Способ внутритрубного контроля трубопроводов с динамическим режимом сканирования
Изобретение относится к способам ультразвукового или иного контроля трубопроводов большой протяженности и может быть использовано для обнаружения и идентификации дефектов магистральных нефтепроводов, нефтепродуктопроводов, а также газопроводов. Избежание переполнения накопителей данных при замедленном движении снаряда, исключение потерь данных на участках трубопроводов, протяженность которых больше разрешения снаряда-дефектоскопа в направлении оси трубопровода, исключение при этом ошибки в оценке скорости снаряда при сбое в работе измерителя дистанции достигается за счет того, что пропускают внутри трубопровода инспекционный снаряд с установленными на нем контрольными датчиками, измерителями пройденной дистанции, средствами измерений, обрабатывают и хранят данные измерений, выполняют измерения, обрабатывают и хранят данные измерений путем периодического обращения к контрольным датчикам. От каждого измерителя пройденной дистанции принимают импульсы, число которых прямо пропорционально измеренной измерителем дистанции. После приема импульса от какого-либо из измерителей дистанции для каждого измерителя дистанции определяют промежуток времени между последними двумя импульсами. Определяют минимальный промежуток времени среди указанных промежутков времени, определяют интервал времени от предыдущего обращения к контрольному датчику до следующего обращения к контрольному датчику как функцию найденного минимального промежутка времени, выполняют обращение к контрольному датчику через указанный интервал времени после предыдущего обращения. 16 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к способам ультразвукового или иного контроля трубопроводов большой протяженности, главным образом магистральных нефтепроводов, нефтепродуктопроводов, а также газопроводов, путем пропуска внутри трубопровода инспекционного снаряда (снаряда-дефектоскопа) с установленными на нем соответствующими контрольными датчиками, средствами измерений, преобразования и записи данных измерений в накопитель цифровых данных в процессе пропуска и обработки полученных данных после выполнения пропуска с целью идентификации дефектов стенок трубопровода, определения параметров идентифицированных дефектов и их положения на трубопроводе.
Известен способ внутритрубного ультразвукового контроля [1]-[3] путем пропуска внутри трубопровода инспекционного снаряда с установленными на нем ультразвуковыми датчиками, средствами измерений, обработки и хранения данных измерений, путем испускания в процессе пропуска зондирующих ультразвуковых импульсов и приема соответствующих отраженных ультразвуковых импульсов. Известен также способ внутритрубного ультразвукового контроля [4]-[10] путем пропуска внутри трубопровода инспекционного снаряда с установленными на нем ультразвуковыми датчиками, средствами измерений, обработки и хранения данных измерений, путем испускания зондирующих ультразвуковых импульсов в процессе пропуска и приема соответствующих ультразвуковых импульсов, отраженных от внутренней и внешней стенок трубопровода, измерения времени хода указанных импульсов. Период следования зондирующих ультразвуковых импульсов и скорость инспекционного снаряда внутри трубопровода определяют продольную разрешающую способность дефектоскопа. При заданном периоде сканирования (периоде следования зондирующих импульсов) шаг сканирования зависит от скорости снаряда: увеличивается при росте скорости и уменьшается при уменьшении скорости инспекционного снаряда. Скорость снаряда в нефтепроводе и нефтепродуктопроводе может быть до 2 м/с (неустановившееся значение до 6 м/с), в газопроводе - до 10 м/с (при условии обеспечения акустической связи ультразвуковых датчиков со стенкой трубопровода, например, с помощью жидкостной пробки). В процессе пропуска скорость снаряда меняется, и для обеспечения продольной разрешающей способности, не большей максимально допустимой, период следования зондирующих импульсов выбирается, исходя из максимальной скорости инспекционного снаряда, которая возможна при обследовании конкретного трубопровода. В результате изменения скорости снаряда в процессе его пропуска на участках замедления снаряда при заданном периоде следования зондирующих импульсов происходит избыточное сканирование, которое приводит к увеличению объема измеренных данных на единицу длины трубопровода и соответственно нерациональному использованию накопителя данных. В заявленном же способе выполняется динамическое сканирование, при котором частота обращения к датчикам (опроса, запуска датчиков) зависит от скорости снаряда в каждый момент времени. Прототипом заявленного способа является способ контроля тонкостенных труб теплообменников [11] путем пропуска внутри трубопровода инспекционного снаряда с установленными на нем контрольными датчиками, измерителями