Спосіб виявлення очисних пристроїв, що переміщуються в трубопроводі

Передбачуваний винахід відноситься до галузі трубопровідного транспорту, а саме до транспортування по трубопроводах нафти та продуктів її переробки. Відомий спосіб виявлення проходження очисного пристрою по трубопроводу, реалізований у сигналізаторі проходження очисного пристрою по трубопроводу (А.с. СССР №1285261, кл. F17D5/00, 1987, БИ №3), що включає формування сигналу при проходженні очисним пристроєм контрольної точки, фільтрування і підсилення сигналу, порівняння отриманого сигналу з граничним значенням і видачу повідомлення про проходження очисним пристроєм контрольної точки, якщо сигнал перевершує граничне значення, при цьому формування сигналу при проходженні очисним пристроєм через контрольну точку здійснюється при перетинанні постійним магнітом, який установлений на очисному пристрої, електричного поля первинного перетворювача. Даний спосіб виявлення проходження очисного пристрою по трубопроводу так само, як і спосіб виявлення, що заявляється, очисних пристроїв, що переміщаються в трубопроводі, включає формування сигналу при проходженні очисним пристроєм контрольної точки, фільтрування і підсилення отриманого сигналу. Однак, формування сигналу при проходженні очисним пристроєм контрольної точки, що здійснюється шляхом зміни електричного поля первинного перетворювача (індуктивної котушки) постійним магнітом, не забезпечує надійного виявлення очисного пристрою. Відомий спосіб контролю проходження очисних об'єктів у трубопроводах, реалізований у пристрої контролю проходження очисних об'єктів у трубопроводах (А.с. СССР №1629684, кл. F17D5/00, 1991, БИ №7), що включає прийом акустичного сигналу, що виникає в трубопроводі при русі очисного об'єкта, перетворення акустичного сигналу в електричний сигнал, підсилення, фільтрацію і детектування електричного сигналу і визначення середнього значення продетектованого сигналу, що відповідає середньому значенню акустичного сигналу, порівняння середнього значення електричного сигналу з опорним значенням і видачу повідомлення про проходження очисного пристрою, якщо середнє значення електричного сигналу перевершує опорне значення. Даний спосіб контролю проходження очисних об'єктів у трубопроводах так само, як і спосіб виявлення, що заявляється, очисних пристроїв, що переміщаються в трубопроводі, включає прийом акустичного сигналу, перетворення акустичного сигналу в електричний сигнал, підсилення і фільтрацію. Однак, відсутність випромінювання зондуючого акустичного сигналу в контрольований перетин трубопроводу різко збільшує імовірність помилкових спрацювань при використанні відомого способу, зумовлених сторонніми ультразвуковими шумами, що викликані, наприклад, завихреннями потоку рідини на краях деталей заслінок та роботою насосних агрегатів перекачувальних станцій, і які (шуми) поширюються на значні відстані по металевих стінках трубопроводів. Відомий спосіб контролю проходження очисного об'єкта в трубопроводі, реалізований у пристрої для контролю проходження очисного об'єкта в трубопроводі (Патент РФ №2030678, кл. F17D5/00, 1995, БИ №7), що включає прийом акустичного сигналу, що виникає в трубопроводі при русі очисного об'єкта, перетворення акустичного сигналу в електричний сигнал, підсилення, фільтрацію і резонансне перетворення отриманого електричного сигналу, додаткове підсилення і порівняння з опорною напругою, по результатам якого приймається рішення про проходження очисним об'єктом контрольної точки. Даний спосіб контролю проходження очисного об'єкта в трубопроводах так само, як і спосіб виявлення, що заявляється, очисних пристроїв, що переміщаються в трубопроводі, включає прийом акустичного сигналу, перетворення акустичного сигналу в електричний сигнал, підсилення, фільтрацію. Однак, відсутність випромінювання зондуючого акустичного сигналу в контрольований перетин трубопроводу різко збільшує імовірність помилкових спрацювань при використанні відомого способу, зумовлених сторонніми ультразвуковими шумами, що викликані, наприклад, завихреннями потоку рідини на деталях заслінок та роботою насосних агрегатів перекачувальних станцій, і які (шуми) поширюються на значні відстані по металевих стінках