Способ непрерывного обнаружения ударных воздействий на трубопровод, предназначенный для транспортировки текучих сред

СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОГО ОБНАРУЖЕНИЯ УДАРНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ НА ТРУБОПРОВОД, ПРЕДНАЗНАЧЕННЫЙ ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВКИ ТЕКУЧИХ СРЕД Данное изобретение относится к способу непрерывного обнаружения ударных воздействий на трубопровод, предназначенный для транспортировки текучих сред и расположенный на морском дне, в котором устанавливают первый и второй датчики (11, 12) на одном и том же конце исследуемого участка длиной (х) трубопровода (13), регистрируют (110) приход первой акустической волны (14), распространяющейся в оболочке трубопровода (13) и образованной в результате ударного воздействия (16), имевшего место на указанном исследуемом участке длиной (х) трубопровода (13), с помощью первого датчика (11) регистрируют (120) приход второй акустической волны (15), распространяющейся в текучей среде переноса акустических волн внутри указанного трубопровода (13) и образованной в результате указанного ударного воздействия (16), имевшего место на указанном исследуемом участке длиной (х) трубопровода(13), с помощью второго датчика (12) определяют (130) временной интервал (t) между приходом указанных первой и второй акустических волн (14, 15), определяют местонахождение (140) ударного воздействия (16) путем установления его местоположения вдоль трубопровода (13) на основании указанного определенного временного интервала (t). При этом параметры второй акустической волны отличаются от параметров первой акустической волны, и на этапе определения местонахождения (140) ударного воздействия (16) вычисляют расстояние (d) до местоположения ударного воздействия (16) на трубопровод (13) от указанных первого и второго датчиков в соответствии с уравнением d =v1v2)/v)t, где v1 и v2 - скорости распространения акустических волн вдоль оболочки трубопровода (13) и в текучей среде внутри указанного трубопровода (13), av - разница между указанными скоростями v1, v2. Данное изобретение относится к системе и способу непрерывного обнаружения ударных воздействий на трубопроводы, применяемые для транспортировки текучих сред, в частности на трубопроводы,расположенные на морском дне. Известно, что для обнаружения ударных воздействий на трубопроводы, применяемые для транспортировки текучих сред, в настоящее время используют разнообразные акустические датчики, распределенные по длине трубопровода и выполненные с возможностью обнаружения наличия волн, возникающих в результате ударного воздействия в текучей среде внутри трубопровода. Например, известно о применении таких датчиков, как гидрофоны или, как вариант, акселерометры. Как схематически изображено на фиг. 1 а и 1b, местоположение и момент возникновения ударного воздействия 101 определяют на основании обследований, выполняемых двумя гидрофонами 102 или двумя акселерометрами 102', расположенными на двух концах обследуемого участка длиной х трубопровода 103, на котором имеет место ударное воздействие. Волновые фронты 104, 104', образованные в результате ударного воздействия 101 и распространяющиеся в текучей среде в одном направлении от точки возникновения, перемещаются фактически в обоих направлениях вдоль протяженности трубопровода 103 и достигают двух датчиков 102, 102' в моменты времени, зависящие от относительного расстояния между указанными датчиками и местом ударного воздействия. На основании разницы во времени между регистрацией прихода указанных двух фронтов 104 можно определить относительное расстояние между местом 101 ударного воздействия и указанными двумя датчиками 102, 102', интенсивность воздействия, а также момент образования волновых фронтов. Данные система и способ обнаружения особенно подходят для легкодоступных трубопроводов. Например, в случае систем, в которых используются гидрофоны, датчики должны быть установлены вдоль всей протяженности трубопровода с обеспечением их контакта с протекающей внутри него текучей средой. В случае систем, в которых используются акселерометры, датчики также должны быть установлены вдоль всей протяженности трубопровода, в частности, с обеспечением их непосредственного контакта с его наружной поверхностью. Для обнаружения ударного воздействия трубопровод разделяют на обследуемые участки х, длина которых соответствует дальности приема конкретного применяемого датчика и в случае гидрофонов и акселерометров составляет примерно 20-50 км, при этом датчики устанавливают на концах заданных обследуемых участков. Несмотря на то, что данная система обеспечивает хорошие результаты обнаружения с точки зрения точности