пройденной дистанции, средствами измерений, обработки и хранения данных измерений, выполнения измерений, обработки и хранения данных измерений, путем периодического обращения к контрольным датчикам. Указанный способ характеризуется тем, что период следования ультразвуковых импульсов устанавливают как функцию скорости снаряда внутри трубопровода и который задается вращением зондовой головки. Недостатком такого способа является то, что кратковременное проскальзывание зондовой головки (или колеса одометра), характерное при контроле нефтепроводов, приводит к пропуску участков трубопровода из-за отсутствия зондирующих импульсов при отсутствии вращения головки (колеса одометра). Кроме того, описанный способ не может быть использован для контроля трубопроводов большой протяженности из-за неавтономности зондирующего устройства, используемого для реализации способа. Заявленный способ внутритрубного контроля трубопроводов также выполняют путем пропуска внутри трубопровода инспекционного снаряда с установленными на нем контрольными датчиками, измерителями пройденной дистанции, средствами измерений, обработки и хранения данных измерений, выполнения измерений, обработки и хранения данных измерений, путем периодического обращения к контрольным датчикам. Заявленный способ отличается от способа по прототипу тем, что от каждого измерителя пройденной дистанции принимают импульсы дистанции, число которых прямо пропорционально измеренной измерителем дистанции, после приема импульса от какого-либо из измерителей дистанции для каждого измерителя дистанции определяют промежуток времени между последними двумя импульсами, определяют минимальный промежуток времени среди указанных промежутков времени, определяют интервал времени от предыдущего обращения к контрольному датчику до следующего обращения к указанному контрольному датчику как функцию найденного минимального промежутка времени, выполняют обращение к указанному контрольному датчику через указанный интервал времени после предыдущего обращения. Основной технический результат, достигаемый в результате реализации заявленного изобретения, состоит в том, что способ позволяет избежать переполнения накопителей данных при замедленном движении снаряда или его временном застревании в трубопроводе, при этом полностью исключить потери данных на участках трубопроводов, протяженность которых больше разрешения снаряда-дефектоскопа в направлении оси трубопровода, исключая при этом ошибки в оценке скорости снаряда при сбое измерителей дистанции (например, проскальзывании или заклинивании одного из одометров). В развитии изобретения в процессе пропуска определяют время, прошедшее после последнего обращения к контрольному датчику, после определения указанного ранее минимального промежутка времени выполняют проверку условия, состоящего в том, что найденный минимальный промежуток времени составляет не менее указанного времени, прошедшего после последнего обращения к контрольному датчику до момента выполнения указанной проверки условия, указанный ранее интервал времени от предыдущего обращения к контрольному датчику до следующего обращения к указанному контрольному датчику определяют при выполнении указанного условия. Реализация проверки указанного условия позволяет учитывать те случаи, когда прошедшее после последнего обращения к датчику время уже превысило найденное значение интервала времени и произвести запуск через найденный интервал после предыдущего обращения только при выполнении условия, а при его невыполнении произвести обращение к контрольному датчику немедленно. Указанные промежутки времени определяют после каждого принятого импульса от каждого измерителя дистанции. Поскольку обработка импульсов от измерителей дистанции занимает некоторое время в зависимости от используемого аппаратного обеспечения, а параметры измерителя дистанции могут изменяться с течением времени или по мере движения в трубопроводе (например, может уменьшаться эффективный диаметр колес одометров), целесообразна реализация, при которой указанный интервал времени есть линейная функция найденного минимального промежутка времени и не превышает найденный минимальный промежуток времени. Такая функция может учитывать эмпирически найденное изменение параметров, например, если каждому найденному минимальному промежутку времени соответствует интервал времени, меньший указанного промежутка, осуществляя тем самым сканирование трубопровода с разрешением, несколько меньшим (лучшим) с учетом некоторого запаса по разрешению. Указанное ранее обращение к контрольным датчикам включает в себя запуск ультразвуковых датчиков, импульсы принимают от измерителей дистанции, выполненных в виде одометров. Последовательно выполняют обращение к группе контрольных датчиков, через указанный ранее интервал времени после последнего обращения к контрольному датчику выполняют обращение к первому по времени