Спосіб виявлення очисних пристроїв, що переміщуються в нафтопроводі, та сигналізатор для його виконання

1 Спосіб виявлення очисних пристроїв, що переміщуються в нафтопроводі, який включає випромшення зондуючого імпульсного акустичного сигналу в контрольований переріз трубопроводу, прийом акустичного сигналу з контрольованого перерізу нафтопроводу, перетворення акустичного сигналу в електричний сигнал, фільтрацію сигналу в смузі частот зондуючого сигналу, стробування сигналу для виділення складових, що прийшли в заданому діапазоні часу після випромінення зондуючого сигналу, підсилення сигналу, який відрізняється тим, що після підсилення сигналу вимірюють його рівень та формують напругу, пропорцюнальну швидкості зростання рівня сигналу, порівнюють напругу з напругою-порогом і приймають рішення про наявність очисного пристрою, якщо напруга перевищує порогову протягом зада ного інтервалу часу 2 Сигналізатор, який складається з взаємного (приймально-передавального) ПЕА, блока обробки сигналів, мікроЕОМ, клавіатури, показуючого пристрою, електронного годинника та виконуючого пристрою, перший вхід блока обробки сигналів підключений до ПЕА, другий та третій входи - до першого та другого виходів мікроЕОМ ВІДПОВІДНО, третій, четвертий, п'ятий та шостий виходи мікроЕОМ підключені до клавіатури, показуючого пристрою, електронного годинника та виконуючого пристрою ВІДПОВІДНО, при цьому блок обробки сигналів складається з вхідного пристрою, приймача та передавача, перший сигнальний і управляючий входи вхідного пристрою та керуючий вхід передавача є першим, другим та третім входами блока обробки сигналів ВІДПОВІДНО, ВИХІД передавача підключений до другого сигнального входу вхідного пристрою, вихід якого підключений до входу приймача, який відрізняється тим, що до складу блока обробки сигналів введено аналогоцифровий перетворювач, вхід якого підключений до виходу приймача, а вихід підключений до сьомого входу мікроЕОМ, при цьому восьмий вихід мікроЕОМ підключений до керуючого входу приймача Винахід відноситься до галузі транспорту, а саме до транспортування по трубопроводах нафти та продуктів и переробки В процесі експлуатації трубопроводу парафін нашаровується на внутрішній поверхні стінок При переміщенні по трубопроводу очисних пристроїв (призначення яких - зняти парафін зі стінок) існує загроза їх зупинки при проходженні поворотів трубопроводу, розгалужень або запірних вентилів (заслінок), а також в результаті виходу з ладу самих очисних пристроїв Це призводить до "закупорки" трубопроводу (значного зменшення його пропускної спроможності) Локалізація місця аварії (пошук очисного пристрою, що зупинився) та роботи по його видаленню з трубопроводу потребують великих затрат Щоб звузити діапазон пошуку, визнано доцільним оснащувати трубопровід через кожні 20 - 30км сигналізаторами, які мають реєст рувати факт проходження очисного пристрою через контрольовані такими приладами перетини трубопроводу Відомий спосіб виявлення очисного пристрою, що переміщується в трубопроводі, який включає встановлення на очисному пристрої джерела радіоактивного випромінювання, безперервне вимірювання в контрольованому перетині трубопроводу рівня радіаційного випромінювання та прийняття рішення про наявність очисного пристрою в трубопроводі в момент різкого зростання рівня випромінювання (А С СССР № 859750, м кл F17D5/00, "Пристрій для індикації місцезнаходження очисного пристрою в трубопроводі", автори А Р Чурбанов, А Я Корбутта Ю А СІЛІНСЬКИЙ, опубл 28 02 82р ) Недоліком способу є радіаційне забруднення трубопроводу, обладнання та навколишнього се О ю 50141 редовища, а також значні труднощі з утилізацією відпрацьованої апаратури Цей спосіб являється аналогом по відношенню до способу, що заявляється Відомий спосіб виявлення очисного пристрою, що переміщується в трубопроводі, який включає встановлення на ньому пристрою для створення змінного магнітного поля, безперервний прийом магнітного поля зовні трубопроводу в контрольованому перетині та його перетворення в електричний сигнал за допомогою первинного перетворювача (котушки індуктивності), підсилення сигналу, вимірювання