Патент на изобретение №2350833

(54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ И ДИАГНОСТИКИ СОСТОЯНИЯ ТРУБОПРОВОДА

(57) Реферат:

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для неразрушающего контроля, оценки и прогнозирования технического состояния конструкции и инженерных сооружений. В способе контроля и диагностики состояния трубопровода, заключающемся в регистрации сигналов с блоков измерения, устанавливаемых в местах диагностирования, получаемых калиброванными внешними воздействиями, сравнении их с заранее зафиксированными эталонными значениями сигналов, полученными путем калиброванных внешних воздействий, определении отклонения контролируемых параметров, блоки измерения выполнены в виде стержня или трубки, устанавливаемых при монтаже подземного трубопровода за поперечным сварным стыком по ходу транспортировки продукта, причем при глубине заложения подземного трубопровода менее 10D, где D – диаметр трубопровода, м, приваривают стержень, а при большей глубине заложения трубопровода приваривают трубку, при этом при использовании стержня его диаметр принимают равным 0,012-0,015D, а при использовании трубки принимают ее внутренний диаметр 0,017-0,019D, причем длину стержня или трубки принимают 0,95-1 Н, где Н – глубина установки подземного трубопровода, м, после чего осуществляют ударные воздействия на стержни или трубки с помощью направляющей площадки и фиксируют отношение резонансной частоты отклика диагностируемого трубопровода по отношению к эталонной частоте и по его изменению определяют наличие и место расположения аварийно-опасного участка и величину повреждения трубопровода. Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции блоков измерения; снижение трудоемкости монтажа блоков измерения; упрощение технологии диагностики трубопровода. 1 ил.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для неразрушающего контроля, оценки и прогнозирования технического состояния конструкции и инженерных сооружений, например, потенциально-опасных участков подземных трубопроводов в течение всего периода их эксплуатации.

Известен способ определения местоположения течи в трубопроводах (а.с. СССР №1651016, МПК 6 F17D 5/06, опубл. 23.05.91, бюл. №19). Согласно изобретению местоположение течи регистрируют с помощью акустических колебаний, распространяющихся по металлу трубы. Недостатками данного изобретения являются невозможность прогнозирования развития дефектов трубопровода и невозможность определения геометрических размеров возникшей негерметичности.

Известен способ диагностики трубопровода (патент РФ №2241174, МПК 7 F17D 5/02, опубл. 2004.11.27). Сущность изобретения: для обнаружения негерметичности трубопроводов используют в качестве передающего канала информации среду, которая его заполняет. При этом регистрируют факт возникновения негерметичности по появлению в составе спектра акустических шумов дополнительной высокочастотной компоненты. Недостатком данного изобретения является невозможность прогнозирования развития дефектов трубопровода.

Известен способ дистанционного контроля и диагностики состояния конструкции и инженерных сооружений, принятый за прототип (патент РФ №2247958, МПК G01M 5/00, 7/00, опубл. 10.03.2005, бюл. №3). Способ заключается в том, что на пункте контроля регистрируют сигналы с блоков измерения, установленных в местах диагностирования конструкции, и сравнивают их с заранее зафиксированными значениями. При этом блоки измерения устанавливают на элемент конструкции, изготовленный из того же материала, что и вся конструкция. Проводят метрологическую аттестацию конструкции путем установления зависимостей между сигналами с блоков измерения и калиброванными внешними воздействиями, регистрируют их на пункте контроля и используют в качестве заранее зафиксированных сигналов. Врезают элемент с установленными на нем блоками измерения места диагностирования конструкции, и по отклонению поступивших сигналов с блоков измерения от заранее зарегистрированных сигналов судят о состоянии конструкции. Устройство содержит пункт контроля, блоки измерения, размещенные в местах диагностирования конструкции, преобразователи, линию связи, контроллер. Причем блоки измерения размещены на метрологически аттестованном элементе конструкции, изготовленном из того же материала, что и вся конструкция, и врезанном в места диагностирования конструкции. Элемент конструкции соединен с соответствующими преобразователями, связанными своими выходами с входом контроллера, подключенного к модему, который через линию связи своим выходом соединен с пунктом контроля.

Недостатками данного изобретения являются сложность изготовления блоков измерения и высокая трудоемкость их монтажа.