обращения контрольному датчику из группы; последовательное обращение к датчикам позволяет использовать меньшее число каналов электронных трактов, однако при контроле трубопроводов большого диаметра используется большое количество датчиков по периметру, и последовательный запуск всех датчиков потребует значительного времени, что ограничивает скорость перемещения снаряда в трубопроводе, поэтому одновременно запускают несколько контрольных датчиков с указанным ранее интервалом времени между запусками. Промежуток времени между соседними импульсами дистанции соответствует участку измеренной измерителем дистанции (одометром) дистанции 1-5 мм. Большее значение дистанции, соответствующей соседним импульсами дистанции, неприемлемо, поскольку это ограничит разрешение вдоль трубопровода, значение менее 1 мм практически неэффективно из-за избыточности информации о дистанции при необходимом на практике разрешении вдоль трубопровода 3-5 мм, кроме того, при меньшей дистанции, соответствующей интервалу между соседними импульсами от измерителя дистанции, проявляются вибрационные эффекты, из-за которых моментальные значения скорости снаряда существенно отличаются от средних значений на дистанции, равной продольному разрешению (3-5 мм). В процессе пропуска определяют скорость снаряда внутри трубопровода, выполняют проверку условия, состоящего в том, что скорость снаряда составляет не менее минимального заранее заданного значения и не превышает максимальное заранее заданное значение, при выполнении указанного условия очередное обращение к контрольному датчику выполняют через указанный ранее интервал времени после последнего обращения к указанному контрольному датчику. Указанное здесь минимальное заранее заданное значение составляет 0,01-0,2 м/с, указанное здесь максимальное заранее заданное значение составляет 1-2 м/с. В предпочтительном исполнении выполняют проверку условия, состоящего в том, что указанный ранее минимальный промежуток времени составляет не менее минимального заранее заданного значения и не более максимального заранее заданного значения, указанный ранее интервал времени после последнего обращения к указанному контрольному датчику определяют при выполнении указанного условия. Указанное здесь минимальное заранее заданное значение составляет 0,5-7,0 мс, указанное здесь максимальное заранее заданное значение составляет 20-140 мс. Реализация указанных действий позволяет избежать искажения данных из-за перегрузки аппаратуры по скорости обработки данных при скорости снаряда, превышающей допустимую, а также избежать потери данных о состоянии трубы в случае отказа измерителей дистанции, например, в результате ударных и вибрационных нагрузок на снаряд. Промежутки времени между импульсами дистанции определяют с помощью счетчиков тактовых импульсов и регистров, импульсом от измерителя дистанции сбрасывают и запускают счетчик тактовых импульсов, подключенный к измерителю дистанции, от которого получен импульс, тем же импульсом дистанции сбрасывают и инициируют регистр, подключенный к указанному счетчику, на чтение данных из счетчика, соответствующих числу тактовых импульсов, подсчитанных счетчиком до прихода указанного импульса дистанции. Указанный ранее минимальный промежуток времени определяют с помощью схемы сравнения цифровых значений, цифровые значения, соответствующие промежуткам времени между последними двумя импульсами от измерителя дистанции, для каждого измерителя дистанции подают на входы указанной схемы сравнения, на выход схемы пропускают минимальное из указанных значений. Указанный ранее интервал времени определяют с помощью схемы сравнения цифровых значений и счетчика тактовых импульсов, на один из входов схемы подают цифровое значение, соответствующее указанному ранее минимальному промежутку времени между импульсами от измерителя дистанции, на второй вход схемы подают значение, подсчитываемое счетчиком тактовых импульсов, на логическом выходе схемы изменяют состояние при превышении значения, соответствующего числу тактовых импульсов, значения, установленного на другом входе схемы, по изменению состояния на указанном логическом выходе схемы сбрасывают счетчик тактовых импульсов и подают импульс обращения к контрольному датчику. Указанная аппаратная реализация обработки данных о пройденной дистанции позволяет корректировать режим запуска после измерения каждого значения пройденной дистанции. Оцифрованные параметры принятых импульсов (соответствующих зондирующим импульсам для каждого ультразвукового датчика) объединяют в кадры данных (для группы датчиков). Указанные параметры принятых импульсов включают в себя оцифрованные амплитудные значения импульсов и времени, прошедшего после запуска соответствующего зондирующего импульса, для каждого амплитудного значения. Предпочтительна реализация, при которой кадр данных включает в себя указанные параметры принятых