Гидролокатор обнаружения местоположения источника газовой течи подводного газопровода
Полезная модель относится к области эксплуатации подводных газопроводов и предназначено для обнаружения скрытых утечек газа. Технический результат - обеспечение обнаружения и классификации источника утечки газа подводного газопровода и определения местоположения объекта утечки газа.
Для этого гидролокатор обнаружения местоположения источника газовой течи подводного газопровода, содержит задающий генератор, коммутатор приема передачи, антенну, индикатор, систему приема и обработки эхосигналов, система формирования статического веера характеристик направленности, многоканальная система приема и обработки эхосигналов, блок выбора порога в каждом канале, блок определения начала и окончания эхосигнала в каждом канале, блок идентификации эхосигналов между каналами, блок определения коэффициента корреляции между эхосигналами в соседних каналах, блок принятия решения о наличии пелены пузырей, если в двух соседних каналах совпадают начало и конец эхосигналов, и если коэффициент корреляции между эхосигналами меньше 0,5. Дополнительно введены блок измерения дистанции начала и конца эхосигнала и блок вычисления глубины положения источника разгерметизации трубопровода по формуле:
,где
Н - глубина расположения точки разгерметизации;
Доконч. - дистанция, соответствующая окончанию эхосигнала,
Днач. - дистанция соответствующая началу эхосигнала
Настоящая полезная модель относится к области эксплуатации подводных газопроводов и предназначено для обнаружения скрытых утечек газа.
В настоящее время большое распространение принимают газопроводы, которые прокладываются на больших расстояниях под водой. Они могут располагаться как по дну морей, так и в подводном положении в плавучем состоянии на некоторой глубине. В процессе эксплуатации возникают ситуации, которые могут нарушить уплотнение между трубами, что приведет к образованию течи, через которую будет происходить утечка газа. Обнаружить утечку газа можно по снижению давления в магистрали. Однако, это не всегда возможно поскольку давление в системе зависит от потребления, которое практически всегда является случайным и зависит от случайности включения и отключения источников потребления. Обнаружить утечку газа с поверхности воды затруднительно, поскольку на поверхности моря будут наблюдаться газовые пузыри, характер образования которых будет маскироваться волнующейся водной массой с пенными гребнями волн.
Известны гидролокаторы, которые позволяют обнаруживать локальные объекты, расположенные под водой и на дне. Работа гидролокатора основана на отражении акустической энергии от локального объекта, имеющего металлическую оболочку, отражающую акустический сигнал, либо скальные породы грунта, которые зеркально расположены относительно падающей волны и хорошо отражают. По результатам акустических исследований, проведенных американскими специалистами были получены данные, что акустическую энергию хорошо отражают не только металлические и скальные объекты, но газовые пузыри, которые могут создаваться при движении объекта или устанавливаться преднамеренно. В монографии «Физические основы подводной акустики» под ред Мясищева В.И. изд. Сов радио М 1955 г. Стр 604 рассмотрены вопросы отражения акустической энергии от отдельных пузырей и от пелены пузырей. В работе указывается, что эквивалентный радиус отражателя, состоящего из пелены пузырей, будет зависеть от их размеров. При совпадении частоты излучения с резонансной частотой пузыря эхосигнал резко увеличивается. Размеры пузырей зависят от глубины их нахождения, поскольку давление в месте установки газопровода большое, то и диаметр пузыря будет маленьким, так как он будет сжат гидростатическим давлением. По мере подъема пузыря к поверхности его размеры будут увеличиваться. Таким образом, практически при работе гидролокатора на любой частоте можно будет получить эхосигнал от пелены пузырей, образующейся при движении пузырей с глубины на поверхность. На этой основе разработаны рыбопоисковые гидролокаторы, которые обнаруживают эхосигналы, отраженные от плавательных пузырей рыб как одиночных, так и их скоплений, Е.В.Шиишкова, Физические основы промысловой акустики, М. 1977 г. Известны гидролокаторы, разработанные для поиска и обнаружения скопления рыбных косяков, рассмотренные в Ю.С.Кобяков, Н.Н.Кудрявцев В.И.Тимошенко «Конструирование гидроакустической рыбопоисковой аппаратуры». Судостроение Л. 1986 г стр 5-27. Наиболее близким аналогом является гидролокатор кругового обзора, рассмотренный в книге А.С.Колчеданцев «Гидроакустические станции» Судостроение Л. 1982 г. стр 60. Гидролокатор содержит неподвижную антенну, задающий генератор, коммутатор приема передачи, предварительный усилитель, сканирующее устройство, систему приема и обработки эхосигналов и индикатор. Так же известен рыбопоисковый гидролокатор «Угорь», имеющего режим одновременного кругового обзора Тикунов А.И. «Рыбопоисковые приборы и комплексы» Л. Судостроение 1989 г. стр 140-153. В состав гидролокатора входит приемная и излучающая гидроакустическая антенна, коммутатор приема передачи, генераторное устройство, тракт приема, включающий аппаратуру предварительную обработки принятых сигналов и пульт управления с электронным индикатором. В гидролокаторе «Угорь» в режиме одновременного кругового обзора антенна не направленно излучает акустические зондирующие сигналы в горизонтальной плоскости, в режиме приема осуществляется электронное круговое сканирование диаграммы направленности в горизонтальной плоскости.
Недостатком гидролокатора является то, что он не может обнаруживать и классифицировать пелену газовых пузырей, образующихся при нарушении герметичности соединений труб газопровода.
Из уровня техники не выявлено средство того же назначения, поэтому техническим результатом изобретения является создание гидролокатора для обнаружения местоположения источника газовой течи подводного газопровода.