трубопроводів. Найбільш близьким по технічній сутності є спосіб виявлення очисних пристроїв, що переміщаються в нафтопроводі (деклараційний патент України №50141А, кл. F17D5/00, 2002, БВ №10), що включає періодичне випромінювання зондуючого імпульсного акустичного сигналу в контрольований перетин трубопроводу, прийом віддзеркаленого акустичного сигналу з контрольованого перетину трубопроводу, перетворення віддзеркаленого акустичного сигналу в електричний сигнал, фільтрацію електричного сигналу в смузі частот зондуючого сигналу, стробування електричного сигналу для виділення складових, котрі прийшли в заданому діапазоні часу після випромінювання зондуючого сигналу, підсилення електричного сигналу, вимірювання його рівня і формування контрольної напруги, пропорційної швидкості зростання рівня сигналу, порівняння контрольної напруги з напругою - порогом і ухвалення рішення про наявність очисного пристрою, якщо контрольна напруга перевищує граничну протягом заданого інтервалу часу. Даний спосіб виявлення очисних пристроїв, що переміщаються в трубопроводі так само, як і спосіб виявлення, що заявляється, очисних пристроїв, що переміщаються в трубопроводі, включає випромінювання зондуючого акустичного імпульсного сигналу в контрольований перетин трубопроводу, прийом віддзеркаленого акустичного сигналу з контрольованого перетину трубопроводу, перетворення віддзеркаленого акустичного сигналу в електричний сигнал, фільтрацію електричного сигналу в смузі частот зондуючого сигналу, стробування сигналу для виділення корисного сигналу - складових віддзеркаленого сигналу, що прийшли в заданому діапазоні часу після випромінювання зондуючого сигналу, підсилення корисного сигналу і вимірювання його амплітуди. Однак, відсутність операцій запам'ятовування величини амплітуд «N» останніх корисних сигналів, аналізу цих сигналів і видачі повідомлення про виявлення очисного пристрою, якщо амплітуда корисних сигналів у «N» останніх корисних сигналах була нижче другого граничного рівня, а потім, монотонно збільшуючись, стала вище першого граничного рівня протягом встановленого інтервалу часу, різко знижує надійність виявлення очисного пристрою, тому що при проходженні через контрольований перетин трубопроводу «парафінової пробки» окремі шматки парафіну й окремі щільні скупчення часток парафіну можуть бути ідентифіковані як очисний пристрій, а реальне місцезнаходження очисного пристрою буде невідомо. В основу передбачуваного винаходу поставлена задача підвищення надійності виявлення очисних пристроїв, що переміщаються в трубопроводі, за рахунок виявлення очисного пристрою по двох ознаках корисних сигналів по монотонному зростанню амплітуд у послідовності корисних сигналів і по швидкості їхнього зростання. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому способі виявлення очисних пристроїв, що переміщаються в трубопроводі, що включає періодичне випромінювання зондуючого акустичного імпульсного сигналу в контрольований перетин трубопроводу, прийом віддзеркалених акустичних сигналів з контрольованого перетину трубопроводу, перетворення прийнятих акустичних сигналів в електричні сигнали, які стробують і фільтрують для виділення корисного сигналу, що прийшов у заданому діапазоні часу після випромінювання зондуючого сигналу, підсилення корисного сигналу і вимірювання його амплітуди, згідно винаходу запам'ятовують величини амплітуд «N» останніх корисних сигналів, які аналізують, і видають повідомлення про виявлення очисного пристрою, якщо величина амплітуди корисних сигналів у «N» останніх корисних сигналах спочатку була нижче другого граничного рівня, а потім, монотонно збільшуючись протягом встановленого інтервалу часу, стала вище першого граничного рівня. Введення в спосіб виявлення очисних пристроїв, що переміщаються в трубопроводі, запам'ятовування величини амплітуд «N» останніх корисних сигналів, аналізу амплітуд цих сигналів і видачі повідомлення про виявлення очисного пристрою, якщо амплітуда корисних сигналів у «N» останніх корисних сигналах була нижче другого граничного рівня, а потім, монотонно збільшуючись протягом встановленого інтервалу часу, стала вище першого граничного рівня, дозволяє більш точно і надійно ідентифікувати очисний