Устройство для определения утечек и их локализации

КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(57) Изобретение относится к устройствам для определения утечек на трубопроводах и их локализации. Устройство содержит проницаемый собирающий трубопровод, который присоединен к насосу для подачи транспортной среды и, по крайней мере,к одному датчику для появляющегося при утечке вещества. Собирающий трубопровод оборудован источниками детектируемого газа , используемыми в качестве путевых маркеров, расположенных в известных точках и на известных расстояниях друг от друга, и датчик для газапространственно связан с датчиком для детектирования появляющегося при утечке вещества. Предлагаемое устройство обеспечивает повышенную точность локализации утечек даже в случае длинных собирающих трубопроводов.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УТЕЧЕК И ИХ ЛОКАЛИЗАЦИИ 14480 Настоящее изобретение относится к устройствам для определения утечек и их локализации с использованием проницаемого собирающего трубопровода, соединенного с насосом для перемещения транспортной среды и, по крайней мере, с одним датчиком для регистрации появляющегося при утечке вещества. Такое устройство известно из патента ФРГ 24 31 907 3 и используется как система определения утечек и их локализации, например, на трубопроводах (например, нефтяных или газовых). Если вещество выходит из течи в трубопроводе, то в результате диффузии оно проникает в собирающий трубопровод, а затем с помощью насоса доставляется по нему вместе с транспортной средой к датчику и там детектируется. Локализацию утечки устанавливают, зная скорость потока, по времени доставки вещества к датчику. С увеличением длины собирающего трубопровода, который в случае нефтепроводов может достигать 800 км, возникает проблема, заключающаяся в том, что из-за неизбежных флуктуаций плотности,давления и температуры газовой транспортной среды по длине собирающего трубопровода и из-за высокого перепада давления в нем, необходимого для прокачивания транспортной среды, скорость ее перемещения на протяжении всего собирающего трубопровода непостоянна и также может флуктуировать, так что точность, с которой может быть определено место утечки, падает с увеличением длины собирающего трубопровода. Задачей настоящего изобретения является разработка устройства для определения утечек и их локализации, обеспечивающего повышенную точность локализации утечек даже в случае длинных собирающих трубопроводов. Это, согласно настоящему изобретению, достигается посредством использования устройства,имеющего признаки п. 1 формулы изобретения. Так как источники детектируемого газа, выполняющие роль путевых маркеров, привязаны к собирающему трубопроводу в известных точках и отстоят друг от друга на известные расстояния, и поскольку датчик для определения детектируемого газа и датчик, регистрирующий появляющееся из течи вещество,пространственно разделены, то точная локализация течи обеспечивается даже в случаях, когда скорость потока транспортной среды в собирающем трубопроводе неизвестна. Взамен достаточно точно знать положение тех точек, в которых детектируемый газ проникает в собирающий трубопровод. Максимумы концентрации доставляемого детектируемого газа,регистрируемые датчиком, служат в качестве путевых маркеров, привязанных к определенным точкам собирающего трубопровода. Если, например, максимум вытекающего из течи вещества приходится на участок между вторым и третьим максимумами газа, то это означает, что вещество проникло в собирающий трубопровод между вторым и третьим местами расположения источников детектируемого газа. Так как местоположения этих источников точно известны, и, в дальнейшем, расстояние от места 2 утечки до места расположения соответствующего источника газа может быть определено по расстоянию от максимума вытекающего вещества до соседнего максимума газа, достигается надежное определение места утечки. В принципе, для детектирования как вещества,так и газа можно использовать один и тот же датчик. В этом случае детектируемое вещество и газ могут быть одинаковыми. Предпочтительно, однако, чтобы используемый детектируемый газ отличался от вещества, выходящего при утечке, и в этом случае особенно предпочтительным вариантом является использование такого датчика вытекающего вещества, который не регистрирует газ. Тогда даже утечки, находящиеся в непосредственной близости к путевым маркерам, могут детектироваться надежно и с высокой чувствительностью. В наиболее предпочтительном варианте изобретения перед датчиком для регистрации вытекающего вещества устанавливают катализаторы для преобразования водорода в воду, к которой этот датчик нечувствителен. Это дает гарантию, что измерительный сигнал, полученный от датчика вытекающего вещества, не будет искажаться водородом. Для детектирования самого водорода устанавливают затем специальные датчики. В частности, путевые маркеры представляют собой расходуемые аноды,являющиеся источниками водорода. Такие расходуемые аноды устанавливаются на трубопроводе в точно известных местах и служат для предотвращения его от коррозии. Расходуемые аноды, как правило, алюминиевые, находятся в электрическом контакте с трубопроводом и образуют