Спосіб визначення якості ізоляційного покриття трубопроводу та пристрій для його реалізації

1. Спосіб визначення якості ізоляційного покриття трубопроводу, що включає генерацію електричних імпульсів, передачу струму в трубопровід, випромінювання ним в простір електромагнітних коливань, наступне їх перетворення антеною приймача в електричний сигнал з подальшим його аналізом, який відрізняється тим, що використовують щонайменше дві гармоніки сигналу генератора електричних імпульсів стабілізованого струму, при цьому струм вздовж трубопроводу обчислюють по кожній з гармонік, після чого визначають коефіцієнт згасання струму, який характеризує якість ізоляційного покриття, а як аналіз сигналу використовують спектральний аналіз. 2. Пристрій для визначення якості ізоляційного покриття трубопроводу, що містить генератор електричних імпульсів, виконаний з можливістю під'єднання до трубопроводу, та приймач електромагнітних коливань, який відрізняється тим, що генератор виконано з можливістю генерації електричних імпульсів стабілізованого струму щонайменше з двома гармоніками одночасно, а приймач містить щонайменше дві паралельні котушки, розташовані на відстані одна від одної, та містить обчислювач, що виконаний з можливістю здійснювати спектральний аналіз прийнятого сигналу і визначати коефіцієнт згасання струму, який характеризує якість ізоляційного покриття. (19) UA (21) a200806273 (22) 13.05.2008 (24) 26.07.2010 (46) 26.07.2010, Бюл.№ 14, 2010 р. (72) МУХЛИНІН СЕРГІЙ МИХАЙЛОВИЧ, ТКАЛЕНКО МИКОЛА АНДРІЙОВИЧ, ЄРЕМЕНКО ВАСИЛІЙ ІВАНОВИЧ (73) МУХЛИНІН СЕРГІЙ МИХАЙЛОВИЧ (56) Ткаленко М.А., Юхимець П.С., Мухлинін С.М., Єременко В.І., Гірник Д.А. Методика та апаратура двочастотних вимірів для перевірки якості ізоляційного покриття трубопроводу у вологих ґрунтах та на водних переходах // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. - №1.- 2008. – C.19 - 23 Яворський А.В. Розробка методу та системи для безконтактного контролю стану ізоляції промислових нафтогазопроводів. Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук. Івано-Франківськ. - 2005. UA 20227 A; 15.07.1997 UA 43008 A; 15.11.2001 RU 2005307 C1; 30.12.1993 UA 28731 A; 16.10.2000 JP 11069583 A; 09.03.1999 GB 934098 A; 14.08.1963 JP 11190778 A; 13.07.1999 Мухлинін С.М. Визначення технічного стану ізоляційного покриття з використанням двочастотної C2 2 (11) 1 3 спричиняють випромінювання електромагнітних коливань в простір, використовуючи в якості випромінювача досліджуваний трубопровід, та в наступному їх перетворенні антеною приймача в електричний сигнал з подальшим його аналізом. Для реалізації даного способу використовують пристрій, що складається з керованого генератора електричних коливань та приймача електромагнітних коливань. В порівнянні з аналогом прототип має такі переваги: можливе усунення негативної дії значних електромагнітних завад шляхом оцінки електромагнітного фону при неактивному випромінювачі, можливе дослідження паралельних трубопроводів. Але зберігаються такі недоліки: під час практичних вимірювань неможливо врахувати зміну числових значень розподілених параметрів трубопроводу по всій його довжині, перед вимірюванням необхідно визначити цілий ряд електричних параметрів трубопроводу за допомогою допоміжної апаратури, не враховуються зміни складу ґрунту вздовж трубопроводу. В основу винаходу поставлено задачу вдосконалення способу визначення якості ізоляційного покриття трубопроводу та пристрою для його реалізації шляхом того, що використовують щонайменше дві гармоніки сигналу генератора, при цьому струм вздовж трубопроводу обчислюють по кожній з гармонік, а в якості аналізу сигналу використовується спектральний аналіз. Генератор пристрою для реалізації способу виконано з можливістю генерації електричних імпульсів стабілізованого струму щонайменше з двома гармоніками одночасно, а