рівня електричного сигналу, прийняття рішення про наявність очисного пристрою в трубопроводі в момент, коли сигнал перевищує заданий рівень (дивись, наприклад, А С SU №1672104, м кл F17D5/00, "Пристрій для сигналізації об'єкта, що переміщується в трубопроводі", 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 очисному пристрої комплексу апаратури, в тому числі автономного джерела живлення, спроможного підтримувати роботу електродвигуна протягом 5 10год Оскільки В трубопроводі знаходиться легкозаймиста рідина, мають бути прийняті жорсткі заходи по забезпеченню вибухозахищеності Цей спосіб являється аналогом по відношенню до способу, що заявляється Відомий спосіб виявлення очисного пристрою, що переміщується в трубопроводі, який включає безперервний прийом акустичного шуму з контрольованого перетину трубопроводу, перетворення шуму в електричний сигнал, вузькополосну фільтрацію сигналу в смузі частот шириною (7 10)кГц в районі центральної частоти ЮОкГц, підсилення сигналу, порівняння сигналу з напругою-порогом, прийняття рішення про наявність очисного пристрою в трубопроводі в момент, коли сигнал перевищує поріг (А С SU № 1629684, м кп F17D5/00, "Пристрій для контролю проходження очисних пристроїв в трубопроводі", автори Б М Лапін та ш,опубл 23 02 91р) Недоліком способу є велика вірогідність хибних спрацювань із-за сторонніх ультразвукових шумів, які зумовлені, наприклад, завихреннями потоку рідини на гранях деталей заслінок, або роботою насосних агрегатів перекачуючих станцій, що розповсюджуються на значні відстані по металевих стінках трубопроводів Цей спосіб є аналогом по відношенню до способу, що заявляється Відомий спосіб зондування багатофазних потоків в трубопроводі за допомогою ультразвукових акустичних сигналів, який включає випромшення зондуючого імпульсного акустичного сигналу в контрольований перетин трубопроводу, прийом акустичного сигналу з контрольованого перетину нафтопроводу, перетворення акустичного сигналу в електричний сигнал, фільтрацію сигналу в смузі частот зондуючого сигналу, підсилення сигналу та його аналіз, причому випромшення та прийом акустичного сигналу виконуються в одній і тій же точці на поверхні трубопроводу (патент США per номер Н608, м кл G01S9/66, "Detecting multiple phase flow in a conduit", автор Alvm D Goolsby, опублікований 7 03 1989p ) В патенті наведені рекомендації щодо здійснення вимірювань рівня рідини в трубопроводі, що заповнений не повністю, або фіксації моменту, коли рівень забруднень рідини в трубопроводі перевищує норму Цей спосіб являється аналогом по відношенню до способу, що заявляється Відомий спосіб виявлення очисних пристроїв, що переміщуються в нафтопроводі, який включає випромшення зондуючого імпульсного акустичного сигналу в контрольований перетин трубопроводу, прийом акустичного сигналу з контрольованого перетину трубопроводу, перетворення акустичного сигналу в електричний сигнал, фільтрацію сигналу в смузі частот зондуючого сигналу, стробування сигналу для виділення складових, що прийшли в заданому діапазоні часу після випромінення зондуючого сигналу, підсилення сигналу, порівняння рівня сигналу з напругою-порогом, а рішення про наявність об'єкту приймають, якщо рівень сигналу не перевищує порогову напругу протягом заданого інтервалу часу (патент України № 32094А, МПК F17D5/00, "Спосіб виявлення об'єктів, що переміщуються в трубопроводі, та сигналізатор для його виконання", автори Коневський В В та ін ) Недоліком способу являються недостовірні спрацювання пристроїв, що реалізують спосіб, при очистці дуже забруднених трубопроводів Очисний пристрій, що рухається в трубопроводі під тиском потоку нафти, здирає парафін зі стінок та подрібнює його Хмара часток парафіну у вигляді так званої "парафінової пробки" довжиною до кількох кілометрів зносяться потоком нафти Початок "пробки" випереджає очисний пристрій на 1 - 2км Очисний пристрій рухається в КІНЦІ "пробки" Так як наявність механічних домішок у рідині затрудняє розповсюдження акустичних сигналів, сигналізатор по способу-прототипу періодично спрацьовує, починаючи з моменту початку руху "пробки" через контрольований