Комп’ютеризована система виявлення свищів у продуктопроводах - Автореферат

Ефективне функціонування трубопровідного транспорту неможливе без розвиненої автоматизованої та компютеризованої системи контролю та управління, за допомогою якої вирішуються задачі оцінювання параметрів та стану трубопроводу (нафто-, газо-або продуктопроводу), аналізу та управління процесами транспортування рідких або газоподібних продуктів і виявлення аварійних ситуацій - відмов обладнання, пошкоджень трубопроводів, витоків продуктів, що транспортуються тощо. Тому задача удосконалення методів виявлення пошкоджень продуктопроводів, зокрема, виявлення положення свищів на основі повнішого обліку інформації про стан продуктопроводу в цілому і окремих його ділянок є, безумовно, актуальною й має науково-технічний інтерес. Дисертаційна робота виконувалась у рамках науково-дослідної роботи Національного авіаційного університету (НАУ) №ДЗ/156-2005(277-ДЗ05) «Створення мобільної системи локалізації свищів в протяжних продуктопроводах, що працюють під тиском» (номер державної реєстрації № 0105U008478). Роль автора у вказаній науково-дослідній роботі, в якій дисертант був безпосереднім виконавцем, полягає в аналізі існуючих методів оцінки і засобів забезпечення надійності і ефективності визначення характеристик продуктопроводів, методів збору інформації, кореляційного аналізу неоднорідностей акустично-електронних сигналів, а також в розробці нових моделей і методів локалізації свищів з використанням універсальних та/або спеціалізованих обчислювачів і мереж передачі даних. Для досягнення поставленої мети в дисертаційній роботі вирішуються наступні завдання: - аналіз принципів і методів моніторингу сучасних інформаційно-аналітичних (компютерних) мереж стосовно до корпоративних мереж продуктопроводів;Проведено аналіз відомих методів забезпечення якості обслуговування та ступеню автоматизації в сучасних системах, який показав, що нагальною проблемою є перехід від “острівного” до “материкового” принципу автоматизації і компютеризації систем управління. Подальшим розвитком комбінованих акусто-емісійних систем визначення місцеположення свищів у продуктопроводах є аналого-цифрове перетворення сигналів, що безпосередньо знімаються з датчиків, та передача їх через лінії передачі даних (ЛПД) до віддаленого центру обробки, тобто формування повноцінної інформаційно-управляючої та обчислювальної мережі, створеної за материковим принципом. Показано, що єдина інформаційна система управління продуктопроводом повинна мати три рівні: традиційні - центральний і районні диспетчерські служби і нижчий (експлуатаційний) рівень збору і обробки інформації про стан власне продуктопроводу, зокрема, його цілісності і відсутності локальних пошкоджень. Так як сигнали АЕ на виході датчиків малі для безпосередньої їх обробки, то необхідно робити посилення і виділення обвідної сигналів, які реєструються. Вона представляє собою набір взаємозалежних модулів, які умовно можна розділити на декілька груп, у відповідності з їх функціональним призначенням: група операцій, яка повязана з формуванням графічного інтерфейсу управління; група операцій по формуванню підказки користувачеві; група операцій, яка повязана з формуванням і контролем за станом системи; група операцій по візуалізації вхідного процесу, що реєструється; група операцій по тестуванню системи; група операцій по проведенню випробувань обєкту контролю; група операцій по обробці параметрів вхідного процесу; група операцій по формуванню параметрів, необхідних для реалізації алгоритмів обробки.Для подальшого вдосконалення систем контролю продуктивності, надійності та безпеки транспортування газової або рідкої вуглеводневої сировини по продуктопроводах, що працюють під тиском, необхідно проводити широку автоматизацію та компютеризацію цих систем. На основі результатів аналізу сучасних систем управління географічно розподіленими обєктами критичного застосування запропоновано трирівневу структуру інформаційно-аналітичної системи продуктопроводу. Для реалізації такої структури застосовується інформаційно-обчислювальна система, основними складовими якої є датчики параметрів та стану продуктопроводу, лінії передачі даних, програми обробки інформації, що поступає, та компютерна мережа, за допомогою якої окремі елементи системи обєднуються у єдине ціле. Проведено аналіз відомих методів визначення свищів, що виникають в продуктопроводах, які працюють під тиском газових або рідких середовищ. Розроблено загальну структуру макету системи визначення місцеположення свищів в продуктопроводах, що працюють під тиском газових або рідких середовищ, загальний алгоритм її роботи з розподілом функцій між апаратними і програмними засобами.

Основний зміст роботи

Для подальшого вдосконалення систем контролю продуктивності, надійності та безпеки транспортування газової або рідкої вуглеводневої сировини по продуктопроводах, що працюють під тиском, необхідно проводити широку автоматизацію та компютеризацію цих систем. Необхідно переходити від “острівної” до “материкової” структури системи управління, тобто розподіленої ієрархічної структури, вузли якої обєднані у єдине ціле високошвидкісними лініями передачі даних. Різні рівні управління створюються у відповідності до типу, характеру і масштабу задач, які вирішуються.

У дисертаційній роботі розвязана науково-технічна задача підвищення ефективності компютеризованого контролю безпеки та надійності функціонування продуктопроводів за рахунок більш точного визначення та локалізації аномалій у їх роботі.

1. На основі результатів аналізу сучасних систем управління географічно розподіленими обєктами критичного застосування запропоновано трирівневу структуру інформаційно-аналітичної системи продуктопроводу. Для реалізації такої структури застосовується інформаційно-обчислювальна система, основними складовими якої є датчики параметрів та стану продуктопроводу, лінії передачі даних, програми обробки інформації, що поступає, та компютерна мережа, за допомогою якої окремі елементи системи обєднуються у єдине ціле.