и задержки замеров, она не может применяться в случае труднодоступных конструкций. Например, в случае подводных трубопроводов установка гидрофонов или акселерометров вдоль участка трубопроводов, расположенного на морском дне и, возможно, лежащего на нем, приведет к изменению конструкции или покрытия трубопроводов с ослаблением тем самым всей транспортирующей системы, целостность которой оказывается нарушена. Более того, установленные на морском дне датчики создают либо проблемы, связанные с подачей,либо существенные проблемы при техническом обслуживании, учитывая труднодоступность указанных датчиков. Кроме того, данные системы не могут применяться в подводных трубопроводах, которые уже запущены в действие, так как установка датчиков вдоль участка трубопровода, расположенного на дне моря, является чрезвычайно трудной операцией. Установка гидрофонов для обнаружения ударных воздействий на подводные трубопроводы может быть выполнена на двух береговых зонах, начальной и конечной, однако расстояние между указанными зонами в целом задает обследуемый участок, длина которого намного превышает рабочий диапазон датчиков. Таким образом, отсутствует возможность регистрации сигналов, предназначенных для определения местоположения, интенсивности и момента возникновения ударного воздействия, на двух концах такого обследуемого участка. Таким образом, известные на сегодняшний день системы не могут использоваться для оценки ударных воздействий на подводные трубопроводы. Тем не менее, существует высокая необходимость в мониторинге ударных воздействий вдоль участков трубопроводов, установленных у морского дна и, в частности, на участке вблизи береговой зоны. В случае подводных трубопроводов в настоящее время имеется возможность обнаружения только наличия ударного воздействия, вызывающего повреждениетрубы, путем определения протечки транспортируемой текучей среды по отсутствию или уменьшению ее давления у приемного конца, либо путем обнаружения протечек, выходящих на поверхность. Более того, известные системы обнаружения ударных воздействий на трубопроводы, предназначенные для транспортировки текучих сред, не могут использоваться для трубопроводов, которые доступны только с одной стороны, таких как, например, вертикальные стояки в линиях транспортировки от подводных резервуаров. В указанных трубопроводах фактически невозможно получить обследуемый участок, доступный с двух концов, на которых можно было бы установить акустические датчики. Цель данного изобретения заключается в преодолении вышеописанных ограничений и, в частности,-1 024882 в создании системы непрерывного обнаружения ударных воздействий на трубопроводы, предназначенные для транспортировки текучих сред, которая также может успешно применяться для подводных трубопроводных конструкций. Другой целью данного изобретения является создание системы непрерывного обнаружения ударных воздействий на трубопроводы, предназначенные для транспортировки текучих сред, которая может быть легко установлена, поскольку она не требует расположения датчиков вдоль участков трубопровода,расположенных у морского дна. Еще одной целью данного изобретения является создание системы непрерывного обнаружения ударных воздействий на трубопроводы, предназначенные для транспортировки текучих сред, которая также может применяться для трубопроводов, доступных только с одной стороны. Последняя, но не менее важная цель данного изобретения заключается в создании способа непрерывного обнаружения ударных воздействий на трубопроводы, предназначенные для транспортировки текучих сред, который обеспечивает высокую точность установления как местоположения, в котором имело место ударное воздействие, так и момента возникновения и интенсивности указанного воздействия для определения характера повреждения трубопровода. Эти и другие цели согласно данному изобретению достигаются путем создания системы и способа непрерывного обнаружения ударных воздействий на трубопроводы, предназначенные для транспортировки текучих сред, которые описаны в независимых пунктах формулы изобретения. Дополнительные особенности системы и способа изложены в зависимых пунктах формулы изобретения. Особенности и преимущества системы и способа непрерывного обнаружения ударных воздействий на трубопроводы, предназначенные для транспортировки текучих сред, согласно данному изобретению станут более очевидны из нижеследующего иллюстративного и неограничивающего описания, выполненного со ссылкой на прилагаемые схематические чертежи, на которых фиг. 1 а изображает схематический вид, иллюстрирующий обнаружение ударного воздействия на подземный трубопровод, контролируемый с помощью первой известной системы, основанной на использовании