перетин трубопроводу і до її закінчення Спосіб по патенту України № 32094А є найбільш близьким до способу, 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, пріоритет від 05 04 82р , який складається з двох взаємних (прииомопередаючих) електроакустичних перетворювачів (ПЕА), що розміщуються на протилежних стінках трубопроводу, блоку генерації та прийому сигналів, блоку формування різниці, першої та другої лінії 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 перетворюються в акустичні ультразвукові коливання Два ПЕА мають бути встановлені на протилежних стінках трубопроводу так, щоб забезпечити похиле (по відношенню до поздовжньої осі трубопроводу) 50141 зондування Акустичні сигнали почергово випромінюються першим ПЕА та приймаються другим, і навпаки Вимірюється час розповсюдження акустичного сигналу між ПЕА По різниці часу розповсюдження обчислюється оцінка швидкості потоку рідини, яка транспортується по трубопроводу Даний пристрій є аналогом по відношенню до того, що заявляється, оскільки виконує вимірювання в трубопроводі з рідиною, використовуючи ультразвук Спільними суттєвими ознаками є ПЕА, що встановлений на поверхні трубопроводу, блок генерації та прийому сигналів, зв'язок між ПЕА та блоком генерації та прийому сигналів Відомий "Сигналізатор для виявлення об'єктів, що переміщуються в трубопроводі" (патент України № 32094А, МПК F17D5/00, "Спосіб виявлення об'єктів, що переміщуються в трубопроводі, та сигналізатор для його виконання", автори Коневський В В та ш), який складається з взаємного ПЕА, блоку обробки сигналів, мікроЕОМ, клавіатури, показуючого пристрою, електронного годинника реального часу та виконуючого пристрою, перший та другий виходи блока обробки сигналів підключені ВІДПОВІДНО до ПЕА та до першого виходу мікроЕОМ, другий, третій, четвертий та п'ятий виходи мікроЕОМ підключені до клавіатури, показуючого пристрою, годинника реального часу та виконуючого пристрою ВІДПОВІДНО, при цьому блок обробки сигналів складається з вхідного пристрою, приймача та передавача, вихід передавача підключений до першого сигнального входу вхідного пристрою, другий сигнальний вхід та вихід вхідного пристрою підключені ВІДПОВІДНО до ПЕА та до сигнального входу приймача, вихід приймача, керуючі входи приймача, передавача та вхідного пристрою об'єднані і підключені до першого виходу мікроЕОМ Сигналізатор періодично випромінює в трубопровід за допомогою ПЕА короткі ультразвукові акустичні імпульси Якщо в трубопроводі немає очисного пристрою, через відомий час до ПЕА надійде акустичний сигнал, що віддзеркалився від протилежної стінки трубопроводу ПЕА перетворює акустичний сигнал в електричний Після селекції в смузі частот, по часу приходу та підсилення, приймач порівнює прийнятий сигнал з пороговою напругою Якщо рівень сигналу перевищує поріг, з виходу приймача в мікроЕОМ поступає сигнал "логічна одиниця" Якщо в трубопроводі знаходиться очисний пристрій, акустичний сигнал буде віддзеркалюватись від конструктивних елементів очисного пристрою і тому надійде в приймач раніше, ніж треба Рівень стробованого сигналу стане нижче порогу, і в мікроЕОМ надійде сигнал "логічний нуль" Якщо такий рівень утримується підряд N разів (після N випромшень акустичного сигналу), мікроЕОМ приймає рішення "очисний пристрій виявлено" і подає сигнал на включення виконавчого пристрою на інтервал часу 8 -12с Даний пристрій є прототипом по відношенню до пристрою, що заявляється, тому що має аналогічний апаратурний склад Новий пристрій відрізняється внутрішньою структурою блоку обробки сигналів та його новими зв'язками з мікроЕОМ Задачею винаходу-способу, що пропонується, є підвищення достовірності виявлення очисних пристроїв, які переміщуються в нафтопроводах Поставлена задача вирішується тим, що в способі, який включає випромшення зондуючого імпульсного акустичного сигналу в контрольований перетин трубопроводу, прийом акустичного сигналу з контрольованого перетину трубопроводу, перетворення акустичного сигналу в електричний сигнал, фільтрацію сигналу в смузі частот зондуючого сигналу, стробування сигналу для виділення складових, що прийшли в заданому