VI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2014

Известен ряд способов получения информации о состоянии линейной части магистрального трубопровода: устройства для контроля состояния проходного сечения трубопровода, использование внутритрубных инспекционных снарядов с ультразвуковыми датчиками, использование передвижных газоанализирующих установок, электрометрия и акустические определители мест утечек [1].

Указанные способы, обладая высокой информационной ценностью, не позволяют получать информацию о состоянии магистрального трубопровода в совокупном виде (обо всех возможных недостатках объекта) и обладают низкой оперативностью [2].

Для усовершенствования диагностики линейной части магистрального трубопровода предлагается использовать способ [3], суть которого состоит в зондировании линии передачи (волновода) сверхвысокочастотным (СВЧ) импульсом наносекундной длительности с последующей фиксацией времени прохода отраженного от неоднородности импульса к входному концу волновода. Применительно к нашей задаче волноводом является трубопровод.

Данный способ может быть реализован с помощью устройства импульсной диагностики, структурная схема которого приведена на рисунке 1.

Сформированный генератором 2 импульс наносекундной длительности через ферритовый вентиль 3 поступает на вход I циркулятора 4 и далее через вход – выход II циркулятора, через антенну 5 и устройство ввода 6 в контролируемую трубу 7. Для формирования опорного импульса с целью задания «точки» отсчета времени прохождения импульса по трубе перед началом измерений антенна 5 закрывается металлическим листом – отражателем. Отраженный от этого отражателя импульс поступает через вход – выход II циркулятора на вход – выход III и далее в согласованную нагрузку 9. С детектора 10 огибающая этого импульса подается на устройство обработки и отображения информации 12. В его качестве может использоваться скоростной осциллограф, сопряженный с персональным компьютером. Временная отметка импульса с детектора 10 на шкале времени осциллографа используется в качестве опорного момента времени t₁ для последующего измерения временного интервала между импульсами. С детектора 11 сигнал, пропорциональный мощности падающего импульса подается на запуск развертки скоростного осциллографа 12.

Рис. 1. Структурная схема устройства импульсной диагностики

В рабочем режиме удаляется отражатель у антенны 5 и зондирующий СВЧ импульс через радиопрозрачную диэлектрическую вставку 13 поступает в контролируемую трубу 7. Отраженный от инородного объекта 8 импульс возвращается на вход II циркулятора, через вход III проходит в согласованную нагрузку 9 и поглощается в ней. С детектора 10 огибающая отраженного импульса подается на устройство 12, формируя метку t₂. Таким образом, на экране осциллографа мы наблюдаем два импульса, расположенных друг от друга на некотором временном интервале Δt=t_2-t1. Этот интервал равен времени пробега СВЧ импульса до инородного объекта и обратно. Отсюда, зная скорость распространения СВЧ импульса по трубе (0,3 м/нс), можно определить расстояние от точки ввода СВЧ импульса в трубу до объекта по простой формуле

lx=Δt∙V2,

где V - скорость распространения сверх высокочастотного импульса по трубе.

С целью выделения полезного сигнала предварительно записывается эхограмма контролируемого участка трубы, в котором заведомо отсутствуют инородные объекты. Эхограмма представляет собой зарегистрированную цифровым осциллографом и обработанную сопряженным с ним компьютером последовательность импульсов, отраженных от изгибов, запорной арматуры, стыков газопровода [4]. По мере необходимости производят сравнение этой опорной эхограммы с контрольной, в результате которого выявляется отсутствующий ранее импульс, соответствующий возникающей гидратной пробке или иному инородному объекту в трубе.

Данный способ позволяет отслеживать динамику изменения картины отраженных импульсов, постепенно пополняя банк данных типовых участков отраженной картины, облегчая интерпретацию и повышая ее точность. Вместе с тем появляется возможность отслеживать постоянное и периодическое изменение состояния контролируемого участка трубопровода.

Перечень использованных источников:

1. Гошко А.И., Асцатуров А.С. Трубопроводы целевого назначения. Справочник в 2-х книгах. Кн. 2: Монтаж. Техническое обслуживание. Ремонт. М.: МЕЛГО, 2006. 255 с.: с ил.

2. Патент №2.186.289(РФ). Способ диагностики линейной части магистрального трубопровода. Зыкин И.И., Токарев В.В., МКИ F17D5/02, 2002.

3. Патент №2.020.467 (РФ). Способ обнаружения сквозных дефектов в трубопроводах. Арзин А.П., Жуков В.Л., Левин С.Ю., Овчинников В.П., Саяпин А.Ф., Фетисов Г.О., Шиян В.П., Штейн Ю.Г., МКИ G01N27/90, 1994.

4. Кармазинов Ф.В., Дикарев В.И., Заренко Д.В., Койнаш Б.В. Вода, нефть, газ и трубы в нашей жизни / Под ред. д.т.н., профессора Кармазинова Ф.В. – СПб.: Наука и Техника, 2005. – 296 с.: ил.