубы, а также импульс избыточного давления, возникающий при появлении негерметичности стенки трубы, и следующее за ними возникновение в составе спектра акустических шумов дополнительной высокочастотной компоненты. По разности времени прихода упругих акустических волн, распространяющихся по металлу трубы и по среде к датчикам давления и вибрации, получают сведения о местонахождении негерметичности. По амплитудному уровню высокочастотной компоненты получают сведения о ее размерах и степени опасности. Техническим результатом изобретения является повышение надежности работы линейной части магистрального трубопровода за счет оперативного и достоверного обнаружения его негерметичности. 2 ил.

Известен способ обнаружения утечек газа (нефтепродукта) из трубопровода, основанный на регистрации акустических колебаний, вызванных появлением негерметичности («свища») его стенки [Ионин Д.А., Яковлев Е.И. Современные методы диагностики магистральных трубопроводов. - Л.: Недра, 1987, с.70; а.с. 1590824 СССР, МКИ F17D 5/06. Опубл. 07.09.90. Пат. 1715212 РФ, МКИ F17D 5/00. Опубл. 23.02.92; а.с. 1651016 СССР, МКИ F17D 5/06. Опубл. 23.05.91]. В числе причин, которые приводят к появлению «свища», назовем коррозию, низкое качество сварных соединений, наличие трещин и каверн материала стенки магистрального трубопровода и т.д.

Наиболее близким по существенным признакам к заявленному решению является способ определения местоположения негерметичности, основанный на использовании, в качестве передающего канала информации, среды, заполняющей трубопровод, и осуществляемый путем регистрации импульса давления и следующего за ним спектра акустических шумов среды, в области его высокочастотных компонент, который позволяет определить расстояние до возникшей негерметичности и ее геометрические размеры [Пат. 2457392 РФ, МПК F17D 5/00, опубл. 27.07.2012].

Однако данный способ определения негерметичности обладает недостатком, не позволяющим в полной мере достичь требуемого технического результата. Суть недостатка данного способа заключается в том, что скорость получения информации о появлении негерметичности напрямую зависит от скорости распространения звука в газообразных и жидких средах, высокие коэффициенты затухания упругих акустических колебаний в которых не позволяют достичь заявленной точности и объективности диагностики.

Задачей, на решение которой направленно изобретение, является оперативная ликвидация возможных аварийных и, как следствие, экологических ситуаций, возникающих при эксплуатации трубопроводного транспорта.

При осуществлении изобретения поставленная задача решается за счет достижения технического результата, который заключается в повышении надежности работы линейной части магистрального трубопровода за счет оперативного и достоверного обнаружения его негерметичности, способной привести к серьезной аварии.

Поставленный технический результат достигается следующим образом. В способе определения негерметичности стенки трубы на участке магистрального трубопровода проводится одновременная регистрация не только спектра акустических шумов и избыточного давления среды (газ, пар, жидкость), которая его заполняет, датчиками давления, к примеру тензометрическими датчиками, но и осуществляется регистрация упругих акустических волн, распространяющихся по металлу трубы, датчиками вибрации, к примеру пьезоэлектрическими виброметрами. При этом в первую очередь регистрируется возникновение последовательности упругих акустических волн, распространяющихся в металле трубы и в среде, заполняющей трубопровод, с соответствующими скоростями звука, что свидетельствует о факте возникновения негерметичности, а затем амплитудный уровень дополнительной высокочастотной компоненты спектра акустических шумов, возникающей следом. По разности времени прихода упругих акустических волн, распространяющихся по металлу трубы и по среде к датчикам вибрации и давления, расположенным в начале и в конце линейного участка вблизи двух соседних перекачивающих станций непосредственно на трубе, дают сведения о местонахождении возникшей негерметичности стенки трубы, а по амплитудному уровеню высокочастотной компоненты - сведения о ее геометрических размерах и, соответственно, о степени ее опасности. При этом разность времени регистрации информации о возникшей негерметичности, полученной по металлу трубы и среде, которая ее заполняет, определяется по соотношению скоростей звука в металле трубы (сталь) и среде (газ, жидкость и т.д.).