с последним локальный электрохимический элемент. В результате, на отрицательном полюсе, то есть на трубопроводе, выделяется водород. Последний в качестве детектируемого газа проникает в собирающий трубопровод в точно известных местах. В другом варианте устройства путевые маркеры включают в себя металлические элементы, изготовленные из более благородного металла, чем расходуемые аноды, которые электрически соединены с ними. В результате этого формируется независимый локальный электрохимический элемент. Это гарантирует непрерывное и надежное выделение водорода на расходуемом аноде или, в случае подводного собирающего трубопровода, на металлическом элементе, соединенным с расходуемым анодом. Металлический элемент, выполняющий роль катода, электрически изолирован от расходуемого анода, например, пластиком и соединен с расходуемым анодом посредством электрической цепи. Используемый насос представляет собой, предпочтительно, нагнетающий насос, устанавливаемый в начале собирающего трубопровода, по направлению потока. Это имеет преимущество по сравнению с использованием отсасывающего насоса, так как дает возможность создавать высокий перепад давления вдоль собирающего трубопровода, во много раз превышающий максимальный перепад давления,который может быть достигнут с помощью отсасывающего насоса, так что эта система может исполь 14480 зоваться на расстояниях более 15 км без необходимости использования множества систем, которые нужно было бы устанавливать одну за другой. Используя нагнетающий насос, можно создавать в собирающем трубопроводе такие перепады давления,что они будут обеспечивать необходимые потоки несущей среды, даже через несколько сотен километров. Таким образом, при использовании нагнетающих насосов транспортная среда может надежно перемещаться на очень большие расстояния без необходимости применения дополнительных насосов. Это позволяет использовать собирающие трубопроводы на трубопроводах с подводной частью большой протяженности (до 800 км), поскольку в этом случае дорогостоящую насосную станцию необходимо ставить только в начале или в конце собирающего трубопровода. Другим предпочтительным воплощением является система, состоящая из множества размещенных на собирающем трубопроводе на расстоянии друг от друга датчиков для регистрации появляющегося вещества и для газа, причем все датчики подсоединены к оценочным узлам на конце собирающего трубопровода с помощью линии электрического питания и измерения. Поскольку собирающий трубопровод оборудован множеством датчиков, то этим достигается то преимущество, что диффундирующее внутрь вещество детектируется быстрее, чем это возможно в случае его транспорта на очень большое расстояние до конца собирающего трубопровода. Более того,вещество в процессе длительной транспортировки может распределиться на более протяженные сегменты собирающей трубы по сравнению с размерами области в месте его проникновения, что затрудняет детектирование. Каждый из датчиков требует лишь одной линии электропитания и измерения для передачи измеряемых величин в центральный оценочный узел на конце собирающего трубопровода. Таким образом, каждая доля отрезка между насосом и первым датчиком, между двумя соседними датчиками или между последним датчиком собирающего трубопровода и дополнительным датчиком может тогда учитываться в оценочном узле отдельно. Расстояние между узлами датчиков может быть от 10 до 50 км при общей длине собирающего трубопровода от 400 до 800 км. Устройство в соответствии с настоящим изобретением дает преимущество, что известная система для определения и локализации утечек может использоваться для контроля очень протяженных участков, например, до 800 км, а также на подводных трубопроводах. Устройство для определения и локализации утечек по настоящему изобретению поясняется более подробно с помощью чертежей варианта конструкции, где на фиг. 1 дано принципиальное схематическое изображение устройства в соответствии с настоящим изобретением на фиг. 2 и фиг. 3 показаны другие предпочтительные варианты, также в виде принципиальных схем. На фиг.1 показан собирающий трубопровод 1 длиной около 500 км, снабженный множеством датчиков 4 системы определения утечек и их локализации. Собирающий трубопровод начинается от насоса 2, действующего как нагнетательный насос, и заканчивается оценочным узлом 3, в котором находится последний датчик 4. Остальные датчики 4 находятся на собирающем трубопроводе 1 на некотором расстоянии друг от друга. Каждый датчик 4 включает в себя датчик 4 а для вещества М, появляющегося при утечке. Если вещество М появляется в месте утечки 51 из подводного трубопровода 5,оборудованного собирающим трубопроводом, то это вещество поступает на этот собирающий трубопровод 1, диффундирует в последний и при последующем прокачивании подается вместе с транспортной средой Т,протекающей по собирающему трубопроводу 1, к следующему датчику 4 и здесь регистрируется. Все датчики 4 соединены электрической линией питания и измерения 6 с оценочным узлом 3, в котором затем производится определение места утечки. Чтобы для вычисления места утечки не требовалось знания скорости потока в очень длинном собирающем трубопроводе 1, в известных точках