Пассивный контроль герметичности подводных трубопроводов с использованием акустических фазированных антенных решеток

• Автор: Болотина, Ирина Олеговна
• Шифр специальности: 05.11.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 193 с. : ил.

г ВВЕДЕНИЕ
Глава 1 Анализ методов и средств контроля герметичности
подводных переходов трубопроводов
1.1 Типы и конструкции подводных трубопроводов
1.1.1 Классификация подводных трубопроводов
1.1.2 Конструктивные схемы подводных трубопроводов
* 1.1.3 Защита подводных трубопроводов от коррозии
1.2 Аварийность на подводных трубопроводах
1.3 Обзор методов и средств контроля трубопроводов
1.4 Метод повышения разрешающей способности фазированной
антенной решётки
ВЫВОДЫ
* Глава 2 Теоретическое исследование дефектометрических
характеристик линейной антенной решётки
2.1 Синтез двумерной апертуры
2.2 Аналитический расчёт разрешающей способности антенной
решётки в зоне дифракции Фраунгофера
2.2.1 Разрешающая способность линейной эквидистантной
антенной решётки, состоящей из круглых преобразователей
* 2.2.2 Разрешающая способность линейной эквидистантной
антенной решётки, состоящей из прямоугольных
преобразователей
2.3 Расчёт разрешающей способности антенной решётки,
состоящей из элементов конечных размеров
Ь 2.3.1 Линейная эквидистантная антенная решётка, состоящая из
круглых преобразователей
2.3.2 Линейная эквидистантная антенная решётка, состоящая из прямоугольных преобразователей

2.4 Моделирование процесса сканирования и визуализации акустического поля
2.5 Влияние случайных процессов на формирование
диаграммы направленности приёмной ФАР
ВЫВОДЫ
Глава 3 Разработка и экспериментальное исследование аппаратуры
визуализации сигналов акустической эмиссии
3.1 Выбор параметров и конструирование ФАР
3.2 Структурная схема прибора
3.3 Принципиальная схема прибора
3.4 Организация ввода-вывода между управляющим контроллером
и персональным компьютером
3.5 Экспериментальные исследования прибора пассивной локации источников сигналов акустической эмиссии 13
3.5.1 Проверка коэффициентов усиления электронного тракта
3.5.2 Проверка частоты настройки и полосы пропускания избирательных усилителей электронного тракта
3.5.3 Проверка линейности каналов электронного тракта
3.5.4 Проверка чувствительности, ограниченной собственными
шумами электронного тракта
3.5.5 Проверка точности определения местоположения имитатора источника сигналов акустической эмиссии
3.5.6 Определение максимальной дальности действия прибора
ВЫВОДЫ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЯ

Интенсивное развитие трубопроводного транспорта привело к росту протяжённости магистральных нефтепродуктопроводов. В России за исторически короткий период времени была создана уникальная по протяжённости, производительности и сложности система магистральных трубопроводов. Общая длина магистралей достигла 215 тыс. км. Весь объём добываемой нефти и газа транспортируется по единой системе нефтегазоснабжения из удалённых районов добычи (Западная Сибирь и Средняя Азия) до основных потребителей европейской части стран СНГ и Западной Европы. На своём пути они более 2 тыс. раз пересекают различные водные преграды: реки, озёра, каналы, болота и водохранилища [1].
Подводные трубопроводы (ПТ) работают в различных условиях, находятся под воздействием значительных давлений, течения и волн, поверхностного и донного льда, якорей, волокуш, подвергаются коррозии. Они должны быть прочны, надёжны и безопасны в эксплуатации. Следует учесть, что основные фонды трубопроводного транспорта в значительной степени (на 50-70%) изношены [2]. В результате длительной эксплуатации повышается склонность трубного металла к замедленному разрушению вследствие возникновения и развития дефектов, обусловленных комплексом причин конструктивного, технологического и эксплуатационного характера. Это приводит к возникновению аварий. По оценкам специалистов МЧС России аварийность на трубопроводах с каждым годом возрастает.
Аварии на трубопроводах - это не только огромные потери перекачиваемых продуктов, простои трубопровода, но и непоправимый ущерб, наносимый природе. При нарушении герметичности нефте- или нефтепродуктопро-вода на подводном переходе в воду может быть выброшено от несколько сот до нескольких тысяч кубометров нефти, керосина, бензина и другого продукта. При таком воздействии погибает часть фауны водоёма в зоне распространения нефтяного пятна, загрязняются берега водоёма, гибнут птицы.
плитуд и фаз сигналов парциальных антенных элементов. В качестве закона распределения обычно используют различного рода полиномы, например, полиномы Чебышева [111]. Это позволяет несколько снизить количество элементов ФАР, уменьшить уровень боковых лепестков. Одним из очевидных недостатков данного решения является, помимо сложности реализации такого распределения, сложность обеспечения высокой точности коэффициентов полинома.
Предлагаемый автором метод повышения разрешающей способности ФАР заключается в сочетании перемножения парциальных сигналов и сложения результатов этого перемножения. Покажем, что при таком способе обработки ширина главного лепестка диаграммы направленности становится меньше, чем при суммировании парциальных сигналов. Для линейной эквидистантной антенной решётки в зоне дифракции Фраунгофера можно записать:

A (t,F)= nsin(oW + n-F), (1.1)
F п

A(t,F)= Xsin(oo-t + n-F), (1.2)

где Ap(t,F),Ag(t,F)- выходные сигналы ФАР при перемножении и
суммировании соответственно; N - количество элементов в антенной решётке; F - фаза сигнала, п - текущий номер элемента антенны; t - текущее время; со -частота акустического излучения.
Амплитудный множитель условно принят равным единице. Выражения (1.1) и (1.2) справедливы в том случае, когда элементы антенной решётки много меньше длины волны акустического излучения. Данное допущение не влияет на общность дальнейшего анализа.
Очевидно, что для оценки пространственного разрешения необходимо получить явную аналитическую зависимость амплитуды сигнала а (t,F) и
As(t,F) от фазы F, которая, в свою очередь, определяется пространственным