приймач містить щонайменше дві паралельні котушки, розташовані на відстані одна від одної, та містить обчислювач, що має можливість аналізу спектру прийнятого сигналу. Це дозволяє обчислити міру впливу розподілених параметрів трубопроводу на результати вимірювання без додаткових вимірювань додатковою апаратурою та виключити їх вплив, визначити зміну розподілених параметрів трубопроводу та зміну складу ґрунту вздовж трубопроводу, підвищити точність визначення глибини залягання, струму в трубопроводі, якості ізоляційного покриття та оцінити похибку вимірювань. Поставлена задача досягається тим, що в способі визначення якості ізоляційного покриття трубопроводу, що полягає в генерації електричних імпульсів, що спричиняють випромінювання електромагнітних коливань в простір, використовуючи в якості випромінювача досліджуваний трубопровід, та в наступному їх перетворенні антеною приймача в електричний сигнал з подальшим його аналізом, новим є те, що використовують щонайменше дві гармоніки сигналу генератора, при цьому струм вздовж трубопроводу обчислюють по кожній з гармонік, а аналіз сигналу полягає в спектральному аналізі. В пристрої для визначення якості ізоляційного покриття трубопроводу, що складається з генератора електричних коливань та приймача електромагнітних коливань, новим є те, що генератор виконано з можливістю генерації електричних імпульсів стабілізованого струму щонайменше з двома гармоніками одночасно, а 91383 4 приймач містить щонайменше дві паралельні котушки, розташовані на відстані одна від одної, та містить обчислювач, що має можливість аналізу спектру прийнятого сигналу. Генератор імпульсів стабілізованого струму щонайменше з двома гармоніками одночасно передає струм в трубопровід. Він побудований таким чином, що співвідношення амплітуд гармонік вихідного сигналу заздалегідь відоме і залишається постійним впродовж усього часу експлуатації, а струм по кожній з гармонік залишається постійним впродовж одного вимірювання. Це дозволяє на стороні приймача отримати принаймні дві значимі гармоніки, амплітуди яких на порядок більші за амплітуди шуму та завад. Проходячи вздовж трубопроводу, різні гармоніки сигналу генератора неоднаково згасаюсь внаслідок дії розподілених параметрів трубопроводу, оточуючого ґрунту та наявних пошкоджень ізоляційного покриття [2; 3]. Приймач містить щонайменше дві паралельні котушки, розташовані на деякій заздалегідь відомій відстані одна від одної. На кожну котушку, розташовану вздовж магнітних ліній поля, створюваного трубопроводом, наводиться ЕРС, значення якої прямо пропорційне струму в трубопроводі та обернено пропорційне відстані від трубопроводу. Принаймні за двома значеннями ЕРС різних приймальних котушок можна визначити глибину залягання трубопроводу та струм вздовж трубопроводу [1]. Виконуючи спектральний аналіз прийнятого сигналу по кожній з приймальних котушок, обчислюються значення глибини залягання трубопроводу. Оскільки на приймальні котушки також діють електромагнітні завади, то значення глибини залягання на різних гармоніках можуть відрізнятися. Таким чином, абсолютна похибка визначення глибини може визначатися як різниця між найбільш віддаленими значеннями глибини на різних гармоніках. За визначеною середньою глибиною визначають струм в трубопроводі по кожній із значимих гармонік сигналу, в результаті чого отримують дискретну залежність струму в трубопроводі від частоти гармоніки. Чим більша кількість значимих гармонік сигналу (К), тим точніше буде отримана ця залежність. Відношення отриманої залежності до попередніх вимірів (декремент згасання струму) екстраполюють до нульової або близької до неї частоти (не більше 3Гц) [8] за теоретичним законом залежності коефіцієнту згасання струму від частоти: A 1 2 B, 1 (1) де - декремент згасання струму, ω - частота струму генератора, А, В - невідомі