Измерительно–диагностический комплекс для определения расположения скрытых трубопроводов

Гапоненко Сергей Олегович; Кондратьев Александр Евгеньевич; Политова Татьяна Олеговна

УДК 550.812.14

ИЗМЕРИТЕЛЬНО-ДИАГНОСТИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСПОЛОЖЕНИЯ СКРЫТЫХ ТРУБОПРОВОДОВ

С.О. ГАПОНЕНКО, А.Е. КОНДРАТЬЕВ, Т.О. ПОЛИТОВА

Казанский государственный энергетический университет

Необходимость разработки новых методов и методик поиска трубопроводов, из которых наиболее перспективным, по мнению авторов, является акустический метод с использованием резонансных явлений. Для реализации предлагаемого метода разработан и изготовлен измерительно-диагностический комплекс для определения расположения скрытых трубопроводов с программным обеспечением.

Ключевые слова: диагностика, трубопровод, резонансные явления, акустический метод, анализ полезного сигнала.

Россия - самая холодная страна в мире с самым высоким уровнем централизованного теплоснабжения в Европе [1]. Суммарная протяженность тепловых сетей составляет 125 тыс. км (в двухтрубном исчислении). Кроме того, в Российской Федерации эксплуатируются магистральные трубопроводы различного назначения общей протяженностью около 230 тыс. км, основную долю которых (более 60 % протяженности) составляют магистральные газопроводы, а остальные транспортируют опасные жидкости, такие как нефть, нефтепродукты, конденсат, широкую фракцию легких углеводородов, этилен и жидкий аммиак [2]. Около 40 % из них отработали более 20 лет [3, 4].

С ростом протяженности и времени эксплуатации трубопроводов увеличивается число их остановок [5]. Скрытая коррозия приводит к серьезным авариям, которые наносят непоправимый ущерб окружающей среде, экономике и нередко бывают причиной гибели людей [6, 7]. Поэтому надежная работа тепловых сетей - проблема не только техническая, но и социальная, поскольку напрямую затрагивает интересы населения. Для обеспечения безопасности требуется постоянно увеличивать объемы и качество комплексного диагностирования, материального и финансового обеспечения работ по ремонту и реконструкции объектов [8].

Традиционно проблема обеспечения безопасности продления срока службы трубопроводов решается, прежде всего, проведением капитального ремонта со сплошной заменой труб или с заменой изоляционного покрытия [9].

Измерительно-диагностический комплекс (ИДК) (рис. 1, 2) предназначен для определения частоты и возбуждения резонансных колебаний в полом объекте, регистрации, обработки и анализа полезного сигнала, получаемого двумя микрофонами. ИДК состоит из унифицированного пакета прикладных программ для ЭВМ (УПП) и экспериментальной установки (ЭУ).

Известно устройство для определения расположения трубопроводов и поиска мест утечек рабочей среды, которое содержит передвижную тележку, вычислитель разности акустических сигналов и две телескопические штанги, на концах которых установлены чувствительные элементы, выполненные в виде пьезоэлектрических датчиков, с возможностью регулирования расстояния между ними [10].

Рис. 1. Измерительно-диагностический комплекс для определения расположения скрытых трубопроводов: 1 - основание; 2 - исследуемый трубопровод; 3 - чувствительный элемент (микрофон); 4 - продольная ось исследуемого трубопровода; 5 - акустический излучатель; 6 - цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП); 7 - персональный компьютер (ПК);

8 - шарнирное крепление исследуемого трубопровода к основанию;

9 - устройство перемещения чувствительных элементов; 10 - каретка; 11 - направляющая каретки; 12 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП)

Рис. 2. Измерительно-диагностический комплекс

Задачей предлагаемого способа является создание устройства для лабораторных исследований эффективности поиска трубопроводов различных диаметров и материалов по их резонансной частоте.

Технический результат достигается тем, что ИДК содержит основание 1, на котором размещен исследуемый трубопровод 2, систему регистрации, состоящую их двух чувствительных элементов 3, установленных с возможностью регулирования расстояния между ними, и механизма передвижения чувствительных элементов вдоль продольной оси исследуемого трубопровода 2. Также введена система возбуждения, состоящая из последовательно соединенных акустического излучателя 5, установленного вдоль продольной оси 4 на конце исследуемого трубопровода, цифро-аналогового преобразователя 6 и персонального компьютера 7. При этом на основании 1 установлен акустический излучатель 5 с исследуемым трубопроводом 3, размещенным с возможностью поворота в горизонтальной плоскости при помощи шарнирного крепления 8 его конца к основанию. Механизм передвижения снабжен

устройством перемещения чувствительных элементов 9 на равные расстояния от продольной оси исследуемого трубопровода 2 и выполнен в виде каретки 10 с направляющими 11, установленными на основании, причем чувствительные элементы установлены на каретке и соединены через дополнительно введенный аналого-цифровой преобразователь 12 с персональным компьютером 7.

