Спосіб виявлення об’єктів, що переміщуються в трубопроводі, та сигналізатор для його виконання

МП\\С F17D5/00 СПОСІБ ВИЯВЛЕННЯ ОБ'ЄКТІВ. ЩО ПЕРЕМІЩУЮТЬСЯ В ТРУБОПРОВОДІ, ЙОГО Винахід відноситься до галузі транспорту, а іменно, до транспортування об'єктів по діючим газо- та нафтопроводам. При переміщенні по нафтопроводу на велику відстань вантажних контейнерів або очисних пристроїв (далі - об'єктів) існує загроза їх застрявання при проходженні поворотів трубопроводу, розгалужувань або запорних вентилів (заслінок), а також в результаті несправності самих виробів що транспортуються. Це приводить до закупорки трубопроводу. Локалізація місця аварії (пошук об'єкта, що застряв) та роботи по його видаленню з трубопровода потребують великих затрат. Щоб звузити діапазон пошуку, визнано доцільним оснащувати трубопровод сигналізаторами, які повинні реєструвати прохождения об'єкту через контрольовані такими приладами перетини трубопроводу. Відомий спосіб виявлення об'єкта, що переміщується в трубопроводі, який включає встановлення на трубопроводі механічного пристрою (типу лопатки на поворотному шарнірі), стрілка-покажчик якого змінює своє положення відносно трубопроводу під дісю механічного зусилля, яке створює об'єкт, що переміщується (А.С. SU №1350448, м.кл.Р17О5/00, "Пристрій для контроля прохождения очистних скребков по трубопроводу", автори В.В. Губін, В.П. Гуськов та ін.). Недоліком пристроїв по цьому способу є значні технічні ускладнення, які зумовлені необхідністю врізки в трубопровід, забезпечення герметичності трубопроводу в місці встановлення сигналізатора при рабочому тиску (до 70 атм.), і при цьому пристрій сигналізатор повинен спрацьовувати під дією незначних зусиль. І Відомий спосіб виявлення об'єкта, що переміщується в трубопроводі, який включає встановлення на об'єкті джерела радіоактивного випромінювання, безперервне вимірювання в контрольованому перетині трубопроводу рівня радіаційного випромінювання та прийняття рішення про наявність об'єкта в трубопроводі в момент різкого зростання рівня випромінювання (А.С. СССР №859750, м.кл. F17D5/00, «Пристрій для индикации местоположения очистного пристрою в трубопроводе», автори А.Р. Курбанов, А.Я. Корбут и Ю.А.Сілінський, опубліковано 28.02.82 р.) Недоліком способу є радіаційне забруднення трубопроводу, обладнання га навколишнього середовища, а також значні труднощі з утилізацією відпрацьованої апаратури. Відомий спосіб виявлення об'єкта, що переміщується в трубопроводі, який включає встановлення на об'єкті пристрою для створення змінного магнітного поля, безперервний прийом магнітного поля в контрольованому перетині зовні трубопроводу та його перетворення в електричний сигнал за допомогою первинного перетворювача (катушки індуктивності), підсилення сигналу, вимірювання рівня електричного сигналу, прийняття рішення про наявність об'єкта в трубопроводі в момент, коли сигнал перевищує заданий рівень (дивись, наприклад, А.С SU №1672104, м. кл. F17D5/00, «Пристрій для сигнализации объекта, движущегося по трубопроводу», автор А.А. Чернишов, опубл. 23.08.1991 р.). При цьому змінне магнітне поле створюють методом обертання постійного магніту за допомогою електродвигуна. Недоліком способу є необхідність розміщення на об'єкті комплексу апаратури, в тому числі автономного джерела живлення, спроможного підтримувати роботу електродвигуна на протязі 5...10 год. Поскільки об'єкт переміщується в рідині, що легко займається (нафта га її продукти), повинні бути прийняті жорсткі заходи по забезпеченню вибухозахищеності. Крім того, в результаті довгострокової експлуатації приладів, що реалізують спосіб, стінки трубопроводу намагнічуються, що погіршує якість електрозварних швів при ремонтновідновнювальних роботах після аварій на трубопроводах. Відомий радіолокаційний спосіб виявлення об'єкта, що застряв в трубопроводі, який включає відкачку рідини з трубопроводу, демонтаж участка трубопроводу, впровадження всередину трубопроводу рухомої платформи, на якій встановлені радіолокаційні передавач та приймач, при цьому кожен об'єкт обладнується автоматичним відповідачем, причому прийом зондуючого сигналу та передача сигналу- відповіді на об'єкті, видача зондуючого сигналу з рухомоі платформи та прийом сигналу- відповіді виконуються на різних частотах (А.