Устройство дистанционного контроля и диагностики напряженно-деформированного состояния конструкции трубопроводов

Полезная модель относится к нефтегазовой промышленности и может быть использована для дистанционного контроля газо- и нефтепроводов, проходящих по оползневым участкам трассы. Устройство основано на регистрации посредством GSM-связи по запросу с центрального пункта контроля сигналов с блоков измерения рабочих станций, размещенных в местах диагностирования трубопроводов, при этом напряженное состояние трубопровода оценивают по сигналам датчиков напряженно-деформированного состояния, расположенных на поверхности объекта, а сигналами датчиков измерения геофизических и кинематических параметров оценивают состояние массива породы и проводят между ними корреляционно-регрессивный анализ, и по результатам определяют состояние оползневого процесса. Техническим результатом полезной модели является повышение надежности диагностирования напряженно-деформированного состояния трубопровода и обеспечение возможности прогнозирования опасных геодинамических, в частности, оползневых процессов.

Полезная модель относится к нефтегазовой промышленности и может быть использовано для дистанционного контроля газо- и нефтепроводов, проходящих по оползневым участкам трассы.

Наиболее близким является устройство дистанционного контроля и диагностики состояния конструкции трубопровода [патент РФ 2146810, кл. 7 G01М 5/100, опубл. 20.03.2000], содержащее центральный пункт контроля, блоки измерения, размещенные на поверхности объекта в местах диагностирования вдоль трассы расположения объекта контроля и линию связи центрального пункта контроля и блоков измерения, при этом центральный пункт контроля выполнен в виде ПК с принтером, блока последовательного интерфейса, соединенного с ее входом-выходом, соединенных последовательно кодера, модулятора, радиоприемопередатчика, демодулятора и декодера, выход которого связан с вторым входом блока последовательного интерфейса, второй выход которого соединен с входом кодера. Каждый блок измерения выполнен в виде соединенных последовательно коммутатора, вторичного блока питания, датчика горизонта, аналого-цифрового преобразователя, кодера, модулятора, радиоприемопередатчика, демодулятора, декодера со схемой сравнения, выход которого подключен к первому входу коммутатора, к второму входу которого подключен автономный источник питания, а линией связи является линия радиосвязи через антенны радиоприемопередатчиков.

В данном случае кодер, модулятор, радиоприемопередатчик, демодулятор и декодер в совокупности составляют узел приема-передачи информации.

Недостатком устройства является невысокая надежность диагностирования напряженно-деформированного состояния (НДС) трубопровода на основе контроля только изменения пространственного положения трубопровода в вертикальной плоскости по данным датчика горизонта.

Другим недостатком является и отсутствие возможности прогнозирования аварийной ситуации на участке диагностирования, связанной, например, с активизацией оползневого процесса, что ограничивает функциональные возможности устройства.

Техническим результатом при использовании настоящей полезной модели является повышение надежности диагностирования напряженно-деформированного состояния трубопровода, возможность прогнозирования опасных геодинамических процессов.

Результат достигается тем, что в устройстве дистанционного контроля и диагностики состояния трубопровода, заключающемся в том, что на центральном пункте контроля через линию связи производят регистрацию сигналов с рабочих станций, размещенных в местах диагностирования вдоль трассы, и выполняют регистрацию и обработку полученной информации с блоков измерения рабочих станций, при этом связь между центральным пунктом контроля и каждой рабочей станцией осуществляют посредством модемов GSM-связи, по индивидуальным номерам которых идентифицируют конкретную рабочую станцию, каждой рабочей станцией производят замеры параметров, характеризующих напряженно-деформированное состояние металла трубопровода, геофизические свойства горных пород, слагающих оползневый массив, и кинематику оползневого процесса, а обработку полученной информации производят путем проведения множественного корреляционно-регрессивного анализа, по результатам которого судят о напряженно-деформированном состоянии трубопровода и о вероятности возникновения оползневого процесса или о ходе его развития.

Измеренную величину механических напряжений трубопроводов сравнивают с величинами допустимых сжимающих и растягивающих напряжений, и по результатам сравнения принимают решение о необходимости проведения противоаварийных мероприятий.

В качестве параметра, характеризующего напряженно-деформированное состояние металла трубопровода, может измеряться уровень шумов Баркгаузена.

Для оценки состояния оползневого массива может использоваться такая геофизическая характеристика, как кажущееся удельное электрическое сопротивление горных пород, по результатам измерений которого можно оценивать степень электрической анизотропии горных пород и их водонасыщенность в зоне, прилегающей к поверхности скольжения оползня. В качестве параметра кинематики развития оползневого процесса может измеряться смещение грунта относительно трубопровода.