2. Проведено аналіз відомих методів визначення свищів, що виникають в продуктопроводах, які працюють під тиском газових або рідких середовищ. Показано, що найбільш поширення мають низькочастотні акустичні методи. Однак, інтенсивність і частота випромінювання при витоку середовищ, що транспортуються, залежать від великої кількості факторів, включаючи і неправильність форми свищів, а також складність поверхонь розриву, тобто факторів, що приводять до виникнення високочастотного випромінювання або акусто-емісійного випромінювання, яке розповсюджується по матеріалу продуктопроводу.

3. Розроблено загальну структуру макету системи визначення місцеположення свищів в продуктопроводах, що працюють під тиском газових або рідких середовищ, загальний алгоритм її роботи з розподілом функцій між апаратними і програмними засобами.

4. Розроблено структуру та алгоритм роботи двоканального аналогового тракту первинної обробки сигналів акустичної емісії, проведено обґрунтування та вибір його параметрів. Розроблена структура, алгоритм роботи та принципова схема генератору тестових сигналів.

5. Створено структури програмних засобів системи визначення свищів та загальний алгоритм їх роботи. Розроблено багаторівневу структуру і склад інформаційних баз, які використовуються для управління системою, проведення введення-виведення інформації при тестуванні системи, випробуванні обєкту контролю, обробці вхідного процесу, формуванні протоколу випробувань та допомоги користувачу.

6. Створено алгоритм та програмне забезпечення тестування системи, який дозволяє проводити перевірку, тестування та налагоджування системи з використанням імітатору сигналів акустичної емісії. Розроблено методику запису та збереження інформації у вигляді файлових структур за результатами тестування системи.

7. Розроблено алгоритми та програмне забезпечення для проведення випробувань виробу, обробки завадоподібних сигналів акустичної емісії, представлення результатів та проведення екранного графічного аналізу даних. Створено алгоритм та програмне забезпечення виведення та аналізу сигналів акустичної емісії в реальному часі.

8. Розроблено макет акусто-емісійної системи локації свищів в продуктопроводах, які працюють під тиском газових або рідких середовищ. Створено методики перевірки параметрів електронної частини макету мобільної акусто-емісійної системи та методика випробувань обєкту контролю.

9. Розроблено метод та алгоритм ефективного обчислення місцеположення наскрізних дефектів (свищів), що виникають у продуктопроводі, шляхом заміни прямого розрахунку взаємно кореляційних функції сигналів застосуванням прямого та зворотного ШПФ. Надані кількісні оцінки виграшу в апаратних або програмних витратах при застосуванні запропонованого методу.

1. Пономаренко А.В. Рациональный выбор параметров и структуры корпоративных информационно-вычислительных сетей для трубопроводных систем / А.В. Пономаренко // Проблеми інформатизації та управління: зб.наук.пр. - К.: НАУ, 2010. - Вип. 3(31). - С. 132-138.

2. Луцький М.Г. The acoustics emission system of the cracks place location / М.Г. Луцький, О.В. Пономаренко // Proceedings of the National Aviation University. - 2010. - ? 3(44). - С. 97-105.

3. Луцький М.Г. Обработка сигналов акустической эмиссии при определении положения сквозных дефектов / М.Г. Луцкий, А.В. Пономаренко, С.Ф. Филоненко // Автоматика, автоматизация, электротехнические комплексы и системы. - 2008. - №2 (22). - С. 74-80.

4. Бабак В.П. Optimization of signal features under objects" dynamic test / В.П. Бабак, С.Ф. Филоненко, И.К. Корниенко-Мифтахова, А.В. Пономаренко // Aviation. - 2008. - v.12, N1. - C. 10-17.

5. Бабак В.П. Локализация местоположения сквозных дефектов по сигналам акустической эмиссии / В.П. Бабак, А.В. Пономаренко // Автоматика, автоматизация, электротехнические комплексы и системы. - 2007. - №1(19). - С. 39-46.

6. Бабак В.П. Обработка сигналов при динамических испытаниях объектов / В.П. Бабак, С.Ф. Филоненко, А.В. Пономаренко, И.К. Корниенко-Мифтахова // Технологические системы. - 2007. - №1(37). - С. 25-32.

7. Бабак В.П. Определение коэффициента передачи датчиков преобразования смещений / В.П. Бабак, С.Ф. Филоненко, А.В. Пономаренко, И.К. Корниенко-Мифтахова // Технологические системы. - 2006. - №4(36). - С. 6-12.

8. Пат. на корисну модель № 27486 Україна, МПК (2006) G 01N 29/00, 29/14,G01M 3/00, F 17D 5/02 (2006.01). Спосіб визначення місцеположення свищів у виробах / В.П. Бабак, С.Ф. Филоненко, О.В Пономаренко; власники: В.П. Бабак, С.Ф. Филоненко, О.В Пономаренко. - № а 2007 00986; заявл. 30.01.2007; опубл. 12.11.2007, Бюл. №18.

9. Пат. на корисну модель № 38524 Україна, МПК (2006) G 01N 29/00, G01M 3/00, F 17D 5/02 (2008.01). Спосіб визначення місця знаходження витоку рідкого або газового середовищ у виробах / М.Г. Луцький, С.Ф. Філоненко, О.В. Пономаренко; власник Національний авіаційний університет. - № u 2008 09990; заявл. 01.08.2008; опубл. 12.01.2009, Бюл. №1.

10. Пономаренко А.В. Архитектура многоуровневой компьютеризованной системы обнаружения сквозных дефектов в продуктопроводах / А.В. Пономаренко // АВІА-2011: Х міжнар. наук.техн.конф., 19-21 квітня 2011 р.: тези допов. - К.: НАУ, 2011. - Т.1. - С. 5.18-5.20.