гидрофонов для выявления ударных воздействий на трубопроводы, предназначенные для транспортировки текучих сред,фиг. 1b изображает схематический вид, иллюстрирующий обнаружение ударного воздействия на подземный трубопровод, контролируемый с помощью второй известной системы, основанной на использовании акселерометров для выявления ударных воздействий на трубопроводы, предназначенные для транспортировки текучих сред,фиг. 2 изображает схематический вид, иллюстрирующий обнаружение ударного воздействия на трубопровод, контролируемый с помощью системы обнаружения ударных воздействий на трубопроводы, предназначенные для транспортировки текучих сред, согласно данному изобретению,фиг. 3 изображает схематический вид системы, показанной на фиг. 2, установленной на трубопроводе, имеющем подводный участок,фиг. 4 изображает блок-схему способа обнаружения ударных воздействий на трубопроводы, предназначенные для транспортировки текучих сред, согласно данному изобретению. На чертежах изображена система непрерывного обнаружения ударных воздействий на трубопроводы, предназначенные для транспортировки текучих сред, обозначенная в целом номером 10 позиции. Система 10 согласно данному изобретению содержит по меньшей мере два датчика 11, 12, каждый из которых установлен по меньшей мере на одном конце участка длиной х трубопровода 13, причем первый датчик 12 из указанных по меньшей мере двух датчиков выполнен с возможностью обнаружения первых акустических волн 14, которые распространяются вдоль оболочки трубопровода 13, а второй датчик 11 из указанных по меньшей мере двух датчиков выполнен с возможностью обнаружения вторых акустических волн 15, которые распространяются в текучей среде внутри трубопровода. Первый датчик 12 предпочтительно представляет собой виброакустический датчик, например оптоволоконный датчик или продольный и/или поперечный акселерометр, выполненный с возможностью регистрации колебаний 14, распространяющихся вдоль оболочки трубопровода 13 и образованных в результате ударного воздействия 16 на исследуемом участке х, например, длиной до приблизительно 50 км. Аналогичным образом, второй датчик 11 предпочтительно представляет собой гидрофон, выполненный с возможностью обнаружения наличия волнового фронта 15, также образованного в результате ударного воздействия 16 и распространяющегося внутри текучей среды вдоль трубопровода 13. Установка указанных по меньшей мере двух датчиков 11, 12, предназначенных для обнаружения акустических волн с разными волновыми характеристиками и, в частности, разными скоростями распространения и/или степенями затухания, поскольку они распространяются в разных средах, обеспечивает возможность обнаружения случайного ударного воздействия 16, которое имело место на указанном участке х трубопровода 13, с точки зрения его местоположения, момента возникновения и интенсивности также в том случае, когда оба датчика 11,12 расположены на одном и том же конце участка длиной х, как показано на фиг. 2. В частности, исследуемый участок х имеет длину, равную дальности приема указанных датчиков 11, 12. Местоположение, момент возникновения и интенсивность ударного воздействия 16 определяют с помощью корреляции между сигналами, зарегистрированными обоими датчиками 11, 12. Волны по существу распространяются в текучей среде и вдоль оболочки трубопровода 13 с разной скоростью и степенью затухания и потому достигают соответствующих датчиков 11, 12 в разные моменты времени и с разной интенсивностью также в том случае, когда указанные датчики установлены в одном и том же местоположении. Если скорости v1, v2 распространения и степень затухания виброакустических волн в указанных двух средах (текучей среде и оболочке) известны, то в дополнение к моменту возникновения и начальной интенсивности ударного воздействия 16 может быть определено относительное расстояние между местоположением указанного воздействия и указанными датчиками на основании временной разницы и разницы в интенсивностях сигналов, выдаваемых двумя датчиками 11, 12. Скорости распространения и степень затухания виброакустических волн связаны с материалами, в которых распространяются указанные волны, и могут быть измерены для каждой волны заранее. Датчики 11, 12 предпочтительно установлены в одном и том же местоположении трубопровода, однако система также идеально работает, когда датчики 11, 12 расположены на расстоянии друг от друга,например если они расположены на противоположных концах исследуемого участка х. Система 10 согласно данному изобретению также может содержать большее количество регистрационных датчиков 11, 12, по существу расположенных по меньшей мере на одном конце исследуемого участка х для обеспечения повышения