Техническим результатом изобретения является устранение вышеописанных недостатков, а именно упрощение технологии изготовления блоков измерения и снижение трудоемкости их монтажа.

Технический результат достигается тем, что в способе контроля и диагностики состояния трубопровода, заключающемся в регистрации сигналов с блоков измерения, устанавливаемых в местах диагностирования, получаемых калиброванными внешними воздействиями, сравнении их с заранее зафиксированными эталонными значениями сигналов, полученными путем калиброванных внешних воздействий, определении отклонения контролируемых параметров, согласно изобретению блоки измерения выполнены в виде стержня или трубки, устанавливаемых при монтаже подземного трубопровода за поперечным сварным стыком по ходу транспортировки продукта, причем при глубине заложения подземного трубопровода менее 10D, где D – диаметр трубопровода, м, приваривают стержень, а при большей глубине заложения трубопровода приваривают трубку, при этом при использовании стержня его диаметр принимают равным 0,012-0,015D, а при использовании трубки принимают ее внутренний диаметр 0,017-0,019D, причем длину стержня или трубки принимают 0,95-1Н, где Н – глубина установки подземного трубопровода, м, после чего осуществляют ударные воздействия на стержни или трубки с помощью направляющей площадки и фиксируют отношение резонансной частоты отклика диагностируемого трубопровода по отношению к эталонной частоте и по его изменению определяю! наличие и место расположения аварийно-опасного участка и величину повреждения трубопровода.

Применение предлагаемого изобретения по сравнению с прототипом позволяет упростить технологию изготовления блоков измерения и снизить трудоемкость их монтажа.

Способ контроля и диагностики состояния трубопровода поясняется чертежом, где:

1 – насыпной грунт, закрывающий подземный трубопровод;

2 – подземный трубопровод, например газопровод;

3 – блок измерения, выполненный в зависимости от глубины заложения трубопровода в виде стержня или трубки;

4 – направляющая площадка, изготовленная из того же материала, что стержень или трубка, предназначенная для передачи внешних калиброванных воздействий на блок измерения 3;

5 – изоляция трубопровода;

6 – поперечный сварной шов трубопровода;

7 – изоляция сварного шва трубопровода;

8 – направление движения жидкости или газа;

Н – глубина заложения подземного трубопровода.

Обеспечение промышленной безопасности и надежности магистрального трубопроводного транспорта является одним из основных условий успешного экономического развития России. Диагностика трубопроводов и своевременное выявление их дефектов, возникших в процессе эксплуатации, позволят практически исключить затраты, связанные с ликвидацией последствий аварий на трубопроводах. Для диагностики состояния трубопроводов наименее трудоемкими являются методы неразрушающего контроля. Предлагаемый метод также является неразрушающим и основан на использовании резонансных явлений. Физическая сущность метода заключается в спектральном анализе реакции трубопровода на ударное воздействие. При ударном возбуждении звука с помощью импульсного источника в трубопроводе возникают колебания, спектральный состав которых определяется геометрическими параметрами трубопровода и формой импульса удара. Трубопровод представляет собой согнутый плоскопараллельный слой. Поэтому в нем возникают резонансные явления, частоты которых связаны с толщиной стенок трубопровода, а амплитуды пропорциональны плотности спектра излучателя на этих частотах. Известно, что при исследовании спектра колебаний существенное влияние на результаты оказывает геометрия измерительной установки, в частности взаимное расположение источника звука и приемника. При возникновении дефектов в трубопроводе на спектральной характеристике появляется резкое усиление плотности спектра вблизи частот f₀, связанных с толщиной стенки трубопровода h соотношением: f₀=c_L/2h, где c_L – скорость распространения продольных волн в трубопроводе. Получаемая в этом случае зависимость (отношение частот) позволяет судить об уменьшении толщины стенок трубопровода по отношению резонансной частоты отклика диагностируемого трубопровода к эталонной частоте и по изменению отношения определяют место расположения аварийно-опасного участка и величину повреждения трубопровода.

