Контроль целостности магистральных продуктопроводов по акустическим колебаниям оболочки

• Автор: Патронов, Константин Сергеевич
• Шифр специальности: 05.11.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Омск
• Количество страниц: 147 с. : ил.

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

АЦП - аналого-цифровой преобразователь

БПФ - быстрое преобразование Фурье

ДПФ - дискретное преобразование Фурье

НС - насосная станция

СП - случайный процесс

НСП - несанкционированное подключение

ПК - персональный компьютер

ФНЧ - фильтр низких частот

АЧХ - амплитудно-частотная характеристика

АЭ - акустическая эмиссия

ЦОС - цифровая обработка сигналов
СКО - среднеквадратичное отклонение
БД - база данных
АКФ - автокорреляционная функция
АС - автоматизированная система
ПО - программное обеспечение
ОС - операционная система
ОСРВ - операционная система реального времени

Список сокращений и условных обозначений
1. Состояние вопроса и задачи исследований
1.1. Введение в проблему
1.2. Технология несанкционированного подключения к продуктопроводам
1.3. Обнаружение локальных повреждений оболочки трубопровода. Обзор
1.4. Постановка задачи исследования
2. Модели сигналов «подключения к трубе»
2.1. Экспериментальная база исследований
2.2. Особенности распространения в оболочках трубопроводов акустических
колебаний ударного происхождения
2.3. Определение максимального расстояния «датчик-злоумышленник»
2.4. Математические модели сигналов от ударных воздействий на трубу
2.5. Исследование акустических сигналов «сверление»
Выводы
3. Исследование акустических сигналов оболочки трубопровода. Модель «шума»
3.1. Выбор расстояния между НС и точкой регистрации сигналов при
построении модели шума оболочки трубы
3.2. Модель акустического шума оболочки действующего трубопровода
3.3. Влияние технологических параметров работы трубопровода на шумовые д,-
характеристики трубы
Выводы
4. Алгоритмы обнаружения несанкционированных подключений к трубопроводам
4.1. Обнаружение сигналов ударного происхождения
4.2. Обнаружение и распознавание «неизвестных» сигналов
4.3. Локализация источника акустических сигналов при несанкционированных
подключениях к трубопроводам
4.4. Методика построения автоматической системы контроля
несанкционированного доступа к трубопроводам
Выводы
Заключение
Список использованных источников
Приложение
Приложение
Приложение
Приложение

Действующая в настоящее время сеть трубопроводов лидирует среди всех видов транспорта по производительности, грузообороту, дальности доставки и себестоимости перекачки углеводородного сырья. С помощью трубопроводов в России транспортируется более 96% нефти и газа, протяженность транспортной трубопроводной сети достигает ~200 тыс.км. [1].
Наибольшую угрозу для региональных и мировой экономик таит в себе надёжность работы трубопроводов - самого уязвимого звена на пути продуктов от буровой скважины до бензобака автомобиля. Речь идёт о нерешённости проблемы по безопасной доставке транспортируемых продуктов.
Социальная напряжённость между разными государствами и слоями населения продолжает возрастать. Противостояние «бедных» и «богатых» неизбежно выливается во взаимную агрессию, наблюдаемую в наши дни. Появился термин «международный терроризм». Сегодня террористы применяют изощренные способы уничтожения зданий и людей. Но есть возможность нанести ощутимый урон государству, разрушая топливно-энергетическую отрасль, которая является «кровеносной» системой современного развитого государства. К объектам приоритетной значимости в ТЭК относятся:
• нефтегазоперерабатывающие заводы;
• электростанции;
• хранилища углеводородов;
• нефтегазопроводы.
Первые три из них имеют наивысшую степень охраны (в состав охранения входят даже комплексы ПВО). Иначе дело обстоит с

-1700 Гц имели в одной и той же среде разные скорости распространения, что противоречит здравому смыслу.
Известно, что скорость распространения акустических колебаний в стальной оболочке трубы равна -4000 м/с. При этом разница между временем наблюдения фронта волны, пришедшего на датчик по прямой линии и «по спиралям» составляет около 300 мс.
Отсюда следует следующий вывод. Расстояние, которое прошёл сигнал «по спирали» равняется 1500+0,Зх(~4000) - 2700 м. Этот сигнал был принят пьезодатчиком. Следовательно, экспериментальным путём удалось выяснить, что сигналы (определённой энергии) ударного происхождения способны распространяться в оболочках трубопроводов на дистанцию до 2700 м.
Полученный результат позволяет выдвинуть следующую идею. Измеренная степень «расслоения» акустического сигнала может являться дополнительным критерием для процедуры расчёта координаты повреждения в трубе. Зная, какова степень «расслоённости» пришедшего на датчик сигнала, можно вычислить, опираясь на эмпирический опыт, расстояние, которое прошёл этот сигнал. Следовательно, нужно описать выявленную особенность распространения акустических колебаний в оболочке трубы математической моделью, переменным параметром которой должно быть расстояние, пройденное сигналом от места его появления до регистрирующих датчиков.
Для решения этой задачи был проведён эксперимент, в ходе которого по оболочке трубопровода наносились удары на различном удалении от датчиков. Полученные сигналы записывались в компьютер, и для каждого сигнала находилось время начала возбуждения и время, когда сигнал имел наибольшую энергетическую плотность (максимальную амплитуду).