степени точности показаний. На фиг. 3 проиллюстрировано возможное применение системы 10 согласно данному изобретению,в которой трубопровод 13 имеет, по меньшей мере, первый подземный участок 13 а, расположенный выше по потоку, второй участок 13b, расположенный вблизи уровня земли на береговой зоне, и третий подводный участок 13 с. Путем обычного расположения на втором участке 13b трубопровода двух датчиков 11, 12, выполненных с возможностью обнаружения акустических волн с разными волновыми характеристиками, можно определить местоположение, момент возникновения и интенсивность возможных ударных воздействий, которые имеют место на подводном участке 13 с. Возможные ударные воздействия вдоль первого подземного участка 13 а трубопровода могут быть выявлены с помощью обычных систем известного типа, таких как, например, изображенные на фиг. 1 а и 1b. Кроме того, для конструкции системы 10 наличие участка 13b трубопровода, выступающего из земли, является предпочтительным, но необязательным, поскольку датчики 11, 12 могут быть установлены и на подземном участке 13 а трубопровода. Ниже с учетом изображенных вариантов выполнения описана работа системы 10 непрерывного обнаружения ударных воздействий на трубопроводы, предназначенные для транспортировки текучих сред,в которой оба датчика 11, 12 установлены по существу в одном и том же местоположении на одном и том же конце исследуемого участка х. При возникновении ударного воздействия 16 образуются акустические волны, которые распространяются как в текучей среде внутри трубопровода 13, так и вдоль оболочки указанного трубопровода 13. При распространении вдоль оболочки трубопровода 13 первая акустическая волна 14 достигает первого датчика 12, который вследствие своей постоянной чувствительности регистрирует приход первой акустической волны 14 и генерирует первый соответствующий сигнал (этап 110). По прошествии временного интервала t, когда появляется вторая акустическая волна 15, распространяющаяся через текучую среду в трубопроводе 13, второй датчик 11, также обладающий постоянной чувствительностью, регистрирует ее приход и генерирует второй сигнал (этап 120). Затем определяют временной интервал t между приходом двух акустических волн 14, 15 (этап 130) и, используя указанный интервал t, локализуют ударное воздействие 16 (этап 140) путем определения расстояния d между двумя датчиками 11, 12 и местоположения, в котором произошло указанное воздействие. В конкретной конфигурации, которая показана на фиг. 2 и при которой первый датчик 12 и второй датчик 11 установлены по существу в одном и том же местоположении, расстояние d рассчитывают на основании следующего уравнения: где v1 и v2 - скорости распространения акустических волн соответственно вдоль оболочки трубопровода 13 и в текучей среде внутри указанного трубопровода 13, a v - разница между двумя скоростями v1, v2. После определения расстояния d может быть определен момент возникновения ударного воздействия путем взятия за отсчет, например, момента прихода первой акустической волны 14, зарегистрированного первым датчиком 12, и вычитания интервала, определенного из соотношения между рассчитанным расстоянием d и скоростью v1 распространения акустических волн вдоль оболочки трубопровода 13(этап 150). Аналогичным образом, может быть определена начальная интенсивность ударного воздействия 16 путем сложения зарегистрированной интенсивности и величины затухания соответствующей фазы распространения, которую вычисляют путем умножения коэффициента затухания указанной фазы на рассчитанное расстояние d (этап 160). Наконец, на основании зарегистрированной интенсивности и начального местоположения ударного воздействия, в дополнение к коэффициентам затухания первой и второй акустических волн 14, 15, может быть оценен характер повреждения трубопровода 13 (этап 170). Из вышеприведенного описания очевидны особенности и сравнительные преимущества предложенных в данном изобретении системы и способа непрерывного обнаружения ударных воздействий на трубопроводы, предназначенные для транспортировки текучих сред. Путем одновременного использования датчиков, воспринимающих по меньшей мере два типа волн,например датчиков, которые регистрируют волны, распространяющиеся вдоль транспортируемой текучей среды, и других датчиков, регистрирующих распространение волн вдоль трубопровода, и путем соответствующей совместной обработки известных данных и данных, зарегистрированных датчиками,ударное воздействие может быть локализовано даже в том случае, если замеры выполняют с одной и той же стороны относительно места ударного воздействия. Таким образом, данная система также можно успешно применяться для контроля берегового участка