коефіцієнти залежності, які визначаються в результаті регресивного аналізу отриманих даних або теоретично з допомогою додаткових вимірів за наступними формулами: A 1 2 , 2, i де t - умовна товщина шару ґрунту навколо трубопроводу, B 2 i tit 5 - питомий опір ґрунту, - питомий опір ізоляції трубопроводу, ε - діелектрична проникність ізоляції трубопроводу, ti - товщина ізоляції [9; 6]. Це виключає вплив розподілених параметрів трубопроводу на згасання струму в трубопроводі, яке повністю визначає питомий опір ізоляційного покриття трубопроводом, що згідно з [4] визначає його якість. За даним способом обчислюється сукупний вплив складу ґрунту та розподілених параметрів трубопроводу на згасання струму між двома сусідніми вимірами. Оскільки вимірювання проводять з невеликим інтервалом (до 200м) [4], то це дозволяє з достатньою точністю врахувати зміну розподілених параметрів та складу ґрунту вздовж трубопроводу, причому, при зменшенні інтервалу обстеження збільшується точність методу. Сутність винаходу пояснюється кресленнями, де на Фіг.1 зображено структурну схему приймача пристрою для визначення якості ізоляційного покриття трубопроводу, на Фіг.2 - загальну схему вимірювання, на Фіг.3 - алгоритм роботи програми універсального обчислювача, на Фіг.4 - алгоритм обчислення коефіцієнта згасання струму зі спектру сигналу. Для реалізації способу визначення якості ізоляційного покриття трубопроводу використовують переносний пристрій (Фіг.1), який містить антенну систему 1, яка приєднана до підсилювача з програмованим коефіцієнтом підсилення 2. В свою чергу, підсилювач 2 приєднаний до аналогоцифрового перетворювача 3, який має зв'язок із формувачем інтерфейсу 4, який має можливість змінювати коефіцієнт підсилення підсилювача 2 через обернений зв'язок. Формувач інтерфейсу 4 підключений до обчислювача 5, який має двосторонній зв'язок з оператором через дисплей 6 та органи керування 7. Спосіб реалізується наступним чином. Спочатку позитивний полюс спеціального генератора 8 (Фіг.2) приєднують до трубопроводу в початковій точці (наприклад, в оглядовому колодязі або до кранових вузлів трубопроводу), а негативний - до штиря заземлення, що знаходиться якомога далі від трубопроводу. В цьому випадку трубопровід 9, що знаходиться під землею або під водою 10 внаслідок протікання в ньому струму створює електромагнітне поле навколо себе. Далі, в зазначених точках над трубопроводом оператор за допомогою переносного пристрою 11 виконує вимірювання, яке проходить наступним чином. Антенна система 1 (Фіг.1), що знаходиться в переносному пристрої, сприймає електромагнітні коливання та перетворює їх в електричний сигнал, який підсилюється до потрібної амплітуди за допомогою підсилювача 2. Обчислювач при потребі алгоритму обробки може керувати коефіцієнтом підсилення підсилювача 2 через обернений зв'язок. Аналого-цифровий перетворювач 3 дискретизує аналоговий сигнал, що надійшов до нього з підсилювача в послідовність цифрових кодів, яка потрапляє на формувач інтерфейсу, з якого надсилається в неперервному режимі на обчислювач i 91383 6 через його власний високошвидкісний зовнішній інтерфейс (наприклад, USB, РСІ, 1394, і т.п.) [7]. Потім прийнятий сигнал обчислювач обробляє наступним чином. Після запуску програми на обчислювачі (Фіг.3) задаються початкові дані об'єкту. Далі в неперервному циклі виконується зчитування даних, які надійшли з антенної системи, далі виконується спектральний аналіз цих даних (перетворення Фур'є) [5], в результаті якого визначається амплітуда кожної із гармонік сигналу генератора. За отриманими амплітудами гармонік визначається оптимальний коефіцієнт підсилення методом половинного ділення. Якщо значення амплітуди сигналу виходить за встановлені оптимальні рамки, то виконується встановлення нового коефіцієнта підсилення через обернений зв'язок, після чого знову