Между техническим результатом и существенными признаками изобретения существует следующая причинно-следственная связь.

Именно совместная регистрация вибраций металла трубы (распространения упругих акустических волн), изменения избыточного давления, оказываемого средой на стенки трубопровода (импульс давления), а также спектра акустических шумов, вызванных движением среды по магистральному трубопроводу, позволяет достичь требуемого технического результата. Известно, что в герметичном трубопроводе имеет место стационарный режим движения среды, который характеризуется устойчивым уровнем вибрации трубы и соответствующим составом спектра частот акустических шумов. Факторами, влияющими на характер вибраций и амплитудно-частотную характеристику такого стационарного режима, выступают изменение технологического режима движения среды, ее состава и свойств, а также непосредственно появление утечки на данном участке магистрального трубопровода. При появлении негерметичности стенки возникает упругая акустическая волна и импульс избыточного давления, которые со скоростью звука (в металле, газе, жидкости) распространяются в обе стороны от места возникновения негерметичности по металлу трубы и по среде, заполняющей трубопровод, что нарушает существующий стационарный режим. Далее, вследствие возникновения и развития переходного процесса, устанавливается новый стационарный режим. При этом в новом составе спектра акустических шумов появляется высокочастотная компонента, отсутствовавшая до момента возникновения негерметичности. Таким образом, факт регистрации скачка амплитуды вибрации металла стенки трубы («толчок») и регистрации импульса давления, а также последовавшее за ними изменение спектра акустических шумов в области высокочастотной компоненты, свидетельствует о высокой степени оперативности и достоверности регистрации факта возникновения негерметичности («свища»).

Способ поясняется чертежом, где на фиг.1 представлена схема расположения датчиков на линейном участке магистрального трубопровода. Цифрами на фиг.1 обозначено: 1 - линейный участок магистрального трубопровода; 2, 3 - концы линейного участка магистрального трубопровода между соседними перекачивающими станциями; 4 - направление движения среды, заполняющей трубопровод; 5 - датчики давления; 6 - датчики вибрации (виброметры). На фиг.2 представлена схема распространения регистрируемых упругих акустических волн на линейном участке трубы по обе стороны от возникшей негерметичности, цифрами и буквами обозначено: 2, 3 - концы линейного участка магистрального трубопровода между соседними перекачивающими станциями; N - возникшая негерметичность («свищ»); L - длина линейного участка трубопровода; S₂, S₃ - расстояние от негерметичности до концов линейного участка трубопровода; V_с - скорость и направления распространения упругой акустической волны в среде (импульса давления), заполняющей трубопровод; V_м - скорость и направления распространения упругой акустической волны в металле трубы.

Способ осуществляется следующим образом.

На линейном участке магистрального трубопровода 1, по которому между двумя концами линейного участка магистрального трубопровода между соседними перекачивающими станциями 2, 3 осуществляется направленное движение перекачиваемой среды 4, производится одновременная регистрация вибраций металла трубы, акустических шумов и давления в трубе с помощью датчиков 5, 6, расположенных по краям линейного участка магистрального трубопровода на поверхности трубы и в контакте со средой соответственно. В качестве датчиков, регистрирующих распространение упругих звуковых волн в металле, могут быть использованы пьезоэлектрические виброметры. В качестве датчиков спектра акустических шумов и избыточного давления среды могут быть использованы тензометрические преобразователи давления (датчики давления).

