Акустичний метод та система контролю витоків з трубопроводів

Abstract

Робота присвячена вирішенню проблеми пошуку та визначення місць витоків з трубопроводів для забезпечення надійності експлуатації трубопроводів та попередження аварійних ситуацій за рахунок оперативного виявлення місць утворення витоків. Показано, що максимальна ефективність у контролі появи витоків на трубопроводах досягається шляхом застосування дистанційних методів контролю стану трубопроводів. Для вирішення поставленого завдання було обрано акустичний метод контролю технічного стану трубопроводу. Розроблено математичну модель процесу розповсюдження акустичних коливань у середовищі транспортування трубопроводу, яка враховує вплив появи витоків на характер поширення коливань. Розроблено метод автоматизованого контролю технічного стану трубопроводу та виявлення місць витоків з використанням завадостійких сигналів. На основі проведених теоретико-експериментальних досліджень здійснена розробка системи виявлення місць витоків з трубопроводів. Проведена розробка функціональної схеми системи контролю, а також програмного забезпечення для реалізації запропонованого методу контролю трубопроводів.

Работа посвящена решению проблемы поиска и определения мест утечек из трубопроводов для обеспечения надежности эксплуатации трубопроводов и предупреждения аварийных ситуаций за счет оперативного выявления мест образования утечек. Важность поставленной задачи определяется тем, что размер потерь транспортированного сырья вследствие наличия утечек на трубопроводах определяется временем их обнаружения и точностью возможной координаты отбора. Оперативное выявление утечек на трубопроводах ведет к сокращению экономических и экологических ущербов. Проведенный анализ современных методов и средств контроля утечек на трубопроводах показал ограничения в их применении. Показано, что максимальная эффективность в контроле появления утечек на трубопроводах достигается путем применения дистанционных методов контроля состояния трубопроводов. Для решения поставленного задания был избран акустический метод контроля технического состояния трубопровода, который предусматривает создание тестовых воздействий и регистрацию их в пределах транспортируемой трубопроводом среды. Разработана математическая модель процесса распространения акустических колебаний в среде транспортирования трубопровода, которая учитывает влияние появления утечек на характер распространения колебаний. Обоснованность использования предложенной модели подтверждено проведенной процедурой параметрической идентификации для участка трубопровода с наличием и отсутствием утечек. Разработано методическое, техническое и программное обеспечение метода контроля технического состояния трубопровода для проведения комплекса экспериментальных исследований по обнаружению и определению мест утечек с целю установления закономерностей изменения параметров колебательных процессов при отражении их от неоднородностей (резких поворотов, ответвлений, отверстий в стенке трубопровода, мест установки кранов и т.д.). Анализ результатов экспериментальных исследований процесса распространения тестовых сигналов в транспортируемой среде трубопровода позволил определить параметры тестовых сигналов, которые обладают наименьшей степенью затухания для определенных условий распространения. Изменение характера распространения тестового сигнала при наличии и отсутствии утечек стало основой для разработки метода автоматизированного контроля технического состояния трубопровода и выявления мест утечек с использованием в качестве тестовых помехоустойчивые сигналы, в частности коды Баркера. Использование такого рода сигналов в качестве тестовых с применением аппарату корреляционной обработки регистрируемых сигналов позволило повысить отношение сигнал/шум и увеличить расстояние обнаружения утечек. Было принято решение в качестве диагностического признака наличия утечки использовать разностную характеристику, полученную при распространении тестового сигнала в среде транспортирования трубопровода в базовом и текущем состоянии. При определении базовой характеристики принимается гипотеза про отсутствие утечек. С учетом проведенных теоретических и экспериментальных исследований осуществлена разработка системы выявления мест утечек из трубопроводов. Погрешность измерения расстояния к утечке с доверительной вероятностью 0,98 составляет ±0,8 м. Разработано программное обеспечение для реализации предложенного метода контроля. Проведены исследования разработанных метода и системы контроля утечек в лабораторных и полевых условиях, подтвердившие работоспособность предложенного метода и технической реализации.

The work is devoted to decision of pipeline leak search and localization problem for pipeline operation reliability control and emergency situation prevention due to the real-time leak localization. It is shown that the maximal efficiency in pipeline leak appearance control is reached with the use of remote pipeline state control. For the task decision acoustic control method of pipeline technical state was selected. The mathematical model of acoustic wave’s distribution process in pipeline transporting fluid is developed, which takes into account influence of leak appearance on wave distribution pattern. The pipeline technical state automatic control and leak localization method is developed with the use of robust signals. The pipeline leak localization system is developed on the basis of the conducted theoretical and experimental researches. The system control functional scheme is developed. And also software for offered pipeline control method realization is given.