пристрій і виключити помилкові повідомлення про виявлення очисного пристрою, особливо при проходженні «парафінової пробки», тому що виявлення очисного пристрою виробляється по двох ознаках корисних сигналів - по монотонному зростанню амплітуд у послідовності корисних сигналів і по швидкості їхнього зростання. На фіг.1 для пояснення способу приведена структурна схема сигналізатора, що реалізує запропонований спосіб; На фіг.2 приведені епюри, що пояснюють роботу сигналізатора; На фіг.3 показано, як змінюється амплітуда сигналу на виході приймача сигналізатора під час проходження "парафінової пробки" і очисного пристрою. Сигналізатор (фіг.1), що реалізує пропонований спосіб, містить приемопередающий перетворювач електроакустичний (ПЕА) 1, що встановлюють на трубопровід, блок обробки сигналів 2, перший вхід-вихід якого з'єднаний з ПЕА 1, мікроЕОМ 3, четвертий, п'ятий і шостий виходи якої підключені відповідно до другого, третього і четвертого входів блоку обробки сигналів 2, блок контролю і налагодження 4, електронний годинник 5 і виконавчий пристрій 6, виходи блоку обробки сигналів 2 з'єднані з входами мікроЕОМ 3, перші, другі і треті входивиходи якої підключені до входів-виходів відповідно блоку контролю і налагодження 4, електронного годинника 5 і виконавчого пристрою 6, інформаційну шину 7, що з'єднана з виходами виконавчого пристрою 6. Блок обробки сигналів 2 складається з вхідного пристрою 8, до першого входу-виходу і другого входу якого підключені відповідно перший вхід-вихід і другий вхід блоку обробки сигналів 2, приймача 9, перший вхід якого з'єднаний з виходом вхідного пристрою 8, аналогоцифрового перетворювача (АЦП) 10, виходи якого підключені до виходів блоку обробки сигналів 2, четверті входи якого з'єднані з другими входами приймача 9, вихід якого з'єднаний із входом АЦП 10, передавача 11, до входу якого підключений третій вхід блоку обробки сигналів 2, вихід передавача 11 підключений до третього входу вхідного пристрою 8. ПЕА 1 встановлений на трубопроводі так, що його геометрична вісь перпендикулярна до геометричної осі трубопроводу. Поперечний переріз трубопроводу по осі ПЕА 1 є контрольованим перетином, тому що в нього випромінюються зондуючі акустичні сигнали і з нього приймаються акустичні сигнали, віддзеркалені від протилежної внутрішньої стінки трубопроводу. МікроЕОМ 3 призначена для керування процесом зондування контрольованого перетину трубопроводу і виявлення факту проходження очисного пристрою за результатами обробки віддзеркалених сигналів. Блок контролю і налагодження 4 призначений для введення в сигналізатор констант, наприклад, часу зондування, значень першого U1 і другого U2 граничних рівнів величини амплітуди корисного сигналу і тому подібних, подачі на мікроЕОМ 3 команд при налагодженні і перевірці сигналізатора, а також для видачі інформації з вузлів сигналізатора для візуального спостереження при налагодженні. Електронний годинник 5 призначений для видачі значення поточного часу при фіксації в пам'яті мікроЕОМ 3 моментів виявлення очисного пристрою в контрольованому перетині трубопроводу. Виконавчий пристрій 6 і інформаційна шина 7 призначені для видачі інформації на верхній рівень керування нафтопроводом, наприклад, за допомогою телемеханіки. Вхідний пристрій 8 блоку обробки сигналів 2 являє собою комутатор, що підключає до ПЕЛ 1 чи приймач 9, чи передавач 11 по сигналу, що видає мікроЕОМ 3 на другий вхід блоку обробки сигналів 2. Приймач 9 блоку обробки сигналів 2 виконує фільтрацію електричних сигналів, що надійшли від ПЕА 1, у смузі частот, у якій працює ПЕА 1, і підсилення цих сигналів. Коефіцієнт підсилення приймача 9 регулює мікроЕОМ 3, яка при необхідності видає відповідний код на четверті входи блоку обробки сигналів 2. Передавач 11 по сигналу, що видає мікроЕОМ 3 на третій вхід блоку обробки сигналів 2, формує сигнал для збудження ПЕА 1 і, відповідно, забезпечує формування акустичного зондуючого сигналу. На фіг.2 показано час Тр поширення випроміненого акустичного сигналу від ПЕА 1 до протилежної внутрішньої стінки трубопроводу і назад (віддзеркаленого від стінки). У процесі експлуатації трубопроводу на внутрішній поверхні його стінок нашаровується парафін. Як наслідок