При этом основание 1 выполнено массивным и виброустойчивым, а чувствительные элементы 3 выполнены в виде микрофонов.

Принцип работы устройства заключается в регистрации микрофонами 3 акустических сигналов, которые возбуждаются в исследуемом трубопроводе 2 акустическим излучателем 5.

Измерительно-диагностический комплекс для определения расположения скрытых трубопроводов работает следующим образом.

Вдоль продольной оси 4 на конце исследуемого трубопровода 2 устанавливают акустический излучатель 5. На массивное виброустойчивое основание 1 устанавливают акустический излучатель 5 с исследуемым трубопроводом 2, конец которого шарнирно закреплен на основании 1 при помощи шарнирного крепления 8.

Микрофоны 3, расположенные на каретке 10, устанавливают над исследуемым трубопроводом 2. С помощью персонального компьютера 7 производят поиск резонансной частоты колебания исследуемого трубопровода 2. Преобразование выходного сигнала персонального компьютера 7 в аналоговую форму производится ЦАП 6. После регистрации резонансной частоты исследуемого трубопровода 2, каретку 5 с расположенными на ней микрофонами 3, перемещают по направляющим 11 вдоль продольной оси 4 исследуемого трубопровода 2. Поворот исследуемого трубопровода 2 в горизонтальной плоскости с помощью шарнирного крепления 8 его конца к основанию приводит к разности акустических сигналов, принимаемых микрофонами 3. Регистрируемые микрофонами 3 сигналы через АЦП 12 обрабатываются в персональном компьютере 7.

Таким образом, данное техническое решение позволит проводить лабораторные исследования эффективности поиска трубопроводов различных диаметров и материалов по их резонансной частоте [11].

Summary

Need of development of new methods and techniques of search of pipelines from which the most perspective, according to authors, the acoustic method with use of the resonant phenomena is. For realization of an offered method the measuring and diagnostic complex for definition of an arrangement of the hidden pipelines with the software is developed and made.

Keywords: diagnostics, pipeline, resonant phenomena, acoustic method, analysis of a useful signal.

Литература

1. Бухин В. Е. Предварительно изолированные трубопроводы для систем централизованного теплоснабжения //Новости теплоснабжения. № 3. (19), 2002, С.25 - 31.

2. http://russiamobile-isafseo.1gb.ru/isolution/200808292016/ Информационный портал/ Коррозионные дефекты и методы защиты трубопроводов.

3. Кривошапка И.В. Диагностика теплотрасс. Каждый рубль вернется в девятикратном размере //Энергетика и промышленность России, 2006. №2 (66).

4.Черепанов А. Рецепт долголетия// Нефть России. 2001. № 9.

5. Гумеров А.Г., Зайнуллин Р.С., Ямалеев К.М., Росляков А.В. Старение труб нефтепроводов. М.: Издательство «Недра», 1995.

6. Луценко Г. Г., Галаненко Д. В., Гогуля В. Н., Рябец Т. А., Мамчур М. А. Совмещение возможностей стационарных систем контроля и мобильности ручного дефектоскопа - это реальность// В мире неразрушающего контроля. 2004. №4. С.32-34.

7. Черкасов Н.П. Поиск новых решений// Экономика и ТЭК сегодня. http://www.rusoil.ru/contents/o06-34.html.

8. Самойлов Е.В. Новый подход к оценке технического состояния трубопроводов тепловых сетей// Материалы Конференции «Тепловые сети. Современные решения», 2005 http://www.rosteplo.ru/Tech_stat/stat_shablon.php?id=605.

9. Самойлов Е.В. Диагностика трубопроводов тепловых сетей как альтернатива летним опрессовкам// ЖКХ. Журнал руководителя и главного бухгалтера. 2003. №4.

10. Кондратьев А.Е., Загретдинов А.Р., Гапоненко С.О. Способ определения расположения трубопровода: пат. Рос. Федерация: МПК G01V1/00, заявитель и патентообладатель КГЭУ. -№120784; опубл. 27.09.2012.

11. Кондратьев А.Е., Загретдинов А.Р., Гапоненко С.О., Мутигуллин Р.З. Измерительно -диагностический комплекс для определения расположения скрытых трубопроводов: пат. Рос. Федерация: МПК G01V1/00, заявитель и патентообладатель КГЭУ. - №2012152734/28(083997); заявл. 06.12.2012.

Поступила в редакцию

Гапоненко Сергей Олегович - магистрант кафедры «Промышленная теплоэнергетика и системы теплоснабжения» (ПТЭ) Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ). Тел.: 8 (987) 4170041. E-mail: sogaponenko@yandex.ru.

Кондратьев Александр Евгеньевич - канд. техн. наук, доцент кафедры «Промышленная теплоэнергетика и системы теплоснабжения» (ПТЭ) Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ).

Политова Татьяна Олеговна - аспирант кафедры «Промышленная теплоэнергетика и системы теплоснабжения» (ПТЭ) Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ).

Текст научной работы на тему «Измерительно–диагностический комплекс для определения расположения скрытых трубопроводов»