Пристрій для визначення розміщення та вимірювання потенціалів підземних трубопроводів

Пристрій для визначення розміщення та вимірювання потенціалів підземних трубопроводів, що складається з розміщених у корпусі послідовно з'єднаних індуктивного датчика магнітного поля, вхідного підсилювача, фільтра, логарифмічного підсилювача, випрямляча, індикатора, блока живлення та перемикача діапазонів, з'єднаного з вхід 3 дів [5], який складається з послідовно з'єднаних індуктивного датчика магнітного поля, вхідного підсилювача, фільтра, логарифмічного підсилювача, випрямляча та індикатора, а також блока живлення, з'єднаного з вхідним підсилювачем, фільтром, логарифмічним підсилювачем і випрямлячем, та перемикача, з'єднаного з блоком живлення і вхідним підсилювачем, при цьому з'єднання пристрою виконані екранованими проводами і розміщені у площині, що проходить через вісь чутливості індуктивного датчика магнітного поля, розміщених у корпусі, спорядженому двома мітками, що вказують напрями двох осей з кутом 45° між ними, одна з них вказує напрям осі чутливості індуктивного датчика магнітного поля. Корпус пристрою може бути споряджений ниткою (з грузиком) чи рівнем для уточнення орієнтації датчика відносно вертикалі. Перемикач забезпечує переключення діапазонів вхідного підсилювача і увімкнення-вимкнення живлення. Цей пристрій (найближчий аналог) є портативний з малими габаритами і масою, має високі чутливість, завадозахищеність і роздільну здатність, простий і зручний у експлуатації. Пристрій дає можливість оперативно визначати напрям і місце знаходження осі підземного трубопроводу (струмопроводу), глибину його залягання. За налаштування на другу гармоніку напруги електромережі цей пристрій також дає можливість виявляти в підземному трубопроводі пульсуючий (випрямлений) струм станції катодного захисту (СКЗ), за яким можна проводити дистанційний контроль роботи СКЗ на обстежуваному трубопроводі. Недолік цього пристрою (найближчого аналога) полягає в тому, що він не забезпечує вимірювань різниці електричних потенціалів, що необхідно для кількісного контролю електрохімічного катодного захисту від корозії (катодної поляризації) трубопроводу, підземної металевої споруди. Технічною задачею є розширення функціональних можливостей (створення нового) портативного пристрою для обстежень підземних трубопроводів шляхом введення у пристрій визначення розміщення магістральних трубопроводів додаткового каналу вимірювань різниці потенціалів для контролю катодної поляризації з метою підвищення експлуатаційних характеристик засобів оперативних обстежень і контролю стану електрохімічного захисту від корозії підземних трубопроводів і споруд. Для вирішення поставленої задачі у пристрій для визначення розміщення магістральних трубопроводів, який складається з розміщених у корпусі послідовно з'єднаних індуктивного датчика магнітного поля, вхідного підсилювача, фільтра, логарифмічного підсилювача, випрямляча, індикатора, блока живлення та перемикача діапазонів, з'єднаного з вхідним підсилювачем, та конструктивно суміщеного з вимикачем, з'єднаним з блоком живлення, при цьому з'єднання пристрою виконані екранованими проводами і розміщені у площині, що проходить через вісь чутливості індуктивного датчика магнітного поля, корпус споряджено двома мітками, які вказують напрями двох осей з кутом 45° між ними, одна з них вказує напрям осі 52293 4 чутливості індуктивного датчика магнітного поля, додатково вводять дві вхідні клеми і послідовно з'єднані з ними та розміщені у корпусі високоомний дільник, аналого-цифровий перетворювач і цифровий індикатор, при цьому вимикач живлення (перемикач) з'єднаний з фільтром, логарифмічним підсилювачем і випрямлячем та з аналогоцифровим перетворювачем. Суттєвими ознаками заявленого пристрою є введені елементи - вхідні клеми і розміщені у корпусі високоомний дільник, аналого-цифровий перетворювач, цифровий індикатор та з'єднання з перемикачем. На відміну від найближчого аналога і аналогів, заявлений пристрій по суті є двоканальним (містить у собі індикаторний канал пошуку і визначення розміщення трубопроводу, як у найближчому аналогу, та додатково - канал вимірювань потенціалів), що розширює його функціональні можливості. Перемикач діапазонів вхідного підсилювача, що конструктивно суміщений з вимикачем, через який подається живлення до блоків каналу визначення розміщення осі трубопроводу, додатково суміщений з вмикачем живлення каналу вимірювання потенціалів і, таким чином, стає перемикачем режимів роботи пристрою. Крім цього, на відміну від найближчого аналога, де блок живлення з'єднаний безпосередньо з підсилювачами, фільтром і випрямлячем, у