цього, збільшується гідравлічний опір і погіршується ряд інших техніко-економічних параметрів транспорту нафти. Найбільш раціональним і найбільш використовуваним способом видалення парафіну з внутрішньої поверхні трубопроводу є очистка за допомогою спеціального очисного пристрою, що представляє собою металевий "йорж", який переміщається в трубопроводі під тиском рідини, що транспортується, зокрема, потоку нафти. При русі по трубопроводу очисного пристрою існує небезпека його застрявання, особливо при проходженні поворотів трубопроводу, розгалужень або запорної арматури (вентилів, заслінок і тому подібного), а також у результаті несправності самих очисних пристроїв, що приводить до закупорки трубопроводу. Локалізація місця аварії, пошук очисного пристрою, що застряв і роботи з його видалення з трубопроводу вимагають великих витрат. Для звуження діапазону пошуку визнано доцільним оснащувати трубопровід через кожні 20-30км сигналізаторами, задачею яких є реєстрація факту проходження очисного пристрою через контрольований конкретним сигналізатором перетин трубопроводу і передача цієї інформації на диспетчерський пункт, наприклад, за допомогою пристроїв телемеханіки. Очисний пристрій, що переміщується в трубопроводі, здирає парафін зі стінок і подрібнює його, при цьому в потоці нафти утворюється хмара часток парафіну різного розміру, у тому числі і шматків, які у виді так називаної "парафінової пробки" довжиною до кількох кілометрів зносяться потоком нафти. Початок "пробки" випереджає очисний пристрій, що рухається в кінці "пробки". За очисним пристроєм також рухається хмара часток парафіну, однак вона складається тільки з дрібних часток і має невелику довжину - не перевищує один-два метри. Процес виявлення очисного пристрою полягає в періодичному зондуванні контрольованого перетину трубопроводу - випромінюванні в нього акустичних сигналів і прийомі акустичних сигналів, віддзеркалених від протилежної стінки трубопроводу. При відсутності в контрольованому перетині очисного пристрою чи «парафінової пробки», що його випереджає, рівень амплітуди корисного сигналу перевищує встановлений перший граничний рівень - U1. З появою «парафінової пробки» у контрольованому перетині, рівень амплітуди корисного сигналу стає нижче першого граничного рівня, а в тих випадках, коли проходять шматки парафіну, рівень амплітуди корисного сигналу може стати нижче встановленого другого граничного рівня - U2. З появою в контрольованому перетині очисного пристрою рівень амплітуди корисного сигналу стає нижче другого граничного рівня. Виявлення очисного пристрою основане на тому, що при наявності в контрольованому перетині «парафінової пробки» величина амплітуди корисного сигналу менше першого граничного рівня, але більше другого граничного рівня. Якщо проходить шматок парафіну. то величина амплітуди корисного сигналу короткочасно може стати нижче другого граничного рівня. При проходженні «парафінової пробки» величина амплітуди корисного сигналу якщо і досягає першого граничного рівня, то тільки в окремі моменти часу. При проходженні очисного пристрою через контрольований перетин величина амплітуди корисного сигналу стає менше другого граничного рівня, а потім монотонно зростає на протязі 3-5 секунд і перевищує перший пороговий рівень. Далі величина амплітуди корисного сигналу зберігається до появи в контрольованому перетині інших предметів, наприклад, шматка парафіну що відірвався. Спосіб виявлення очисних пристроїв, що переміщаються в трубопроводі, реалізується таким чином. Попередньо, у залежності від геометричних розмірів трубопроводу і діапазону значень густини рідини, що транспортується, наприклад, нафти, визначається і встановлюється частота зондуючих імпульсів (з діапазону частот 50-500Гц) і їхня тривалість, що дорівнює, наприклад, 0,5-2 мікросекунди. Крім того, при налагодженні сигналізатора, що реалізує спосіб, розраховується чи визначається експериментальне значення часу зондування - часу поширення випроміненого акустичного сигналу від ПЕА 1 до протилежної внутрішньої стінки трубопроводу і назад (до ПЕА 1), у всьому діапазоні значень густини рідини, що транспортується. Ці дані використовуються при селекції прийнятих ПЕА 1 сигналів шляхом