В момент возникновения «свища» N, в трубопроводе 1, в обе стороны от негерметичности со скоростью V_c распространяется упругая звуковая волна в среде (импульс давления), а со скоростью V_м - упругая звуковая волна в металле (вибрация). Скорость распространения звуковых волн в металле на порядок выше, чем в газе и жидкости. Исходя из этого первым сигналом о возникновении «возмущения» (нештатной ситуации на данном участке трубопровода) будет являться регистрация виброметрами «толчка» (резкого скачка амплитуды вибраций металла трубы). Вследствие разницы в расстоянии от негерметичности до краев линейного участка трубопровода, появится первая известная величина - разность времени появления сигнала на противоположных концах участка, что позволит оценить местоположение «возмущения». Причинами возникновения «возмущения» могут быть как появление негерметичности, так и, не обязательно сопровождающиеся разрывом, сейсмическая активность, проседание почвы, изменение технологического режима, приближение наземного транспорта, и т.д. О появлении негерметичности будет свидетельствовать, по существу, только следующая за «толчком» регистрация импульса давления, который, как «спусковой крючок», запускает процесс возникновения дополнительной высокочастотной компоненты в составе акустического спектра шумов на данном участке. По совокупности этих трех факторов можно с высокой степенью оперативности и достоверности говорить о нарушении герметичности стенки магистрального трубопровода. При этом о факте возникновения негерметичности будет свидетельствовать последовательность следующих друг за другом процессов - однократного скачка амплитуды вибраций металла трубы, затем однократного возникновение импульса давления в среде, заполняющей трубопровод, с последующим появлением дополнительной высокочастотной компоненты в спектре акустических шумов. В остальных случаях следует говорить лишь о нештатной ситуации на данном участке магистрального трубопровода.

Способ определения негерметичности стенки трубы на участке магистрального трубопровода, заключающийся в том, что проводят одновременную регистрацию спектра акустических шумов и избыточного давления среды, которая его заполняет, датчиками давления, осуществляют регистрацию упругих акустических волн, распространяющихся по металлу трубы, датчиками вибрации, при этом в первую очередь регистрируют возникновение последовательности упругих акустических волн, распространяющихся в металле трубы и в среде, заполняющей трубопровод, с соответствующими скоростями звука, что свидетельствует о факте возникновения негерметичности, а затем амплитудный уровень дополнительной высокочастотной компоненты спектра акустических шумов, возникающей следом, по разности времени прихода упругих акустических волн, распространяющихся по металлу трубы и по среде к датчикам давления и вибрации, расположенным в начале и в конце линейного участка вблизи двух соседних перекачивающих станций непосредственно на трубе, дают сведения о местонахождении возникшей негерметичности стенки трубы, а по амплитудному уровню высокочастотной компоненты - сведения о ее геометрических размерах и степени ее опасности.

Изобретение относится к неразрушающему контролю магистральных трубопроводов. В диагностируемый магистральный нефтепровод помещают внутритрубный снаряд-одометр, снабженный источником изотропного акустического излучения, линейкой приемников гидрофонов и бортовым микрокомпьютером.

Способ мониторинга внутренних коррозийных изменений магистрального трубопровода и устройство для его осуществления // 2514822

Изобретение относится к области диагностики линейной части трубопроводных систем и может быть использовано для диагностики технического состояния внутренней стенки магистральных трубопроводов.

Способ определения расстояния до места течи подземного трубопровода и устройство для его реализации // 2503937

Изобретение относится к области испытательно-измерительной техники и направлено на упрощение определения расстояния до места течи подземного трубопровода, что обеспечивается за счет того, что с помощью акустического датчика измеряют амплитуду звука течи в двух точках подземного трубопровода.

Способ обнаружения слабоинтенсивных утечек из подводных нефтепроводов мобильным подводным измерительным комплексом // 2499951

Изобретение относится к области транспортировки нефти и касается вопросов контроля состояния подводных нефтепроводов, а более конкретно к обнаружению утечек при их разгерметизации.

Устройство и блок датчиков для контроля трубопровода с использованием ультразвуковых волн двух разных типов // 2485388

Способ определения мест порывов трубопроводов с помощью акустико-корреляционной диагностики // 2484362

Изобретение относится к технике контроля трубопроводных систем и может быть использовано для обнаружения мест порывов в трубопроводах. .

Устройство для обнаружения течи в подземной теплотрассе // 2482382

Изобретение относится к устройствам обнаружения течи в подземных трубопроводах тепловых сетей. .