заявленого пристрою ці елементи з'єднані з блоком живлення через перемикач. У техніці обстежень підземних трубопроводів відомі застосування різних вольтметрів, які можуть виконувати функцію введених елементів. Проте описів застосування введених елементів (вольтметра і перемикача режимів) у портативних пристроях для визначення розміщення трубопроводів, як і введення елементів трасошукача у вольтметр, до створення заявленого пристрою у літературі не виявлено; не відомі вони в аналогах. Запропонований пристрій та його будову пояснює Фіг.1, на якому зображена функціональна блок-схема запропонованого пристрою. На Фіг.1 показані індуктивний датчик (сприймач) магнітного поля 1, вхідний підсилювач 2, фільтр 3, логарифмічний підсилювач 4, випрямляч 5, індикатор 6, перемикач 7, блок живлення 8, дві вхідні клеми 9, високоомний дільник 10, аналогоцифровий перетворювач 11, цифровий індикатор 12. Приклад конкретного виконання Датчик магнітного поля 1 виготовляють як котушку індуктивності з феритовим осердям. Вхідний підсилювач 2 складається з узгоджуюючого каскаду і масштабного підсилювача з п'ятьма значеннями коефіцієнта підсилення, який встановлюється перемикачем 7; це забезпечує діапазон достатній для індикації магнітного поля, створеного струмами СКЗ практично на усьому протязі магістральних трубопроводів. Підсилювачі 2 і 4, фільтр 3 і випрямляч 5 пристрою виконують на основі операційних підсилювачів за відомими в літературі схемами. Активний фільтр 3 настроюють на частоту поля струму в трубопроводі, який спостерігають. Логарифмічний підсилювач 4 за 5 безпечує зручну індикацію мінімуму сигналу під час переміщень і поворотів пристрою. Випрямляч 5 з операційними підсилювачами здійснює двопівперіодне випрямлення корисного сигналу і посилення його напруги. Перемикач 7 виконують спареним із двох секцій: одна його секція підключає джерело живлення до каналу «осі труби» (2, 3, 4, 5) у режимі пошуку і визначення розміщення трубопроводу, або до каналу вимірювання електричної напруги (10, 11, 12) у режимі вимірювання потенціалів, або виключає живлення приладу. За потреби одночасного живлення обох каналів, це також можна також здійснювати через перемикач 7. Друга секція перемикача 7 задає коефіцієнт підсилення масштабного підсилювача (що є частиною вхідного підсилювачі 2) у режимі визначення осі труби. Дві вхідні клеми 9 встановлюють на корпусі з можливістю приєднання до них електричних проводів від вимірювальних контактів (від трубопроводу та від електрода порівняння); біля клем нанесено мітки «+» і «-», які вказують їх полярність. Високоомний дільник 10 забезпечує високий вхідний опір вимірювача різниці потенціалів (напруги) для зменшення падіння напруги на вхідних клемах приладу (чим зменшується похибка вимірювань) а також знижує рівень вхідної напруги для забезпечення правильної роботи аналоговоцифрового перетворювача 11. АЦП 11 перетворює рівень аналогового квазіпостійного сигналу в цифрову форму з виходом на цифровий індикатор 12. Блок живлення 8 містить акумулятор і перетворювач однополярної напруги у двополярну. Обидва канали (визначення розміщення осі труби та вимірювання потенціалів) змонтовані в одному корпусі, який виготовляють у вигляді коробки з діелектричного матеріалу. На боковій грані корпусу наносять лінію під кутом 45° до ребра паралельного осі датчика. Індикатор 6 здійснюють з допомогою малогабаритного стрілкового приладу або світодіодів чи багатоелементного рідкокристалічного індикатора; в останньому варіанті індикатор 6 може бути конструктивно суміщений з цифровим індикатором 12. Робота пристрою відбувається наступним чином. Датчик поля, підсилювачі і фільтр настроюють на частоту струму, що протікає по трубопроводу: на гармоніку випрямленого пульсуючого струму СКЗ, чи частоту генератора, який збуджує у трубопроводі змінний струм. Оператор перемикачем 7 включає живлення каналу пошуку (визначення розміщення) трубопроводу і встановлює потрібний коефіцієнт підсилення, переміщується по місцевості, утримуючи даний пристрій у руці і здійснюючи коливні рухи (повороти і переміщення пристрою), спостерігає по індикатору 6 за змінами сигналу від датчика магнітного поля; за максимальними і мінімальними показами індикатора визначають розміщення трубопроводу: за відомими процедурами [5] пристроєм визначають напрям траси трубопроводу, розміщення осі труби і її проекції на поверхню землі та глибину залягання. За налаштування цього каналу на гармоніку струму СКЗ (наприклад, 100Гц при випрямленні струму електромережі 50Гц) за показами індика 52293 6 тора пристрою виявляють струм СКЗ у зоні обстежень і роблять висновок про роботу СКЗ - здійснюють дистанційний контроль: діє чи не діє СКЗ у даній зоні. Пристрій дозволяє виявляти струм у проводі без приєднання до нього, що дає можливість безконтактно контролювати струмопроводи. Для вимірювання електричного потенціалу трубопроводу відносно землі плюсову клему пристрою за допомогою електричного проводу з'єднують з металом трубопроводу а мінусову клему з електродом порівняння. Для контактну з підземним трубопроводом практично використовують контрольно-міряльну колонку або металеві елементи з'єднаного з трубопроводом обладнання (кранзасувка, відвід труби) чи місця виходу трубопроводу на поверхню землі, шурф і т.