CC BY
84
Гапоненко С.О.
Казанский государственный энергетический университет, г. Казань
РАЗРАБОТКА МЕТОДА ПОИСКА И ДИАГНОСТИКИ ЗАГЛУБЛЕННЫХ В ГРУНТ ТРУБОПРОВОДОВ
Ключевые слова: трубопроводы, тепловые сети, определение расположения трубопровода.
Аннотация. ОАО «Казанская теплосетевая компания» («КТК») совместно с ОАО «Генерирующая компания» начинает масштабную инвентаризацию многоквартирных домов столицы РТ. Для этого была создана рабочая группа, которой до марта 2014 года предстоит выяснить технические возможности установки в многоквартирных домах автоматизированных индивидуальных тепловых пунктов (АИТП) и оценить экономический эффект от реализации проекта перевода жилых объектов от централизованных тепловых пунктов (ЦТП) к АИТП. В ходе реализации программы планируется ликвидировать 125 централизованных тепловых пункта и одновременно установить в 1,7 тыс. домов автоматизированные индивидуальные тепловые пункты.
По словам заместителя генерального директора по реализации тепловой энергии «КТК» Рима Музаффаровича Галиахметова, проблема заключается в том, что содержать ЦТП и особенно линии горячего водоснабжения (ГВС) до домов довольно накладно: внутриквартальные сети вместе с ЦТП были переданы КТК в крайне изношенном состоянии. «И самое главное, деаэраторы (устройства удаления кислорода из воды) на тот момент уже были выведены из строя. А насыщенная кислородом вода действует на трубы, как наждак», - рассказал Галиахметов Р.М. - «И даже новые трубы при нормативе службы в 20 лет выходят из строя уже через 3 - 5 лет».
Таким образом, с увеличением времени эксплуатации тепловых сетей увеличивается скрытая коррозия, что приводит к увеличению количества остановов оборудования и к серьезным авариям, которые наносят непоправимый ущерб окружающей среде, экономике и нередко бывают причиной гибели людей. Поэтому надежная работа тепловых сетей -проблема не только техническая, но и социальная, поскольку напрямую затрагивает интересы населения. И для обеспечения безопасной эксплуатации тепловых сетей требуется постоянно увеличивать объемы и качество комплексного диагностирования, материального и финансового обеспечения работ по ремонту и реконструкции объектов.
При проведении строительных работ, прокладке новых коммуникаций или бурении скважин, вопрос повреждения существующих трубопроводов встает очень остро. Безопасность является необходимым условием проведения любых работ на объектах, а поврежденный трубопровод является причиной серьезной опасности.
Для поиска заглубленных трубопроводов широкое применение получил метод вихревых токов. Однако этот метод не обеспечивает высокую достоверность и избирательность определения расположения трубопроводов. Кроме того, применение данного метода невозможно для поиска неметаллических объектов.
Для решения указанных недостатков разработан способ определения расположения трубопроводов. Проведены теоретические и экспериментальные исследования, подтверждающие эффективность применения предлагаемого технического решения.
Задачей предлагаемого способа и реализующего его устройства является создание простого способа, обеспечивающего высокую достоверность и избирательность определения расположения как неметаллических, так и металлических трубопроводов.
Технический результат достигается тем, что в способе определения расположения трубопровода, по которому перемещают транспортируемую
среду и который имеет запорно-регулирующая арматуру, при этом трубопровод размещен в грунте, заключающемся в том, что в трубопроводе осуществляют генерирование звуковых колебаний с резонансной частотой посредством динамического излучателя и регистрацию сигнала динамического излучателя посредством чувствительного элемента, трубопровод освобождают от транспортируемой среды, снимают запорно-регулирующую арматуру, на месте которой устанавливают динамический излучатель, над началом трубопровода устанавливают чувствительный элемент, посредством динамического излучателя в трубопроводе осуществляют генерирование звуковых колебаний с резонансной частотой, находящейся в диапазоне от 800 до 3100 Гц, производят посредством чувствительного элемента регистрацию резонансной частоты трубопровода в диапазоне от 800 до 3100 Гц, после чего осуществляют поиск трубопровода путем перемещения чувствительного элемента над грунтом в сторону сохранения максимальной амплитуды колебаний грунта на этой резонансной частоте, при этом о расположении трубопровода судят по наличию максимумов амплитуд колебаний грунта на этой резонансной частоте.
Способ реализуется следующим образом.
На персональном компьютере 1 производят поиск резонансной частоты трубопровода 6 в диапазоне от 800 до 3100 Гц. Преобразование выходного сигнала персонального компьютера 1 в аналоговую форму производится ЦАП 2, а усиление сигнала, поступающего на динамический излучатель 4, усилителем 3. После регистрации резонансной частоты трубопровода 6 чувствительный элемент 7 перемещают над грунтом в сторону сохранения максимальной амплитуды колебаний грунта на заданной частоте. Регистрация сигнала персональным компьютером 1 производится АЦП 8. Для повышения достоверности определения расположения трубопровода поиск повторяют на других резонансных частотах, находящихся в диапазоне от 800 до 3100 Гц.