Способ получения и предварительной обработки сигнала шума порыва трубопровода для проведения акустико-корреляционной диагностики // 2481525

Изобретение относится к технике контроля трубопроводных систем и может быть использовано для обнаружения мест порывов в трубопроводе. .

Способ дистанционного контроля и диагностики напряженно-деформированного состояния конструкции трубопроводов // 2474754

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности и может быть использовано для дистанционного контроля газо- и нефтепроводов, проходящих по оползневым участкам трассы.

Система контроля герметичности газонаполненных электрических устройств с токонесущими частями // 2464487

Изобретение относится к области электротехнического оборудования и используется в электрических аппаратах, трансформаторах и других устройствах высокого напряжения.

Способ определения места протечки теплотрассы // 2566112

Изобретение относится к области эксплуатации трубопроводов, в частности теплотрасс, и может быть использовано для обнаружения мест протечек теплотрасс. Технический результат - повышение точности контроля состояние изоляции трубопровода. Способ определения места протечки теплотрассы включает размещение на контролируемом участке теплотрассы в покрывающей трубопровод теплоизоляции с диэлектрическими свойствами по меньшей мере одной линии токопроводящего сигнального проводника. На концах проводника устанавливают устройства контроля электрического сопротивления. По меньшей мере на одной линии токопроводящего сигнального проводника последовательно через заданные расстояния устанавливают резисторы, имеющие равные значения электрического сопротивления, превышающие значение сопротивления теплоизоляции при намокании. Расстояние до места протечки от устройства для контроля электрического сопротивления определяют путем деления измеренного общего электрического сопротивления токопроводящего сигнального проводника на величину электрического сопротивления одного резистора и умножения полученного результата на расстояние между резисторами. 2 ил.

Способ комплексного наземного бесконтактного технического диагностирования подземного трубопровода // 2614414

Изобретение относится к области обеспечения промышленной безопасности опасных производственных объектов. Способ заключается в том, что вначале определяют точное местоположение оси трубопровода с помощью трассопоискового комплекса, затем определяют местоположение нарушений изоляционного покрытия трубопровода, размещая попарно четыре медносульфатных электрода сравнения на грунте. Приближаясь к дефекту изоляционного покрытия, наблюдают на измерительном приборе за пульсирующими значениями градиента напряжения постоянного тока и потенциалов «труба-земля», синхронными с тактом прерывателя постоянного тока, по которым определяют местоположение эпицентра дефекта изоляционного покрытия, в котором продольный градиент напряжения равен нулю, а поперечный градиент напряжения принимает максимальное значение, после этого проводят измерения сопротивления грунта вдоль подземного трубопровода, исследование подземного трубопровода методом магнитной томографии и в завершение по данным наземного обследования в наиболее опасных зонах проводят контрольное шурфование и по полученным результатам определяют комплексный показатель технического состояния трубопровода p, на основе которого принимается решение об условиях дальнейшей эксплуатации трубопровода. Технический результат - повышение точности определения местонахождения и размеров повреждения изоляционного покрытия, оценки состояния металла трубы подземного трубопровода. 2 ил.

Способ внутритрубной дефектоскопии стенок трубопроводов // 2622355

Изобретение относится к внутритрубной диагностике трубопроводов. Способ заключается в измерении частотной характеристики электрического импеданса приповерхностного слоя стенки трубы. Электроды аксиально перемещают внутри трубопровода как непрерывно, так и дискретно с интервалом, равным межэлектродному расстоянию. Зоны дефекта выявляют путем определения отклонений частотной характеристики электрического импеданса от заданных значений с привязкой к текущим координатам участка. По сформированной в системе управления команде электроды возвращают к координатам участка трубопровода с выявленным дефектом и проводят повторную дефектоскопию с последующей обработкой результатов измерений. Дефекты в стенке трубы выявляют отклонением частотной характеристики электрического импеданса приповерхностного слоя стенки трубы от заданных значений, измеренных зондирующим сигналом в диапазоне частот, задаваемом в зависимости от глубин зондирования стенки и межэлектродного расстояния. Электрический импеданс измеряют бесконтактной емкостной связью электродов, расположенных кольцевыми рядами, с внутренней поверхностью трубопровода. Технический результат - повышение точности и достоверности дефектоскопии. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ контроля герметичности и определения координаты места течи в продуктопроводе и устройство для его осуществления // 2628672