п. [6]. Як електрод порівняння використовують спеціальний мідно-сульфатний електрод, який встановлюють на поверхню землі над трубопроводом. Оператор перемикачем 7 включає живлення вимірювального каналу і по цифровому індикатору 12 зчитує значення потенціалу трубопроводу відносно землі. Аналогічно заявленим пристроєм можна вимірювати потенціал інших металевих об'єктів (резервуарів, конструкцій, тощо) відносно землі чи іншого електропровідного середовища. Додатково заявленим пристроєм можна вимірювати різницю потенціалів на поверхні землі для виявлення (пошуку) пошкоджень ізоляції підземних трубопроводів. У режимі безконтактного визначення розміщення трубопроводу пристроєм визначають напрям траси і проекцію осі трубопроводу на поверхню землі (як описано вище). Приєднують до клем пристрою два однакові електроди порівняння, перший з'єднаний з плюсовою клемою електрод встановлюють на землі над трубопроводом, другий з'єднаний з мінусовою клемою електрод встановлюють на землі у точці віднесеній від першого електрода на відстані 5-10м перпендикулярно до траси трубопроводу. Включають перемикачем режим вимірювання і зчитують значення різниці електричних потенціалів на поверхні землі. За знаком виміряної різниці потенціалів роблять висновок про поляризацією (катодну чи анодну) на даній ділянці трубопроводу, а за значеннями подібних вимірів у різних місцях вздовж траси (за змінами різниці потенціалів на поверхні землі) можна виявити місце пошкодження ізоляції підземного трубопроводу. Практична експлуатація запропонованого пристрою оператором у режимі визначення розміщення трубопроводу безконтактним методом передбачає утримання пристрою у руці, його коливні переміщення і повороти та спостереження за показами індикатора, мінімуми якого відповідають орієнтаціям датчика пристрою «на вісь труби». У режимі вимірювання потенціалів контактним методом до пристрою приєднують електричний провід від металу трубопроводу та електроди, які встановлюють у землі з урахуванням визначеного розміщення підземного трубопроводу. Досягнутий ефект від застосування заявленого пристрою полягає у забезпеченні можливостей оперативного безконтактного визначення розмі 7 52293 щення підземних трубопроводів, струмопроводів і дистанційного контролю роботи СКЗ та контактних вимірювань потенціалів для контролю електрохімічного захисту від корозії металевих споруд в електропровідному середовищі та виявлення місць пошкоджень ізоляції підземних трубопроводів без їх розкопування. Перевагами запропонованого пристрою є його портативність і розширені функціональні можливості. Малі габарити і маса пристрою дають можливість оперативно працювати з пристроєм на трасі, носити його в кишені, легко визначати розміщення трубопроводу та інших струмопроводів, вимірювати потенціали для контролю катодного захисту без використання інших приладів. Висока чутливість, завадозахищеність і роздільна здатність, мале енергоспоживання, простота і зручність у роботі заявленого пристрою відповідають характеристикам (досягненням) прототипу: з суттєвим розширенням експлуатаційних властивостей. Джерела інформації, прийняті до уваги при експертизі Комп’ютерна верстка О. Рябко 8 1. Бахмутский В.Ф., Зуенко Г.И. Индукционные кабелеискатели. - М: Связь, 1970. - с.85. 2. Искатель трубопроводов модернизированный ИТ-5. - Киев, 1985. 3. Авторское свидетельство СРСР №135437. Кл. G01V3/11. 1961. 4. Авторское свидетельство СРСР №100027. Кл. G01V3/12. 1955. 5. Патент SU 1804636 A3, СССР. G01V3/11. Устройство для определения расположения магистральных трубопроводов / Р.М. Джала, Б.Я. Вербенец, А.А. Андреев, Л.М. Пеккер - №4862196/25; Заявлено 27.08.90; Опубл. 23.03.93. Бюл. №11. 6с. Патент UA 1701 С1, Україна. G01V3/11. Пристрій для визначення розміщення магістральних трубопроводів. - Опубл. 25.10.94. Бюл. №3. 6. Технічна експлуатація систем захисту від підземної корозії магістральних газопроводів / В.В. Розгонюк, Ю.П. Гужов, Ю.О. Кузьменко, В.А. Шишківський. - Київ: Росток. - 2000. - 286с. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601