устанавливают источники 7 детектируемого газа , в частности, водорода, служащие в качестве путевых маркеров. В демонстрационном варианте устройства эти источники состоят из расходуемых анодов 8,которые обычно монтируются на подводном трубопроводе 5. Вблизи этих расходуемых анодов 8 выделяется водород, который в качестве детектируемого газапоступает внутрь собирающего трубопровода 1 точно так же, как и вещество М, вытекающее из трубопровода 5, и детектируется с помощью датчика 4. Для этого каждый из датчиков 4,содержит специфический датчик 4 а, прикрепленный к датчику 4 для детектируемого газа, в данном примере - датчику водорода. Другими словами, датчик 4 для газарасположен в пространственной близости к датчику 4 а для вещества М. Так как локализация источников водорода находится точно в местах расположения расходуемых анодов 8, которые известны, то место локализации утечки может быть определено по положению максимума вытекающего из течи вещества М между двумя максимумами водорода без знания значения скорости потока в собирающем трубопроводе. Чтобы улучшить расходуемые аноды 8, служащие путевыми маркерами, используют металлические элементы 10, выполненные из более благородного металла, чем расходуемые аноды 8, электрически изолированные от них пластиком и соединенные с расходуемым анодом 8 электрической линией. На таких металлических элементах 10 водорода генерируется заметно больше, чем на самих расходуемых анодах 8. Для того, чтобы работа датчиков 4 а для появившегося вещества М не искажалась водородом, кото 3 14480 рый детектируется датчиками 4, перед ними устанавливают катализаторы 9, преобразующие водород в воду, которая не вызывает каких-либо искажений. Таким образом, достигается преимущество, что места утечек даже в очень длинных недоступных трубопроводах 5 могут надежно определяться. Согласно фиг. 2 и фиг 3, источники 7 детектируемого газа , выполняющие роль путевых маркеров, могут также быть смонтированы непосредственно на собирающем трубопроводе 1, а также могут быть смонтированы кольцеобразно вокруг последнего, как это показано на фиг. 3. Эти источники представляют собой камеры, содержащие жидкость, например, гидрокарбоновое соединение с низким давлением насыщающего пара, в частности, этанол или смесь этанола с водой, газообразная компонентакоторого диффундирует в собирающий трубопровод 1. В другом варианте можно использовать в качестве жидкости воду и монтировать в камере обычный металл 12 (фиг. 3), например, провод из цинка. Выделяющегося при этом водорода достаточно для того, чтобы его можно было детектировать в качестве путевого маркера с помощью датчика 4. В варианте конструкции, показанном на фиг.2 и фиг. 3, в этом случае уже не требуется наличия воды вблизи собирающего трубопровода 1 или контролируемого трубопровода, так как генерирование детектируемого газа не зависит от среды, окружающей собирающий трубопровод 1 или этот трубопровод. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Устройство для определения утечек и их локализации, содержащее проницаемый собирающий трубопровод, соединенный с насосом для перемещения транспортной среды и, по крайней мере, один датчик для детектирования появляющегося при утечке вещества, отличающееся тем, что собирающий трубопровод (1) оборудуют источниками(7) детектируемого газа , используемыми в качестве путевых маркеров, расположенных в известных точках и на известных расстояниях друг от друга, и тем, что датчик (46) для газарасположен в пространственной близости к датчику (4 а) для детектирования появляющегося при утечке вещества. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что газне соответствует веществу (М), появляющемуся при утечке. 3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что газ-это водород. 4. Устройство по одному из п.п. 1-3, отличающееся тем, что датчик (4 а) для появляющегося при утечке вещества (М) не чувствителен к газу . 5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что перед датчиком (4 а) для появляющегося при утечке вещества (М) размещают катализатор (9) для преобразования водорода в воду. 6. Устройство по одному из п.п. 4 или 5, отличающееся тем, что в качестве источников (7) используют установленные на трубопроводе (5) расходуемые аноды (8). 7. Устройство по п.п. 4 или 5, отличающееся тем, что источники (7) представляют собой расходуемые аноды с металлическими элементами (10),выполненными из более благородного металла, чем расходуемые аноды (8), и электрически соединенные с ними. 8. Устройство по одному из п.п. 1-7, отличающееся тем, что насос (2), установленный в начале собирающего трубопровода (1) , представляет собой, предпочтительно, нагнетающий насос, действующий в направлении потока транспортной среды. 9. Устройство по одному из п.п. 1-8, отличающееся тем, что на собирающем трубопроводе (1) размещают множество датчиков (4) для появляющегося при утечке вещества (М) и для газа , и тем,что все датчики (4) подсоединены посредством линии электропитания и измерения (6) к оценивающему узлу (3), находящемуся на конце собирающего трубопровода (1). 10. 10. Устройство по п. 9, отличающееся тем,что каждый датчик (4) содержит датчик (4 а) для появляющегося при утечке вещества (М) и датчик