Результат достигается также тем, что в устройство дистанционного контроля и диагностики состояния трубопровода, содержащее центральный пункт контроля, включающий персональный компьютер (ПК) с подключенным к ней принтером, узел приема-передачи информации с линией радиосвязи, связанный с ПК и блоком питания, рабочие станции с блоком измерений, размещенных в местах диагностирования вдоль трассы расположения объекта контроля, которые включают в себя узел приема-передачи информации с линией радиосвязи, аналого-цифровой преобразователь, датчики измеряемого параметра, коммутатор и автономный источник питания дополнительно введены в каждый блок измерения микроконтроллер, канал измерения параметров напряженно-деформированного состояния металла трубопровода с датчиками на входе, канал измерения геофизических характеристик горных пород, слагающих оползневый массив, с соответствующими датчиками на входе, канал измерения кинематических параметров оползневого процесса также с датчиками на входе, а узлы приема-передачи информации в центральном пункте контроля и в каждой рабочей станции выполнены на основе модемов GSM-связи, причем в блоках измерения рабочих станций выходы всех каналов измерения подключены к входам коммутатора, управляемого микроконтроллером, выход коммутатора соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, входы-, выходы которого подключены к первым входам-выходам микроконтроллера, вторые входы-выходы которого соединены с входами-выходами модема GSM-связи, управляющие выходы микроконтроллера подключены к входам управления каналов измерения.

Канал измерения параметров напряженно-деформированного состояния металла трубопровода выполнен в виде измерителя уровня шумов Баркгаузена.

Канал измерения геофизических характеристик горных пород, слагающих оползневый массив, выполнен в виде измерителя кажущихся удельных электрических сопротивлений горных пород электроразведочными установками кругового электрического профилирования и вертикального электрического зондирования.

Канал измерения кинематических параметров оползневого процесса выполнен в виде измерителя перемещения грунта относительно трубопровода.

На фигурах 1 и 2 представлена структурная схема устройства, реализующего способ дистанционного контроля состояния трубопровода и оползневого массива, которое состоит из центрального пункта контроля (фиг.1) и рабочих станций, включающих в себе блоки измерений (фиг.2).

Центральный пункт контроля содержит персональный компьютер 1 с подключенным к ней принтером 2, узел 3 приема-передачи информации, выполненный на основе модема GSM-связи, питаемого блоком питания 4, и связанный с ПК 1.

Блоки измерения рабочих станций содержат узел 5 приема-передачи информации с линией радиосвязи, выполненный на основе модема GSM-связи, аналого-цифровой преобразователь 6, коммутатор 7, автономный источник питания 8, микроконтроллер 9, канал 10 измерения параметров напряженно-деформированного состояния металла трубопровода с датчиками 10₁10_n на входе, канал 11 измерения геофизических характеристик горных пород, слагающих оползневый массив, с датчиками 11₁11_m на входе, канал 12 измерения кинематических параметров оползневого процесса с датчиками 12₁12_k на входе, при этом число датчиков определяется протяженностью диагностируемого участка трубопровода.

Выходы каналов 10, 11, 12 последовательно с помощью коммутатора 7, управляемого микроконтроллером 9 по управляющему выходу 9а, подключены ко входу аналого-цифрового преобразователя 6, выход которого подключен к микроконтроллеру 9, который соединен с модемом 5 GSM-связи. Управляющие выходы 9б микроконтроллера 9 подключены ко входам управления каналов 10, 11, 12 измерения.

Описанное устройство работает следующим образом.

Процесс сбора информации в центральный пункт 1 контроля может производиться в двух режимах.

В первом режиме оператор с целью получения информации, например, с одной конкретной рабочей станции подает с ПК 1 командный сигнал, который поступает на модем 3 GSM-связи, и содержит индивидуальный номер запрашиваемой рабочей станции, команду на его включение и выполнение цикла измерений. Командный сигнал, принятый модемом GSM-связи 5 запрашиваемой рабочей станции поступает в микроконтроллер 9, который активизируется, включает питание и в соответствии с заложенной в нем программой выполняет цикл измерений. При этом канал 10 измерения параметров напряженно-деформированного состояния металла, управляемый микроконтроллером 9, поочередно производит измерения датчиками 10₁10_n, расположенными на поверхности трубопровода в заданном порядке. Коммутатор 7, управляемый микроконтроллером 9, подключает выход канала 10 измерения к входу аналого-цифрового преобразователя 6, который преобразует, аналоговые сигналы в цифровую форму и передает их для хранения в микроконтроллер 9. По окончании измерений параметров напряженно-деформированного состояния микроконтроллер 9 организует измерения геофизических характеристик горных пород каналом 11 измерения. При этом ко входу канала 11 поочередно подключаются датчики 11₁ ..11_m измерения геофизических характеристик, а коммутатор 7 соединяет выход канала 11 с входом аналого-цифрового преобразователя 6. Данные измерения геофизических характеристик передаются в микроконтроллер 9. Аналогичным образом производится измерение кинематических параметров каналом 12 измерения с помощью датчиков 12₁12_k.