подводных трубопроводов или вертикальных стояков в линиях транспортировки без необходимости установки датчиков у морского дна. Поддерживая точную временную синхронизацию регистрирующих датчиков, добиваются высоких уровней точности при измерении разницы во времени регистрации датчиком волн, образованных после ударного воздействия. Таким образом, получают столь же высокую точность локализации ударного воздействия и всей вытекающей из этого информации, такой как интенсивность воздействия и возможные последствия. Наконец, полученные расстояние и интенсивность позволяют с достаточным приближением определить характер ударного воздействия и указывают на тип повреждения. Аналогичным образом, система и способ непрерывного обнаружения ударных воздействий на трубопроводы, предназначенные для транспортировки текучих сред, предложенные в данном изобретении,также могут подходящим образом применяться для трубопроводов, установленных на земле, и являются особенно преимущественными в случае трубопроводов с неравномерным доступом вдоль всей их длины,например для установки гидрофонов. В этом случае применение комбинированной системы согласно данному изобретению является особенно предпочтительным. Наконец, очевидно, что предложенные система и способ могут иметь различные модификации и варианты, которые не выходят за рамки изобретения, более того, все элементы могут быть заменены технически эквивалентными элементами. На практике применяемые материалы и размеры могут изменяться в соответствии с техническими требованиями. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ непрерывного обнаружения ударных воздействий на трубопровод, расположенный на морском дне и предназначенный для транспортировки текучих сред, в котором устанавливают первый и второй датчики (11, 12) на одном и том же конце исследуемого участка длиной (х) трубопровода (13), регистрируют (110) приход первой акустической волны (14), распространяющейся в оболочке трубопровода (13) и образованной в результате ударного воздействия (16), имевшего место на указанном исследуемом участке длиной (х) трубопровода (13), с помощью первого датчика (11),регистрируют (120) приход второй акустической волны (15), распространяющейся в текучей среде переноса акустических волн внутри указанного трубопровода (13) и образованной в результате указанного ударного воздействия (16), имевшего место на указанном исследуемом участке длиной (х) трубопровода (13), с помощью второго датчика (12),определяют (130) временной интервал (t) между приходом указанных первой и второй акустических волн (14, 15),определяют местонахождение (140) ударного воздействия (16) путем установления его местоположения вдоль трубопровода (13) на основании указанного определенного временного интервала (t), при этом параметры второй акустической волны отличаются от параметров первой акустической волны, на этапе определения местонахождения (140) ударного воздействия (16) вычисляют расстояние (d) до местоположения ударного воздействия (16) на трубопровод (13) от указанных первого и второго датчиков в соответствии с уравнением d = ( (v1v2)/v)t, где v1 и v2 - скорости распространения акустических волн вдоль оболочки трубопровода (13) и в текучей среде внутри указанного трубопровода (13), a v - разница между указанными скоростями v1, v2. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что первые и вторые акустические волны имеют различные коэффициенты затухания. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что определяют (150) момент возникновения указанных первой и второй акустических волн (14, 15), образованных в результате указанного ударного воздействия(16), на основании местоположения ударного воздействия (16), определенного на этапе локализации(140), и скорости распространения первой и второй акустических волн (14, 15) по указанному трубопроводу (13). 4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что определяют (160) начальную интенсивность ударного воздействия (16) на основании зарегистрированной интенсивности указанных первой и второй акустических волн (14, 15), образованных в результате указанного ударного воздействия (16), на основании местоположения указанного воздействия (16), определенного на этапе локализации (140), и коэффициентов затухания указанных первой и второй акустических волн (14, 15) вдоль трубопровода (13). 5. Способ по п.4, отличающийся тем, что оценивают (170) характер ударного воздействия (16) на основании зарегистрированной интенсивности первой и второй акустических волн (14, 15), местоположения указанного воздействия (16), определенного на этапе локализации (140), и коэффициентов затухания первой и второй акустических волн (14, 15) вдоль трубопровода (13).