С SU №1495564, м.кл. F17D5/00, «Способ определения местоположения объекта в трубопроводе», автори А.И. Кравцов та ін., опубл.23.07.1989 г.). Випромінювання зондуючого сигналу провадиться всередині трубопроводу, який в цьому випадку виконує роль хвильовода, вдовж його осьової лінії. Дальність дії обмежується довжиною прямолінійного відтинку трубопроводу. Спосіб не може бути використаний на працюючому трубопроводі, оскільки передбачує демонтаж частини трубопроводу для впровадження всередину вимірювальної апаратури. Відомий спосіб виявлення об'єкта, що переміщується в трубопроводі, який включає безперервний прийом акустичного шуму з контрольованого перетину трубопроводу, перетворення шуму в електричний сигнал, підсилення сигналу, порівняння сигналу з пороговою напругою, прийняття рішення про наявність об'єкта в трубопроводі в момент, коли сигнал перевищує порогову напругу (А.С. СССР №769187, м.кл. F17D5/00. «Пристрій для сигнализации прохождения объекта», автор А.А. Чернишов, опубл. 07.10.1980 p.). Недоліком способу є велика вірогідність хибних спрацювань із-за сторонніх шумів, які зумовлені, наприклад, транспортом, що проїжджає поряд, або ударами по металічних деталях трубопроводу. Відомий спосіб виявлення об'єкта, що переміщується в трубопроводі, який включає безперервний прийом акустичного шуму з контрольованого перетину трубопроводу, перетворення шуму в електричний сигнал, вузькополосну фільтрацію сигналу в полосі частот шириною (7... 10) кГц в районі центральної частоти 100 кГц, підсилення сигналу, порівняння сигналу з напругою - порогом, прийняття рішення про наявність об'єкта в трубопроводі в момент, коли сигнал перевищує поріг (А.С. SU №1629684, м.кл. F17D5/00, «Пристрій контроля прохождения очистних объектов в трубопроводе», автори Б.М. Лапшін та ін., опубл. 23 02.1991 г.). Недоліком способу є велика вірогідність хибних спрацювань із-за сторонніх ультразвукових шумів (які зумовлені, наприклад, завихрениями потоку рідини на гранях деталей вентилів - заслінок, роботою насосних агрегатів перекачуючих станцій), що розповсюджуються на значні відстані по металічним стінкам трубопроводів. Спосіб по а.с. SU №1629684 є найбільш близьким до способа, що заявляється, і вибраний як прототип. Відомі кілька приладів, що являються аналогами до пристрою, що пропонується. Відомий «Ультразвуковий витратомір», а.с. SU № 1030656, м. кл. G01F1/66, автор В.Д. Глушнєв, приорітет від 05.04.82 p., який складається з двох взаємних (прийомопередаючих) електроакустичних претворювачів (ПЕА), що розміщуються на протилежних стінках трубопроводу, блоку генерації та прийому сигналів, блоку формування різниці, першої й другої линії затримки, першого і другого вимірювачів інтервалів часу, вимірювача фазової швидкості та блоку корекції. Блок генерації та прийому сигналів періодично формує електричні імпульси, які почергово подаються в один чи другий ПЕА, де претворюються в ультразвукові коливання. Два ПЕА повинні бути встановлені на протилежних стінках трубопроводу так, щоб забезпечити похиле (по відношенню до поздовжньої осі трубопроводу) зондування. Ультразвукові сигнали почергово випромінюються першим ПЕА та приймаються другим, і навпаки. Витратомір вимірює час розповсюдження ультразвукового сигналу між ПЕА. По різниці часу розповсюдження обчислюється оцінка швидкості потоку рідини, яка переміщується по трубопроводу. Данний пристрій є аналогом по відношенню до заявляемого, поскільки виконує вимірювання в трубопроводі з рідиною, застосовуючи ультразвук. Спільними суттєвими ознаками є: • ПЕА, що встановлений на трубопроводі; • блок генерації та прйому сигналів; • звязок між ПЕА і блоком генерації та прийому сигналів. Відомий «Ультразвуковий спосіб вимірювання витрат», а.