виконується перевірка оптимальності коефіцієнта підсилення. Після виконання кожного циклу роботи оператору показується поточне значення ЕРС, наведеної в антенну систему для правильного орієнтування останньої відносно трубопроводу. Оператор має змогу перервати цикл вимірювання через органи керування в будь-який час. Коли оператор через органи керування дає команду початку вимірювання, то програма проводить зчитування наступного блоку цифрованого сигналу з антенної системи та виконує спектральний аналіз, після чого визначається коефіцієнт згасання струму, за яким визначається стан ізоляційного покриття, використовуючи відому методику та порогові значення критерію оцінки якості ізоляційного покриття [1]. Визначення коефіцієнта згасання стуму виконується наступним чином. Для усіх К 2 значимих гармонік генератора (Фіг.4) виконується обчислення глибини залягання трубопроводу, після чого, для тих самих гармонік виконується обчислення струму вздовж трубопроводу. Далі визначається середнє значення глибини залягання трубопроводу по усім гармонікам сигналу з метою виключення впливу електромагнітних завад на вимірювання. Далі за законом (1) виконується екстраполяція залежності струму від частоти на нульову частоту. На цьому етапі визначаються невідомі коефіцієнти А та В за допомогою регресивного аналізу по даних спектрального аналізу. За обчисленими значеннями в двох сусідніх точках обстеження струму нульової частоти, втрати якого відбуваються тільки за рахунок пошкоджень ізоляційного покриття, обчислюють коефіцієнт згасання струму, що і буде визначати якість ізоляційного покриття. Джерела інформації: 1. Бурымский В.К., Гирнык В.А., Дыскин Э.М., Лилак Н.Н., Ткаленко Н.А., Юхимец П.С. Обследование трубопроводов Ахтырского НГДУ. Ж. Техническая диагностика и неразрушающий контроль №4, 2000. К.: Институт электросварки им. Е.О.Патона НАН Украины. 2. Джала Р.М. Електромагнітні обстеження і контроль корозії трубопроводів // Механіка руйнування і міцність матеріалів: Довідн. посібник / Під загальною назвою ред. В.В.Панасюк. - Т.5: Неруйнівний контроль і технічна діагностика / Під ред. З.Т.Назарчука. - Львів: ФМІ ім.Г.В.Карпенка НАН України. - 2001. - Розділ 5. - с. 263-330 7 3. Дикмарова Л.П., Корниенко В.Ю. Сопротивление изоляционного покрытия подземного трубопровода // Нефт. пром-ть. Н.-т. достиж. и перед. опыт, рекоменд. для внедр. / Инф.сб. М.:ВНИИОЗНГ, 1991 - Вып.12 - с.51-56 4. ДСТУ 4219-2003 Трубопроводи сталеві магістральні. Загальні вимоги до захисту від корозії. 5. Кудрявцев Л.Д., Математический анализ. Том 2. Учебник. Второе издание - 1998г. 6. Мухлинін СМ. Визначення технічного стану ізоляційного покриття з використанням двочастотної методики обстеження Вісник НТУУ «КПІ» Приладобудування. 2008.- №5 7. Скотт Мюллер. Модернизация и ремонт ПК (глава 15 - Последовательный, параллельный и другие интерфейсы ввода/вывода) = Upgrading and Repairing PCs. - 17 изд. - Μ.: «Вильяме», 2007. - С. 1016 - 1026. - ISBN 0-7897-3404-4 91383 8 8. Стрілецький Ю.Й. Розробка методики та пристрою для дистанційного контролю стану ізоляційного покриття підземних газопроводів. ІваноФранківськ, 1999. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук. 9. Ткаленко М.А., Юхимець П.С., Мухлинін СМ., Єременко В.І., Гірник Д.А. Методика та апаратура двочастотних вимірів для перевірки якості ізоляційного покриття трубопроводу у вологих ґрунтах та на водних переходах. Ж. Техническая диагностика и неразрушающий контроль №1, 2008. К.:Институт электросварки им. Е.О.Патона НАН Украины. 10. Яворський А.В. Розробка методу та системи для безконтактного контролю стану ізоляції промислових нафтогазопроводів. ІваноФранківськ, 2005. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук. 9 Комп’ютерна верстка Л. Купенко 91383 Підписне 10 Тираж 28 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