Спосіб визначення місцезнаходження течі в трубопроводах

Изобретение относится к способам определения течи в трубопроводах, работающих под давлением, в условиях постороннего шума акустическим методом. Известен корреляционный способ определения течи, основанный на улавливании шумов, образующихся в местах утечки из трубопроводов (Коррелятор шума "Метравиб ДФ3000. Проспект фирмы "Метравиб", Франция). Принцип действия основан на определении разницы во времени прихода двух подобных виброакустических сигналов, генерируемых утечкой в газопроводе, которые фиксируются вибродатчиками, установленными на противоположных концах испытуемой секции трубопровода. Предполагается, что течь находится между датчиками. Скорость звука для данного трубопровода вычисляется в зависимости от диаметра и толщины трубы. С помощью полученных значений времени и скорости распространения сигнала определяют местоположение течи. В основе способа лежит метод выделения пиков взаимной корреляционной функции, т.к. каждый пик соответствует разности во времени запаздывания) прихода двух подобных виброакустических сигналов, генерируемых шумов утечки с определенной шириной полосы частоты шума (фиг.1). При фиксированной разнице запаздываний пики взаимной корреляционной функции выделяются тем труднее, чем уже полоса частот шума. Если полоса частот сужается до такой величины, что спектр шума представляет узкополосный случайный процесс (фиг.2), то пики взаимной корреляционной функции выделить невозможно, т. к. корреляционная функция отлична от корреляционной функции широкополосного процесса (фиг.1). Для узкополосных случайных процессов и периодических источников, зашумленных случайным сигналом, корреляционная функция представляет функцию, близкую к косинусоиде, что не позволяет идентифицировать местонахождение источника сигнала. Узкополосный случайный шум в газопроводе (фиг.2) образуется при микроутечках, т.к. часто та генерации шума обратно пропорциональна диаметру отверстия утечки и равна где - число Стр ухаля; - скорость истечения газа; - условный диаметр течи в газопроводе. Известен более совершенный способ когерентного анализа (прототип) основанный на когерентности частоты виброакустических сигналов (Течеискатель Reten, модель RS8151 - 4. Проспект фирмы Habaford Ltd., Германия). Способ обеспечивает более высокую точность и в меньшей мере зависит от условий окружающей среды. Преимуществом по сравнению с корреляционным способом является то, что получения значимых результатов не надо требовать, чтобы среда была бездисперсной (скорость не зависит от частоты шума утечки). ЭВМ получает одновременно обработанные данные и подвергает их различным и более сложным методам анализа, в частности, исследованию энергетического спектра, распознаванию обрезов и сравнению с хранящейся в памяти информацией. Однако указанные методы позволяют определять источник широкополосного шума и не определяют источник узкополосного шума. Задача настоящего изобретения - найти способ определения местоположения источника как широкополосного, так и узкополосного шумов, возникающих в микротрещинах. Поставленная задача решается тем, что после компьютера вибросигнал поступает в блок преобразования Фурье и вычисления перекрестных кепстров, где применение специализированного анализа, например, преобразования Фурье логарифма выходного спектра (так называемый перекрестный кепстр), превращает отдельные интерференционные составляющие в спектральные пики и улучшает качество определения времени распространения сигнала (фиг.2). После выделения пиков взаимного кепстра определяют время запаздывания подобного периодического (узкополосного, случайного) сигнала или широкополосного случайного сигнала, генерируемого шумов утечки в газопроводе, т.к. каждый пик соответствует разности во времени запаздываний прихода двух подобных виброакустических сигналов. Затем отдельно формируют значение дисперсных скоростей звука, и результаты расчетов поступают в блок определения расстояния от одного из датчиков до свища, и о ттуда - на цифровое табло. Представленный способ позволяет быстро и точно определить местоположение течи в трубопроводе как в широкополосном, так и в узкополосном диапазоне, путем превращения отдельных интерференционных составляющи х в спектральные пики. На фиг.1 представлен спектр широкополосного шума "а" и его взаимная корреляционная функция "б". На "а" по оси абсцисс отложена частота шума, а по оси ординат - уровень вибрационного сигнала. Для "б" по оси абсцисс отложено время, а по оси ординат амплитуда корреляционной функции. На фиг.2 представлен спектр узкополосного шума "а" и его взаимный кепстр "б". На "а" по оси абсцисс отложена частота шума, а по оси ординат - уровень вибрационного сигнала. Для "б" по оси абсцисс отложено время, а по оси ординат амплитуда перекрестного кепстра. На чертеже представлена блок-схема устройства для осуществления способа, фиг.3. Блок-схема (фиг.3) содержит участок трубопровода 1 со свищем 2. По длине трубопровода установлены датчики (акселерометры) 3 и 4 на расстоянии друг от друга. Датчики через усилители зарядов 5 и 6 связаны полосовыми фильтрами 7 и 8, соединенные с аналого-цифровым преобразователем 9 (АЦП) и компьютером 10. Компьютер 10 соединен с блоком вычисления взаимных кепстров 11, блоком определения задержки времени сигнала 12. Блок 13 формирует значение дисперсных скоростей звука и связан с компьютером 10 и блоком 14 определения расстояния от датчика 3 до свища 2. Расстояние высвечивается на цифровом табло 15, В схеме предусмотрен блок питания 16. Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. Датчики 3 и 4, закрепленные на трубе посредством магнита или пчелиного воска, фиксируют электрический сигнал, пропорциональный виброускорению или виброскорости трубы. Электрический сигнал усиливается усилителями 5 и 6 и через фильтры 7 и 8, которые отрезают сигналы виброускорения от частоты Найквиста по теореме Котельникова, подается на аналого-цифровой преобразователь 9 и компьютер 10. С компьютера 10 оцифрованный сигнал подается в блок преобразования Фурье и вычисления перекрестных кепстров 11. Затем поступает в блок вычисления времени задержки сигнала. Отдельно в блоке 13 формируют значение для дисперсионных скоростей звука по формуле где - толщина тр убы; - скорость звука продольных волн. Результаты расчетов из блоков 12 и 13 поступают в блок 14 определения расстояния от датчика 3 до свища 2 и оттуда - на цифровое табло 15. Предлагаемый способ определения местоположения течи в газопроводах широко используется на компрессорных станциях Рогатинская, Тернопольская "Львовтрансгаз".