импульсов, соответствующих 10-1000 зондирующим импульсам для каждого датчика из группы ультразвуковых датчиков, для каждой указанной группы датчиков записывают значение времени, определяемое по таймеру, установленному в инспекционном снаряде, однозначно связанное с временем запуска каждого датчика из указанной группы датчиков. Оцифрованные данные записывают в накопитель цифровых данных путем записи в файл нескольких (100-10000) указанных кадров данных, а также времени открытия файла и времени закрытия файла, указанное время определяют по часам компьютера, управляющего записью данных в накопитель. Время по часам компьютера и время по таймеру синхронизируют между собой и с временем по таймеру, установленному вне инспекционного снаряда. Указанная форма записи данных позволяет однозначно восстановить привязку измеренных данных по времени в случае искажения части данных в процессе преобразования, записи, хранения или считывания и идентифицировать причину сбоя, а также оптимизировать объем записанных данных при заданном объеме измеренных данных между потерей данных, соответствующих протяженным участкам трубопровода, при большом объеме кадров и файлов и увеличением объема данных при малых объемах кадров и файлов. На фиг. 1 изображен внутритрубный ультразвуковой дефектоскоп в одном из конструктивных исполнений; на фиг. 2 - зависимость скорости снаряда внутри трубопровода от времени его движения для некоторого участка обследованного трубопровода; на фиг. 3 - зависимость продольного линейного ускорения снаряда внутри трубопровода от времени его движения для некоторого участка обследованного трубопровода; на фиг.4 - схема преобразования одометрических данных, запуска и опроса ультразвуковых датчиков при ультразвуковом контроле стенки трубопровода. В результате решения задачи повышения достоверности внутритрубного контроля магистральных трубопроводов были разработаны и изготовлены внутритрубные инспекционные снаряды (ультразвуковые, магнитные дефектоскопы, профилемеры) для обследования нефтепроводов, газопроводов, конденсатопроводов, нефтепродуктопроводов номинальным диаметром от 10" до 56". Изготовленные в предпочтительном исполнении инспекционные снаряды выдерживают давление среды до 80 атм., имеют проходимость около 85% номинального диаметра трубопровода, работают при температурах перекачиваемой среды от 0oС до +70oС, минимальный проходимый радиус поворота около 1,5 диаметра трубопровода. В снарядах реализованы виды взрывозащиты "Взрывонепроницаемая оболочка", "Искробезопасная электрическая цепь", "Специальный вид взрывозащиты". На фиг. 1 изображен внутритрубный инспекционный снаряд для ультразвукового обследования трубопровода диаметром 38"-56" с толщиной стенки 4-30 мм в одном из конструктивных исполнений, который включает в себя: корпус 1, образующий взрывонепроницаемую оболочку, в которой располагается источник питания и электронная аппаратура для измерений, обработки и хранения получаемых данных измерений на основе бортового компьютера, управляющего работой инспекционного снаряда в процессе его движения внутри трубопровода. В качестве источника питания устанавливаются аккумуляторные батареи или батареи гальванических элементов общей емкостью до 1000 А![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
Формула изобретения
1. Способ внутритрубного контроля трубопроводов путем пропуска внутри трубопровода инспекционного снаряда с установленными на нем контрольными датчиками, измерителями пройденной дистанции, средствами измерений, обработки и хранения данных измерений, выполнения измерений, обработки и хранения данных измерений путем периодического обращения к контрольным датчикам, отличающийся тем, что от каждого измерителя пройденной дистанции принимают импульсы, число которых прямо пропорционально измеренной измерителем дистанции, после приема импульса от какого-либо из измерителей дистанции для каждого измерителя дистанции определяют промежуток времени между последними двумя импульсами, определяют минимальный промежуток времени среди указанных промежутков времени, определяют интервал времени от предыдущего обращения к контрольному датчику до следующего обращения к указанному контрольному датчику как функцию найденного минимального промежутка времени, выполняют обращение к указанному контрольному датчику через указанный интервал времени после предыдущего обращения. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в процессе пропуска инспекционного снаряда определяют время, прошедшее после последнего обращения к контрольному датчику, после определения указанного в п. 1 минимального промежутка времени выполняют проверку условия, состоящего в том, что найденный минимальный промежуток времени составляет не менее указанного времени, прошедшего после последнего обращения к контрольному датчику, до момента выполнения указанной проверки условия, указанный в п. 1 интервал времени от предыдущего обращения к контрольному датчику до следующего обращения к указанному контрольному датчику определяют при выполнении указанного условия. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что указанные промежутки времени определяют после каждого принятого импульса от каждого измерителя дистанции. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что указанный в п. 1 интервал времени есть линейная функция найденного минимального промежутка времени. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что указанный в п. 1 интервал времени не превышает найденный минимальный промежуток времени. 6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что указанное в п. 1 обращение к контрольным датчикам включает в себя запуск ультразвуковых датчиков, импульсы принимают от измерителей дистанции, выполненных в виде одометров. 7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что последовательно выполняют обращение к группе контрольных датчиков, через указанный в п. 1 интервал времени после предыдущего обращения выполняют обращение к первому по времени обращения контрольному датчику из группы. 8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что одновременно запускают несколько контрольных датчиков с указанным в п. 1 интервалом времени между запусками. 9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что промежуток времени между соседними импульсами от измерителя дистанции соответствует участку измеренной измерителем дистанции 1-5 мм. 10. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в процессе пропуска определяют скорость снаряда внутри трубопровода, выполняют проверку условия, состоящего в том, что скорость снаряда составляет не менее минимального заранее заданного значения и не превышает максимальное заранее заданное значение, при выполнении указанного условия очередное обращение к контрольному датчику выполняют через указанный в п. 1 интервал времени после последнего обращения к указанному контрольному датчику. 11. Способ по п. 10, отличающийся тем, что указанное в п. 10 минимальное заранее заданное значение составляет 0,01-0,2 м/с, указанное в п. 10 максимальное заранее заданное значение составляет 1-2 м/с. 12. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выполняют проверку условия, состоящего в том, что указанный в п. 1 минимальный промежуток времени составляет не менее минимального заранее заданного значения и не более максимального заранее заданного значения, указанный в п. 1 интервал времени после последнего обращения к указанному контрольному датчику определяют при выполнении указанного условия. 13. Способ по п. 12, отличающийся тем, что указанное в п. 12 минимальное заранее заданное значение составляет 0,5-7,0 мс, указанное в п. 12 максимальное заранее заданное значение составляет 20-140 мс. 14. Способ по п. 1, отличающийся тем, что промежутки времени между импульсами от измерителей дистанции определяют с помощью счетчиков тактовых импульсов и регистров, импульсом от измерителя дистанции сбрасывают и запускают счетчик тактовых импульсов, подключенный к измерителю дистанции, от которого получен импульс, тем же импульсом от измерителя дистанции сбрасывают и инициируют регистр, подключенный к указанному счетчику, на чтение данных из счетчика, соответствующих числу тактовых импульсов, подсчитанных счетчиком до прихода указанного импульса от измерителя дистанции. 15. Способ по п. 1, отличающийся тем, что указанный в п. 1 минимальный промежуток времени определяют с помощью схемы сравнения цифровых значений, цифровые значения, соответствующие промежуткам времени между последними двумя импульсами от измерителя дистанции, для каждого измерителя дистанции подают на входы указанной схемы сравнения, на выход схемы пропускают минимальное из указанных значений. 16. Способ по п. 1, отличающийся тем, что указанный в п. 1 интервал времени определяют с помощью схемы сравнения цифровых значений и счетчика тактовых импульсов, на один из входов схемы подают цифровое значение, соответствующее указанному в п. 1 минимальному промежутку времени между импульсами от измерителей дистанции, на второй вход схемы подают значение, подсчитываемое счетчиком тактовых импульсов, на логическом выходе схемы изменяют состояние при превышении значением, соответствующим числу тактовых импульсов, значения, установленного на втором входе схемы, по изменению состояния на указанном логическом выходе схемы сбрасывают счетчик тактовых импульсов и подают импульс обращения к контрольному датчику. 17. Способ по п. 1, отличающийся тем, что оцифрованные параметры импульсов объединяют в кадры данных, параметры принимаемых импульсов включают в себя оцифрованные амплитудные значения импульсов и времени, прошедшего после запуска соответствующего зондирующего импульса, для каждого амплитудного значения.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4