Группа изобретений относится к области контроля герметичности и может быть использована для контроля герметичности газовых или жидкостных трубопроводов с определением координаты места течи. Сущность: принимают акустические сигналы в первом и во втором трубопроводах (13, 14), расположенных параллельно друг другу, при помощи четырех акустических датчиков (1-4). Причем акустические датчики (1-4) попарно располагают на каждом трубопроводе на заданном расстоянии (h1) по их длине. Выполняют корреляционную обработку акустических сигналов с акустических датчиков (1-4). Определяют расстояния до пиков корреляционной функции. На основе разности пиков корреляционной функции первого трубопровода (13), содержащего утечку (12), и второго трубопровода (14), не содержащего утечку, определяют координаты места течи в трубопроводе. Устройство для реализации способа содержит четыре акустических датчика (1-4), а также расположенные в корпусе (10) первый, второй, третий и четвертый приемные тракты, блок обработки, сумматор. Каждый приемный тракт содержит последовательно соединенные усилитель, фильтр, аналого-цифровой преобразователь. Приемные тракты соединены с акустическими датчиками (1-4) и блоком обработки. Блок обработки соединен с сумматором. Технический результат: повышение точности определения места течи в трубопроводе. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

Устройство для установки электрода сравнения длительного действия с датчиком потенциала // 2633301

Изобретение относится к области защиты подземных металлических сооружений, например трубопроводов, от коррозии, а именно к устройству элементов станции катодной защиты. Устройство для установки электрода сравнения длительного действия с датчиком потенциала содержит вертикально ориентированную полую трубу со скошенным нижним краем, крышку, расположенную на верхнем конце трубы, и прикрепленный к крышке и размещенный внутри трубы держатель, выполненный с возможностью размещения на его конце электрода сравнения с датчиком потенциала. Держатель может быть выполнен в виде шнура, или стержня, или штанги из полимерных материалов, устойчивых к воздействию разрушающих факторов. Труба выполнена из полимерных диэлектрических материалов, устойчивых к воздействию разрушающих факторов. Крышка может быть закреплена на верхнем конце трубы подвижным соединением. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Система и способ для инспектирования подводных трубопроводов // 2635751

Группа изобретений включает систему и способ для инспектирования подводного трубопровода. Способ содержит шаги: обнаружение дефектов вдоль подводного трубопровода с использованием погружаемого под воду модуля, использующего способ магнитной томографии, (модуль МТМ), в непосредственной близости от подводного трубопровода; и определение положения погружаемого под воду модуля МТМ и тем самым определение местоположения дефекта. Способ дополнительно содержит определение положения погружаемого под воду модуля МТМ относительно надводного судна; и определение абсолютного положения надводного судна. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 7 ил., 3 табл.

Способ мониторинга трубопровода (варианты) // 2635957

Изобретение относится к диагностике технического состояния трубопроводов и может быть использовано для аварийного предупреждения и мониторинга технического состояния трубопроводов. Техническая задача - создание способа мониторинга обетонированной трубы повышенной надежности, при котором определено место и последовательность во времени установки датчиков системы мониторинга. Контролируемые параметры измеряют с помощью установленных на трубопровод элементов системы мониторинга, передают сигналы от элементов системы мониторинга на контрольные пункты и сервер системы мониторинга, где осуществляют их хранение, вычисление текущего состояния и прогноз. Элементы системы мониторинга устанавливают непрерывно вдоль трубы или локально, или на антикоррозионное покрытие, или в места с удаленной частью антикоррозионного покрытия - на стальную трубу. Затем антикоррозионное покрытие в этих местах ремонтируют, после чего производят контроль качества отремонтированного покрытия. Поверх собранной конструкции устанавливают защитную оболочку, которую центрируют относительно трубы, устанавливают заливочные торцевые заглушки и внутрь межтрубного пространства собранной конструкции закачивают бетонную смесь. Второй вариант предусматривает способ установки на трубопровод магнитных маркеров для определения координат дефектов металла трубы. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ обнаружения утечек технологических жидкостей // 2636254