Способ контроля и диагностики трубопровода осуществляют следующим образом, например, при использовании для диагностики подземного газопровода. Места поперечных сварных швов 6 являются концентраторами напряжений и местными сужениями потока. Вследствие этого их диагностика представляется одной из актуальных задач трубопроводного транспорта. При монтаже подземного трубопровода 2 в непосредственной близости от изоляции 5 трубопровода за поперечным сварным швом 6 трубопровода по ходу транспортировки продукта (газа или жидкости) устанавливают (приваривают) блок измерения 3 – стержень или трубку. Место установки блоков измерения обосновывается тем, что после прохода местного сопротивления транспортируемый продукт может вызвать разрушение трубопровода 2. В зависимости от глубины Н заложения подземного трубопровода устанавливают блок измерения 3 в виде либо стержня, либо трубки. Блок измерения 3 в виде стержня устанавливают при глубине заложения от поверхности подземного трубопровода 2 менее 10D, где D – диаметр трубопровода, м. Блок измерения 3 в виде трубки устанавливают при большей глубине заложения от поверхности трубопровода 2, так как ее внутренний канал способствует сохранению ударного сигнала за счет его переотражения от ее стенок. При этом диаметр стержня принимают равным 0,012-0,015D для обеспечения эффективной передачи ударного импульса и звука. При использовании трубки 3 внутренний диаметр трубки принимают 0,017-0,019D для обеспечения необходимого уровня сохранения сигнала. Длину блока измерения 3 в виде стержня или трубки принимают 0,95-1Н, где Н – глубина установки подземного трубопровода, м, для исключения его “выглядывания” из насыпного грунта 1 подземного трубопровода. После установки блоков измерения 3 в виде трубок или стержней и засыпки насыпным грунтом 1 трубопровод 2 для диагностики подвергают калиброванным внешним ударным воздействиям на стержни или трубки 3 с помощью направляющей площадки 4. Направляющая площадка 4 необходима для более полной передачи импульса удара. Направляющую площадку 4 изготовляют из того же материала, что трубки или стержни 3, например из стали. После удара фиксируют отношение резонансной частоты отклика диагностируемого трубопровода 2 по отношению к эталонной частоте и по его изменению определяют наличие и место расположения аварийно-опасного участка и величину повреждения трубопровода 2. Место установки блоков измерения 3 – стержня или трубки выбирают за сварным стыком 6 трубопровода по направлению 8 движения газа. Число блоков измерения 3 принимают равным числу поперечных сварных швов 6 трубопровода 2 по его линейной части. Это обосновано тем, что сварные стыки 6 являются “концентраторами” местных сопротивлений и способствуют появлению дефектов в трубопроводе. По изменению отношения резонансной частоты отклика диагностируемого трубопровода к эталонной частоте определяют наличие и место расположения аварийно-опасного участка и величину повреждения трубопровода.

Применение предлагаемого способа контроля и диагностики состояния трубопровода обеспечивает следующие преимущества:

– упрощение конструкции блоков измерения;

– снижение трудоемкости монтажа блоков измерения;

– упрощение технологии диагностики трубопровода.

Формула изобретения

Способ контроля и диагностики состояния трубопровода, заключающийся в регистрации сигналов с блоков измерения, устанавливаемых в местах диагностирования, получаемых калиброванными внешними воздействиями, сравнении их с заранее зафиксированными эталонными значениями сигналов, полученными путем калиброванных внешних воздействий, определении отклонения контролируемых параметров, отличающийся тем, что блоки измерения выполнены в виде стержня или трубки, устанавливаемых при монтаже подземного трубопровода за поперечным сварным стыком по ходу транспортировки продукта, причем при глубине заложения подземного трубопровода менее 10D, где D – диаметр трубопровода, м, приваривают стержень, а при большей глубине заложения трубопровода приваривают трубку, при этом при использовании стержня его диаметр принимают равным 0,012-0,015D, а при использовании трубки принимают ее внутренний диаметр 0,017-0,019D, причем длину стержня или трубки принимают 0,95-1 Н, где Н – глубина установки подземного трубопровода, м, после чего осуществляют ударные воздействия на стержни или трубки с помощью направляющей площадки и фиксируют отношение резонансной частоты отклика диагностируемого трубопровода по отношению к эталонной частоте и по его изменению определяют наличие и место расположения аварийно-опасного участка и величину повреждения трубопровода.

РИСУНКИ