С этой целью предлагается создать гидролокатор для обнаружения местоположения источника газовой течи подводного газопровода, который содержит задающий генератор, коммутатор приема передачи, антенну, систему формирования статического веера характеристик направленности, многоканальную систему приема и обработки эхосигналов, блок выбора порога в каждом канале, блок определения начала и окончания эхосигнала в каждом канале, блок идентификации эхосигналов между каналами, блок определения коэффициента корреляции между эхосигналами в соседних каналах, блок принятия решения о наличии пелены пузырей, если в двух соседних каналах совпадают начало и конец эхосигналов, если коэффициент корреляции между эхосигналами меньше 0,5, монитор и систему управления. Дополнительно введены блок измерения дистанции по началу эхосигнала, блок определении дистанции по моменту окончания эхосигнала и блок вычисления глубины положения источника разгерметизации трубопровода.
Поясним существо предлагаемой полезной модели. Существующие гидролокаторы не способны отличить пелену пузырей от металлической платформы, установленной на дне или от подъема грунта на дне. Целью настоящего предложения является разработка гидролокатора, который был бы способен обнаружить пелену пузырей, образующуюся из-за выхода газа. Здесь следует исходить из нескольких очевидных предпосылок: источник выхода газа находится на трубе, газ поднимается только вверх и объем его увеличивается вследствие расширения вплоть до поверхности, поэтому газовая пелена расположена вертикально, при подъеме пузырей их размер увеличивается, и всегда будут пузыри, резонансные размеры которых совпадут с частотой излучения гидролокатора. Наличие трубопровода не исключает получение эхосигнала от корпуса трубы, поскольку труба представляет собой полое пространство, заполненное газом, плотность которого отличается от плотности воды. Для обнаружения классификации пелены пузырей необходимо использовать гидролокатор, содержащий приемную и излучающую антенну, коммутатор, генератор зондирующею сигнала и статический веер характеристик направленности при приеме. Поскольку зондирующий сигнал распространяется в водной среде по сферическому закону, то при излучении с надводного корабля акустическая энергия будет распространяться в направлении увеличения глубины расширяясь. Первый эхосигнал придет от той части пелены пузырей, которая уже достигла поверхности, а последний эхосигнал придет от той части, которая находится в не герметичном трубопроводе и от самого трубопровода. Прием эхосигнала осуществляется статическим веером направленности и обработка, принимаемого эхосигнала, происходит автономно и независимо в каждой характеристики направленности. В каждой характеристики направленности происходит обнаружение эхосигнала, измерение амплитуды эхосигнала и момента начала эхосигнала и момента окончания эхосигнала. Поскольку пелена пузырей непрерывна на всем протяжении до поверхности и расширяется, то эхосигнал будет представлять непрерывную временную функцию, где будет четко наблюдаться начало и окончание эхосигнала. Такая временная функция будет наблюдаться в двух соседних пространственных каналах, поскольку пространственные каналы статического веера характеристик направленности перекрываются, а ширина газового облака расширяется. Таким образом, полученные оценки эхосигналов в двух соседних пространственных каналах, будут иметь близкие временные характеристики, но их амплитудные характеристики будут различаться. Амплитудные параметры эхосигналов необходимы для проведения идентификации между каналами и снижения порога обнаружения на момент измерения. Поэтому необходимо обеспечить обнаружение эхосигнала в соседних характеристиках направленности, измерение момента начала эхосигнала отраженного от объекта, измерение момента окончания эхосигнала, отраженного от объекта в соседних характеристиках направленности. Момент окончания эхосигнала будет соответствовать моменту выхода газа, который находится на трубе. Измерив дистанцию до места выхода газа на поверхность, что соответствует началу эхосигнала, и, измерив дистанцию соответствующую окончанию эхосигнала, можно определить глубину расположения источника разгерметизации газопровода по формуле
, где
Н - глубина расположения точки разгерметизации;
Доконч. - дистанция, соответствующая окончанию эхосигнала,
Днач. - дистанция, соответствующая началу эхосигнала.
Эхосигналы от пелены пузырей формируются независимыми источниками отражения и поэтому эхосигналы от них будут не когерентными. Это означает, что энергетически амплитуды эхосигналов превысят порог обнаружения, но в пространстве они будут различными и поэтому коэффициент корреляции между сигналами, принятыми в соседних характеристиках направленности будет малым.
Сущность полезной модели поясняется фиг 1, на которой представлена структурная схема гидролокатора для определения местоположения источника разгерметизации трубопровода.
1. Гидролокатор обнаружения местоположения источника газовой течи подводного газопровода, содержащий задающий генератор, коммутатор приема передачи, антенну, систему формирования статического веера характеристик направленности, многоканальную систему приема и обработки эхосигналов, блок выбора порога в каждом канале, блок определения начала и окончания эхосигнала в каждом канале, блок идентификации эхосигналов между каналами, блок определения коэффициента корреляции между эхосигналами в соседних каналах, блок принятия решения о наличии пелены пузырей, если в двух соседних каналах совпадают начало и конец эхосигналов, и если коэффициент корреляции между эхосигналами меньше 0,5, монитор и систему управления.
2. Гидролокатор по п.1, отличающийся тем, что дополнительно введены блок измерения дистанции по началу и концу эхосигнала и блок вычисления глубины положения источника разгерметизации трубопровода по формуле:
,
где H - глубина расположения точки разгерметизации;
Доконч - дистанция, соответствующая окончанию эхосигнала;
Днач - дистанция, соответствующая началу эхосигнала.