По окончании цикла измерения всех параметров микроконтроллер 9 формирует сообщение с результатами измерений и индивидуальным номером своего модема GSM-связи, передает его в модем 5 и дает команду на передачу информации. Переданное сообщение воспринимается модемом 3 GSM-связи центрального пункта контроля и поступает на ПК 1 для хранения в базе данных и последующей обработки.

Во втором режиме по команде ПК 1 микроконтроллеры 9 всех или некоторых блоков измерения устанавливают автоматический режим измерения параметров каналами 10, 11, 12 и передачи информации с заданной периодичностью. Поступающие на ПК 3 центрального пункта 1 контроля сообщения сортируются по индивидуальным номерам модемов GSM-связи и времени поступления и хранятся в базе данных.

При необходимости результаты опроса блоков измерения рабочих станций и их обработки могут быть распечатаны посредством принтера 2 центрального пункта контроля. Работа центрального пункта контроля и блоков измерения рабочих станций осуществляется источниками питания 4, 8.

Для оценки напряженно-деформированного состояния металла трубопровода целесообразно использовать метод, основанный на контроле шумов Баркгаузена, возникающих при перемагничивании ферромагнитных-материалов переменным током, уровень которых зависит от воздействующих механических напряжений.

Для оценки состояния оползневого массива целесообразно использовать геофизические характеристики, несущие информацию об изменении напряженного состояния горных пород, их прочности, развитии микро- и макротрещиноватости, водонасыщенности. Такими характеристиками являются сейсмические свойства пород, их удельное электрическое сопротивление, магнитные свойства и плотность пород и другие.

В данном случае в качестве геофизической характеристики горных пород, слагающих оползневый массив, измеряются кажущиеся удельные электрические сопротивления.

В качестве датчиков кажущихся удельных сопротивлений используются четырехэлектродные установки кругового электрического профилирования и вертикального электрического зондирования (см., например, Ю.В.Якубовский «Электроразведка», М. Недра. 1980 с 165, с 223).

По данным электроразведочных установок определяют коэффициенты электрической анизотропии, отражающие процесс структурных изменений в горных породах, в частности, развитие трещиноватости и оценивается водонасыщенность вблизи поверхности скольжения оползня.

В качестве параметров, характеризующих кинематику развития оползневого процесса, измеряются перемещения грунта относительно трубопровода соответствующими датчиками перемещения.

Поступающую в центральный пункт контроля информацию об измеряемых параметрах подвергают комплексной обработке на ПК 1, используют при этом множественный корреляционно-регрессивный анализ, по результатам которого судят о напряженно-деформированном состоянии трубопровода, возможности возникновения оползневого процесса или ходе его развития. Так измеренные механические напряжения в местах расположения датчиков сравнивают с величинами допустимых сжимающих и растягивающих напряжений и по результатам сравнения принимают решение о необходимости проведения противоаварийных мероприятий.

Результаты обработки в виде графиков, таблиц, рекомендаций выводятся на принтеры.

Таким образом, заявляемое техническое решение позволяет повысить надежность диагностирования напряженно-деформированного состояния трубопровода и обеспечивает возможность прогнозирования опасных геодинамических, в частности, оползневых процессов.

Устройство дистанционного контроля и диагностики напряженно-деформированного состояния конструкции трубопроводов, содержащее центральный пункт контроля, выполненный в виде персонального компьютера, принтера, узла приема-передачи информации, выполненного на основе модема GSM-связи, блока питания, и рабочие станции, размещенные в местах диагностирования вдоль трассы, включающие узел приема-передачи информации с линией радиосвязи, выполненный на основе модема GSM-связи, аналого-цифровой преобразователь, коммутатор, автономный источник питания, микроконтроллер, канал измерения параметров напряженно-деформированного состояния металла трубопровода, канал измерения геофизических характеристик горных пород, канал измерения кинематических параметров оползневого процесса и датчики контроля, отличающееся тем, что блок измерения снабжен датчиками напряженно-деформированного состояния, размещенными на поверхности трубы, датчиками кажущегося сопротивления грунта и датчиками перемещения грунта, размещенными в заданном порядке в грунте вдоль трубопровода, соединенных последовательно с помощью коммутатора, управляемого микроконтроллером, к входу аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен к микроконтроллеру, который соединен узлом приема-передачи информации с линией радиосвязи, выполненный на основе модема GSM-связи, при этом управляющие выходы микроконтроллера подключены к коммутатору и ко входам управления каналами измерения.