Предлагаемый способ обеспечивает высокую достоверность обнаружения как неметаллических, так и металлических трубопроводов.
На рис. 1 изображено устройство, реализующее предлагаемый способ
определения расположения трубопровода.
4 5 3 1 876
Рис. 1 Устройство, реализующее предлагаемый способ определения расположения трубопровода: 1 - персональный компьютер, 2 - цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), 3 - усилитель сигнала, 4 - динамический излучатель, 5 - колодец, 6 - трубопровод, 7 - чувствительный элемент, 8 - аналогово-цифровой преобразователь (АЦП)
Задачей предлагаемого способа и реализующего его устройства (рис. 2) является создание устройства для определения расположения трубопроводов и поиска мест утечек рабочей среды, позволяющего упростить процесс сканирования поверхности грунта, а также обеспечить достоверное обнаружение трубопроводов различных диаметров и материалов.
1 - поверхность грунта;
2 - трубопровод;
3 - тележка;
4 - телескопическая штанга;
5 - люлька;
6 - вычислитель разности акустических сигналов;
7 - микрофон.
1 - поверхность грунта;
2 - трубопровод;
3 - тележка;
4 - телескопическая штанга;
5 - люлька;
6 - вычислитель разности вибросигналов;
7 - фиксирующее кольцо;
8 - штырь с пьезоэлектрическим датчиком;
9 - рукоять.
Рис. 2 Устройство для определения расположения трубопроводов и поиска мест утечек рабочей среды
С целью проведения экспериментов на кафедре «Промышленная теплоэнергетика и системы теплоснабжения» КГЭУ был разработан измерительно-диагностический комплекс (ИДК) (рис. 3), предназначенный для управления резонансной частотой полого объекта, регистрации, обработки и анализа амплитудно-частотных характеристик. ИДК состоит из унифицированного пакета прикладных программ для ЭВМ (УПП) и экспериментальной установки (ЭУ).
/ 9 10 3 11 6 7 2 4 8 5 Вид А
Рис. 3 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)
Создана программа «Программный комплекс для обнаружения полых объектов по их резонансной частоте» (свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2013610546), состоящая из следующих функций:
- выбор и генерацию резонансной частоты полого объекта;
- поиск и прием генерируемого сигнала с двух звуковых карт;
- преобразование принятого сигнала в реальном времени в спектр. При проведении лабораторных экспериментальных исследований по
определению расположения трубопроводов выполнены следующие задачи:
а) разработан и изготовлен измерительно-диагностический комплекс для определения расположения скрытых трубопроводов (рис. 4, 5);
б) определены методы обработки и представлены полученные результаты измерений.
Персональный компьютер
Рис. 4 Экспериментальная установка для определения расположения
трубопровода
- Исполнение трубопровода расположенного по центру (положение I рис. 5). Результаты представлены на рис. 6.
Рис. 6 Положение трубопровода I
Результаты проведенных лабораторных экспериментальных исследований представлены в таблице 1.
Таблица 1. Результаты экспериментов.
Положения трубопровода Левый микрофон Правый микрофон
I 6,229 6,248
II 4,712 8,325
III 2,937 9,659
IV 1,049 12,18
V 8,137 5,339
VI 9,958 2,976
VII 12,637 0,983
Перемещение исследуемого трубопровода вправо. Результаты представлены на рис. 7.
14 12 10 8 6 4 2 0
Левый
микрофон
(вправо)
■Правый микрофон (вправо)
1
2
3
4
Рис. 7 Перемещение трубопровода вправо
Применяя расчетно-программный комплекс АКБУБ можно моделировать объекты практически любой формы и затем вычислять их частоты собственных колебаний.
В программной среде АШУБ была построена модель бездефектной трубы (рис. 8). Размеры исследуемой трубы составляют длина 940мм, диаметр 50мм, толщина стенки трубы 2мм. Крепления трубы к поверхности при расчетах принимались жесткими и производились по плоскостям.
Плоскости закрепления
Рис. 8 Модель бездефектного трубопровода в АШУБ
Рис. 9 Колебания модели трубы в АШУБ (1 форма)
Рис. 10 Колебания модели трубы в АКБУБ (14 форма) Коэффициент Пуассона для полипропилена принимают у = 0,4.
-5
Плотность составляет р = 910 кг/м .
Результаты расчетов собственных колебаний приведены в таблице 2.
Таблица 2. Результаты расчетов в программе «АКБУБ»
Форма колебаний Частоты собственных колебаний трубы, Гц
1 1487,7
2 3826,2
3 5871
4 6943,1
5 7054,1
6 7209,7
7 7609
8 8369,4
9 9548,7
1G 9857,9
11 1G58G
12 11134
13 11742
14 13G68
15 14566
16 15283