с. SU № 1749711. м. кл. G01F1/66, автори В.Г. Данилов, П.Б. Мілюс та П.И. Ілгакойіс, приорітет від 27.03.89 р., та пристрій для вимірювання швидкості ультразвуку (приклад по вказаному способу). Пристрій складається з взаємного (прийомопередаючого) електроакустичного претворювача (ПЕА), що закріплюється на стінці трубопроводу, блок обробки сигналів та цифровий обчислювальний пристрій, причому прийомопередаючий вхід блоку обробки сигналів підключений до ПЕА, а вихід блоку обробки сигналів підключений до вхіду цифрового обчислювального пристрою. ПЕА встановлений на поверхні трубопроводу так, щоб його геометрична вісь була перпендикулярна до геометричної осі трубопроводу. Блок обробки сигналів періодично формує електричні імпульси, які подаются в ПЕА, де перетворюються в ультразвукові коливання. Коливання проникають крізь стінку трубопроводу (по нормалі до поверхні) в рідину, що заповнює трубопровід, й віддзеркалюються від протилежної стінки. ПЕА приймає ультразвуковий сигнал, що віддзеркалився, й перетворює його в електричні коливання, які надходять до блоку обробки сигналів. В блоці виконується вимірювання часу запізнення між юндуючим та прийнятим сигналом. Оскільки перетин (діаметр) трубопроводу відомий, по величині запізнення судять про швидкість ультразвуку в рідині. Недоліком пристрою є те, що він не сигналізує про наявність посторонніх предметів в трубопроводі. Данний пристрій є прототипом по відношенню до того, що заявляється, поскільки виконує вимірювання в трубопроводі з рідиною з застосуванням ультразвуку, за допомогою одного ПЕА. Спільними суттєвими ознаками є: « , • • • • • ПЕА, що встановлений на трубопроводі; блок обробки сигналів; цифровий обчислювальний пристрій (мікроЕОМ); звязок між ПЕА і блоком обробки сигналів; ' звязок між виходом блоку обробки сигналів та вхідом цифрового обчислювального пристрою. Задачею винаходу-способу, що пропонується, є підвищення достовірності виявлення об'єктів, що переміщуються в трубопроводі. Поставлена задача вирішується тим, що в способі, який включає прийом акустичного сигналу з контрольованого перетину трубопроводу, перетворення акустичного сигналу в електричний сигнал, фільтрацію сигналу, підсилення сигналу, порівняння рівня сигналу з напругою - порогом, ДОДАТКОВО випромінюють зондуючий імпульсний акустичний сигнал в контрольований перетин трубопроводу, фільтрацію виконують в полосі частот зондуючого сигналу, перед підсиленням електричний сигнал стробують для виділення складових, що прийшли в заданому діапазоні часу після випромінювання зондуючого сигналу, а рішення про наявність об'єкту приймають, якщо на протязі заданого інтервалу часу рівень сигнала не превищує порогову напругу. Спосіб по п.2 відрізняється тим, що випромінення зондуючого імпульсного акустичного сигналу і прийом акустичного сигналу з контрольованого перетину трубопроводу виконують в одній і тій же точці на поверхні трубопроводу. Спосіб по п. З обумовлює місце зондування/прийому. При виборі вказаного місця на верхній стороні трубопроводу, заповненого рідиною, акустичний звязок може порушуватись із-за загазованості рідини. На нижній стороні трубопроводу збирається пісок і інші включення, які переносяться потоком. Тому випромінення і прийом ультразвукових сигналів рекомендується виконувати на боковій поверхні трубопроводу в області, близькій до горизонтального діаметра. Задачею винаходу-пристрою є забезпечення можливості виявлення сторонніх предметів в трубопроводі й фіксація моментів виявлення. Для вирішення задачі в сигналізатор, який складається з взаємного (прийомопередаючого) електроакустичного претворювача (ПЕА), блоку обробки сигналів та мікроЕОМ, прийомопередаючий та інформаційний вхіди блоку обробки сигналів підключені відповідно до ПЕА та мікроЕОМ, при цьому блок обробки сигналів складається з передавача, приймача та вхідного пристрою, вихід передавача підключено до першого сигнального вхіду вхідного пристрою, сигнальний вихід якого підключеній до вхіду приймача, прийомопередаючим вхідом блоку обробки сигналів є другий сигнальний вхід вхідного пристрою, в в е д е н і годинник реального часу, клавіатура та показуючий пристрій, підключені до відповідних двонаправлених вхідів мікроЕОМ, а також виконуючий пристрій, причому до вхіду виконуючого пристрою підключено управляючий вихід мікроЕОМ . Суть способу та пристрою, що заявляються, полягає в слідуючому. На поверхню трубопроводу встановлюють передаючий електроакустичний перетворювач (ПЕА), за допомогою якого створюють короткі ультразвукові зондуючі імпульси, які проникають крізь синку трубопроводу в рідину Імпульси розповсюджуються через рідину і протилежну стінку трубопроводу, де розташований другий (прийомний) ПЕА. Час розповсюдження сигналу від першого ПЕА до другого (іншими словами - час запізнення прийнятого імпульсу відносно зондуючого) може бути обрахований або виміряний - він практично не змінюється при експлуатації трубопроводу. Прийомний ПЕА перетворює ультразвукові імпульси в електричний сигнал, який «стробують» по часу (на вхід підсилювача пропускається лише та частина сигналу, яка прийшла з «розрахунковим» запізненням). Якщо сигнал-відповідь прийшов в стробі, на виході підсилювача буде присутня висока напруга. Це означає, что в трубопроводі немає стороннього об"єкга. Якщо ж сигнал-відповідь прийде за межами стробу або не прийде зовсім, напруга на виході підсилювача мала. При порівнянні вихідної напруги підсилювача з порогом поріг не перевищується. Значить, в трубопроводі щось заважає розповсюдженню ультразвукового сигналу; але це не обов'язково об'єкт (наприклад - грудка парафіну). Але, якщо поріг не перевищувався кілька разів підряд (після випромінення кількох зондуючих імпульсів), то з високою вірогідністю це обумовлено якраз проходженням в трубопроводі об'єкта. і На фі г І зображена блок-схема пристрою, який ілюструє реалізацію способу по п.2 формули. На ty с. 2 зображена блок-схема сигналізатора, що заявляється. На {рі г. З приведені епюри, що пояснюють работу пристроїв. Сигналізатор (Фіг 1) складається з електронного блоку І і одного ПЕА 2, який встановлено на нафтопроводі 3. Електронний блок 1 складається з вхідного пристрою 4, приймача 5, передавача 6, мікроЕОМ 7, клавіатури 8, показуючого пристрою 9, годинника реального часу 10, виконуючого пристрою 11 і блока живлення 12. Принцип дії сигналізатора полягає в періодичному випромінюванні в нафтопровід за допомогою ПЕА 2 короткого ультразвукового імпульсу (сріГ 3, а). Електричний сигнал для збудження ПЕА формує передавач 9 по синхросигналу від мікроЕОМ 7. Період повторення синхроімпульсів (і, значить, випромінення зондуючих сигналів) доцільно вибрати більшим, ніж час розповсюдження ультразвукового сигналу через рідину в трубопроводі до протилежної стінки й назад. Вхідний пристрій (комутатор) 4 пропускає імпульс передавача до ПЕА 2. Створений ПЕА акустичний сигнал крізь стінку трубопроводу проникає в рідину. Якщо в нафтопроводі немає сторонніх предметів, через визначений час після випромінення до ПЕА прийде ультразвуковий сигнал, що віддзеркалився від протилежної стінки трубопроводу. В ПЕА, який в цьому випадку грає роль приймача ультразвукових сигналів, акустичний сигнал перетворюється в електричний сигнал (фіГ 3,6). В розрахунковий час приходу віддзеркаленого сигналу, через інтервал Тзап після випромінення, мікроЕОМ 7 переключає вхідний пристрій 4, дозволяючи проходження віддзеркаленого сигналу в приймач 5 (