стробування. Для виявлення очисного пристрою, що переміщується в трубопроводі, у контрольований перетин трубопроводу періодично, з встановленою частотою, випромінюють зондуючі акустичні сигнали встановленої тривалості. Для цього мікроЕОМ 3 у відповідні моменти часу, сигналом зі свого п'ятого виходу, переключає вхідний пристрій 8 блоку обробки сигналів 2 у положення передачі, після чого видає на свій шостий вихід і далі на третій вхід блоку обробки сигналів 2 сигнал відповідної тривалості. Крім того, мікроЕОМ 3 з моменту видачі сигналу на свій шостий вихід починає відлік часу зондування. Передавач 11 блоку 2 по сигналу, що надійшов від мікроЕОМ 3, формує і видає електричний сигнал збудження на ПЕА 1, що випромінює в контрольований перетин трубопроводу зондуючий акустичний сигнал із встановленими параметрами. Кожен зондуючий сигнал викликає появу акустичних віддзеркалених сигналів, що маскують корисний сигнал і які приймаються ПЕА 1. Після закінчення видачі акустичного зондуючого сигналу, мікроЕОМ 3 знімає сигнал зі свого п'ятого виходу, і вхідний пристрій 8 блоку обробки сигналів 2 розмикає ланцюг для передачі і для прийому сигналів від ПЕА 1. Тому сигнали, що надходять на ПЕА 1 у цей час, не проходять на вхід приймача 9 блоку 2, тобто проводиться стробування - селекція прийнятих сигналів за часом надходження. Після закінчення мінімального часу з діапазону часів зондування, мікроЕОМ 3 видає на свій п'ятий вихід сигнал, що, надходячи на вхідний пристрій 8, переключає його на пропуск сигналів з ПЕА 1 на вхід приймача 9, що фільтрує сигнали, які надходять, по частоті і підсилює відфільтровані сигнали - формує корисний сигнал. З виходу приймача 9 корисний сигнал надходить на вхід АЦП 10. АЦП 10 вимірює рівень амплітуди корисного сигналу - перетворює рівень амплітуди в цифровий код, що читається мікроЕОМ 3, яка запам'ятовує рівень амплітуд останніх «N» сигналів. Крім того, мікроЕОМ 3 порівнює рівень амплітуди корисного сигналу з першим і другої граничними рівнями. У випадку відсутності в контрольованому перетині трубопроводу очисного пристрою і «парафінової пробки», що його випереджає, амплітуда сигналу буде більше першого граничного рівня і, у цьому випадку, порівняння з другим граничним рівнем не проводиться. Під час очищення трубопроводу через контрольований перетин трубопроводу, як вказувалося вище, спочатку проходить "парафінова пробка", що випереджає очисний пристрій і маскує його місцезнаходження. З появою в контрольованому перетині «парафінової пробки» відбувається ослаблення віддзеркаленого акустичного сигналу і, при цьому, рівень амплітуди корисного сигналу, сформованого блоком 2, стає менше першого граничного рівня, а в деяких випадках (наприклад, коли проходить шматок парафіну, який цілком перекриває шлях зондуючого сигналу) стає менше і другого граничного рівня. Зменшення амплітуди корисного сигналу нижче першого чи другого граничних рівнів фіксує і запам'ятовує у своїй пам'яті мікроЕОМ 3. Процес проходження «парафінової пробки» триває від кількох хвилин до кількох десятків хвилин. Рівень віддзеркаленого акустичного сигналу досягає мінімуму в момент проходження очисного пристрою через контрольований перетин, але потім, після виходу очисного пристрою з контрольованого перетину, відбитий акустичний сигнал починає монотонно зростати, відповідно монотонно зростає й амплітуда корисного сигналу, величина якої через 3-5 секунд перевищить перший граничний рівень. Зміна рівня амплітуди корисного сигналу фіксується в пам'яті мікроЕОМ 3 і аналізується після прийому й обробки кожного віддзеркаленого сигналу. При виявленні послідовності амплітуд корисного сигналу, величина яких зростає монотонно від рівня, що менше другого граничного рівня, до рівня перевищуючого перший граничний рівень, мікроЕОМ 3 визначає час, на протязі якого відбувалося зростання, і, якщо цей час знаходиться в заданих межах, то фіксує факт виявлення очисного пристрою і момент часу, коли відбулося виявлення, по показу електронного годинника 5. Одночасно мікроЕОМ 3 видає у виконавчий пристрій 6 команду на передачу на верхній рівень інформації про проходження очисного пристрою через контрольований перетин трубопроводу, наприклад, за допомогою телемеханіки.