діапазоні часу після випромшення зондуючого сигналу, підсилення сигналу, ДОДАТКОВО після підсилення сигналу вимірюють його рівень та формують напругу, пропорційну швидкості зростання рівня сигналу, порівнюють напругу з напругою-порогом і приймають рішення про наявність очисного пристрою, якщо напруга перевищує порогову на протязі заданого інтервалу часу Задачею винаходу-пристрою є забезпечення можливості виявлення очисних пристроїв при їх пересуванні в "хмарі" часток парафіну Для вирішення задачі в сигналізатор, який складається з взаємного (прийомо-передаючого) ПЕА, блоку обробки сигналів, мікроЕОМ, клавіатури, показуючого пристрою, електронного годинника та виконуючого пристрою, перший вхід блока обробки сигналів підключений до ПЕА, другий та третій входи - до першого та другого виходів мікроЕОМ ВІДПОВІДНО, третій, четвертий, п'ятий та шостий виходи мікроЕОМ підключені до клавіатури, показуючого пристрою, електронного годинника та виконуючого пристрою ВІДПОВІДНО, при цьому блок обробки сигналів складається з вхідного пристрою, приймача та передавача, перший сигнальний і керуючий входи вхідного пристрою та керуючий вхід передавача є першим, другим та третім входами блоку обробки сигналів ВІДПОВІДНО, ВИХІД передавача підключений до другого сигнального входу вхідного пристрою, вихід якого підключений до входу приймача, ВВЕДЕНО в склад блока обробки сигналів аналого-цифровий перетворювач, вхід якого підключений до виходу приймача, а вихід підключений до сьомого входу мікроЕОМ, при цьому восьмий вихід мікроЕОМ підключений до керуючого входу приймача Суть способу та пристрою, що заявляються, полягає в слідуючому На поверхню нафтопроводу встановлюють взаємний ПЕА За його допомогою створюють короткі ультразвукові зондуючі імпульси, які проникають крізь стінку трубопроводу в нафту Імпульси розповсюджуються до протилежної стінки і віддзеркалюються від неї Час розповсюдження сигналу через нафту в двох напрямках (іншими словами - час запізнення прийнятого імпульсу відносно зондуючого) може бути обчислений або виміряний - він практично не змінюється при експлуатації нафтопроводу ПЕА перетворює прийняті ультразвукові імпульси в електричний сигнал, який "стробують" по часу (на вхід підсилювача пропускається лише та частина сигналу, яка прийшла з "розрахунковим" запізненням) Якщо 50141 сигнал-відповідь прийшов своєчасно, на виході підсилювача буде присутній сигнал, рівень якого залежить від вмісту домішок в нафті (з підвищенням концентрації домішок рівень сигналу падає) Якщо ж в нафтопроводі знаходиться очисний пристрій, віддзеркаленого від протилежної стінки акустичного сигналу не буде, і рівень сигналу на виході підсилювача буде близький до нуля В момент, коли очисний пристрій в нафтопроводі виходить за зону дм ПЕА, сигнал на виході підсилювача різко зростає Таким чином, момент проходження очисного пристрою можна зафіксувати по різкому підвищенню рівня сигналу на виході приймача На фіг 1 зображена блок-схема сигналізатора, який заявляється Реалізація способу ілюструється по сигналізатору фіг 1 На фіг 2 наведені епюри, що пояснюють роботу сигналізатора На фіг 3 показано, як змінюється рівень сигналу на виході приймача сигналізатора під час проходження "парафінової пробки" та очисного пристрою Сигналізатор (фиг 1) складається з взаємного (прийомо-передаючого) ПЕА 1, блоку обробки сигналів 2, мікроЕОМ 3, клавіатури 4, показуючого пристрою 5, електронного годинника 6 та виконуючого пристрою 7 Блок обробки сигналів 2 складається з вхідного пристрою 8, приймача 9, аналого-цифрового перетворювача (АЦП) 10 та передавача 11 До першого входу 1 блока обробки сигналів 2 підключений взаємний (прийомопередаючий) ПЕА 1 До другого 2 та третього 3 входів блока обробки сигналів 2 підключені перший 1 та другий 2 виходи мікроЕОМ 3 Третій 3, четвертий 4, пятий 5 та шостий 6 виходи мікроЕОМ 3 підключені до клавіатури 4, показуючого пристрою 5, електронного годинника 6 та виконавчого пристрою 7 ВІДПОВІДНО Вихід ВХІДНОГО пристрою 8 через приймач 9 підключений до сигнального входу АЦП 10 Керуючий вхід приймача 9 підключений до виходу 6 мікроЕОМ Сигнальним виходом