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для текущего контроля герметичности технологического оборудования с диэлектрическими или агрессивными жидкостями.Техническим результатом изобретения является обеспечение возможности обнаружения утечек диэлектрических жидкостей, а также повышение оперативности обнаружения утечек, который достигается за счет того, что способ обнаружения утечек технологических жидкостей, характеризующийся тем, что при утечке технологическую жидкость собирают в накопительном лотке, затем срабатывает сигнальное реле, отличается тем, что первоначально задают значение порога срабатывания сигнального реле, устанавливают накопительный лоток под технологическим оборудованием в месте возможного образования утечек, после чего непрерывно измеряют массу накопительного лотка и передают электрический сигнал, эквивалентный массе лотка, в сигнальное реле, при протечке технологическая жидкость накапливается в лотке, при этом увеличиваются масса лотка и значение электрического сигнала до заданного в сигнальном реле порога, после превышения которого срабатывает сигнальное реле, которое включает элементы световой и звуковой сигнализации. 2 ил.

Способ обнаружения утечек технологических жидкостей // 2636278

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для текущего контроля герметичности технологического оборудования с диэлектрическими или агрессивными жидкостями. Техническим результатом изобретения является обеспечение возможности обнаружения утечек диэлектрических жидкостей, предотвращение разлива протекшей жидкости, а также повышение оперативности обнаружения утечек, который достигается за счет того, что способ обнаружения утечек технологических жидкостей, характеризующийся тем, что при утечке технологическую жидкость собирают в накопительном лотке, затем срабатывает сигнальное реле, отличается тем, что первоначально задают два значения срабатывания сигнального двухпорогового реле, устанавливают накопительный лоток под технологическим оборудованием в месте возможного образования утечек, размещают в лотке входной патрубок насоса, после чего непрерывно измеряют массу накопительного лотка и передают электрический сигнал, эквивалентный массе лотка, в сигнальное двухпороговое реле, при протечке технологическая жидкость накапливается в лотке, при этом увеличивается масса лотка и значение электрического сигнала до заданного в сигнальном реле первого порога, после превышения которого срабатывает сигнальное реле, которое включает элементы световой и звуковой сигнализации, после превышения второго порога повторно срабатывает сигнальное реле и включает насос, который откачивает жидкость из лотка через входной и выходной патрубки в накопительную емкость, при снижении уровня жидкости ниже второго порога сигнальное реле отключает насос. 2 ил.

Установка для обнаружения утечек технологических жидкостей // 2636279

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для текущего контроля герметичности технологического оборудования с диэлектрическими или агрессивными жидкостями. Техническим результатом изобретения является обеспечение возможности обнаружения утечек диэлектрических жидкостей, предотвращение разлива протекшей жидкости, а также повышение оперативности обнаружения утечек, который достигается за счет того, что установка для обнаружения утечек технологических жидкостей, содержащая лоток и реле, отличается тем, что содержит рамную конструкцию, состоящую из двух шарнирно соединенных П-образных элементов, под шарнирным механизмом установлен блок сигнализации, в котором расположены электрические весы, таким образом, что к ним подвешен лоток с возможностью непрерывного измерения массы лотка, сигнальный выход весов подключен к двухпороговому реле, к первому выходу которого подключены элементы звуковой и световой сигнализации, расположенные на поверхности блока сигнализации, ко второму выходу реле подключен насос, который закреплен на рамной конструкции, при этом вводной патрубок насоса расположен в накопительном лотке, а выводной патрубок сообщается с емкостью для сбора жидкости. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.