блоку обробки сигналів 2 є вихід АЦП 10, який підключений до входу 7 мікроЕОМ ПЕА 1 встановлений на трубопроводі так, щоб його геометрична вісь була перпендикулярна до геометричної осі трубопроводу Вихід виконуючого пристрою 7 підключено до системи збору інформації (телеметрії) Принцип дії сигналізатора полягає в періодичному (з частотою повторення 50 300Гц) випроміненні в трубопровід за допомогою ПЕА короткого ультразвукового імпульса (фіг 2, а) Електричний сигнал для збудження ПЕА формує передавач 11 по синхросигналу, що приходить з виходу 1 мікроЕОМ 3 На цей час мікроЕОМ 3 своїм управляючим сигналом з виходу 2 переключає вхідний пристрій (комутатор) 8 так, щоб пропустити імпульс передавача 11 до ПЕА 2 Створений ПЕА1 акустичний сигнал крізь стінку трубопроводу надходить в рідину Якщо в трубопроводі немає сторонніх предметів, через деякий час після випромшення до ПЕА надійде ультразвуковий сигнал, що повернувся (віддзеркалився) від протилежної стінки трубопроводу, В ПЕА 1, який в цьому разі працює як приймач ультразвукових сигналів, акустичний сиг 8 нал перетворюється в електричний сигнал (фіг 2, б) В розрахунковий час приходу віддзеркаленого сигналу, через час Т зап після випромшення, мікроЕОМ 3 переключає вхідний пристрій 8 так, щоб дозволити проходження віддзеркаленого сигналу в приймач 9 (фіг 2, в) В приймачі 9 здійснюється фільтрація сигналу в смузі частот, в якій працює ПЕА 1, та підсилення Коефіцієнт підсилення регулює мікроЕОМ 3 по своєму виходу 8 3 виходу приймача 9 інформаційний сигнал надходить до АЦП 10, де з заданою тактовою частотою формуються цифрові коди (числа), пропорційні амплітуді інформаційного сигналу Потік цифрових кодів надходить в мікроЕОМ З, яка має оцінити рівень сигналу В найпростішому варіанті в якості такої оцінки може використовуватись одне найбільше число з групи, що одержані після чергового випромшення зондуючого імпульсу На фіг 3 зображено, як змінюється рівень сигналу під час проходження через поперечний перетин трубопроводу "парафінової пробки" та очисного пристрою Останні N, N > 16 оцінок рівня сигналу по мірі їх формування запам'ятовуються в оперативній памяті мікроЕОМ Шляхом обробки цього масиву даних (наприклад, віднімаючи від кожної чергової оцінки рівня попередню) оцінюють швидкість зростання рівня сигналу Якщо після кількох поспіль зондувань зафіксовано, що рівень сигналу безперервно зростає, то мікроЕОМ приймає рішення "очисний пристрій зафіксовано", вмикає виконуючий пристрій 7 і утримує його у ввімкненому стані деякий час, тим самим видаючи в систему збору інформації повідомлення про виявлення очисного пристрою Одночасно мікроЕОМ 3 присвоює "події" (факту виявлення очисного пристрою) черговий номер, опитує годинник 6 і записує в архів час виявлення, дату та порядковий номер "події" Із фіг 1 видно, що сигналізатор виконаний у вигляді двох автономних вузлів - ПЕА та електронного блоку, які зв'язані лише сигнальним кабелем і можуть бути рознесені на значну відстань (до 100 - 150м) ПЕА виготовляється в герметично закритому корпусі Це дозволяє легко задовольнити вимогам вибухозахищеності, що є обов'язковою умовою роботи на нафтопроводах Переваги способу та пристрою, що заявляются, слідуючі 1 Реалізація пристроїв по способу не призводить до забруднення навколишнього середовища 2 ПЕА встановлюється на ЗОВНІШНІЙ поверхні трубопроводу, тому трубопровід не доводиться демонтувати і цим порушувати його герметичність 3 Спосіб забезпечує виявлення в трубопроводі не тільки очисних пристроїв, але й інших предметів (як металевих, так і неметалевих) 4 В пристроях забезпечується висока СТІЙКІСТЬ проти радіотехнічних завад завдяки селекції по часу прийому та частоті 5 Апаратура, що реалізує спосіб, задовольняє вимогам безпечної експлуатації Установча партія сигналізаторів по способу, що заявляється, успішно пройшла випробування на магістральних нафтопроводах України 1 * 5 *й « 10 Трубопр нафтою n Фіг а) зоїшуючі імпульси в) форма сигналу тсяя селекції по часу приходу Фіг. 2 Час проходження "парафінової пробки" Час проходжеяш очисного пристрою і>іг З ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71