Корреляционный метод поиска утечек

При подозрении на утечку в теплотрассе, для диагностики часто применяется корреляционный метод. Течеискатели, созданные для реализации такого метода, называют корреляционными течеискателями или корреляторами. Это переносные микропроцессорные устройства, которые могут использоваться как для профилактического обследования существующих сетей, так и для точного обнаружения места дефекта, когда возникает серьезное подозрение утечки на определенном участке.

Принцип действия таких течеискателей основан на методе взаимной корреляции, который включает в себя измерение шума утечки (звук и вибрация) в двух точках на трубопроводе. Как правило, датчики устанавливаются на трубопроводную арматуру или саму трубу в технических колодцах или других доступных местах. Перед установкой датчиков проводится визуальный осмотр технических колодцев.

В процессе осмотра колодцев важно оценить возможность установки датчика коррелятора на задвижку или трубу, определить необходимость снятия изоляции трубопровода и зачистки предполагаемого места установки датчика от грязи и коррозионных отложений. Наличие ила, песка, грязи или подповерхностной коррозии, вызывающей вспучивание и расслоение металла, может в значительной степени снизить чувствительность датчика течеискателя и, соответственно, снизить вероятность успешного обнаружения утечки.

Часто случается ситуация, когда технический колодец заполнен водой. Затопление может быть вызвано как последствиями самой утечки, так и грунтовыми водами, уровень которых в некоторых местностях достаточно высок. В таких случаях рекомендуется полностью откачать воду из колодца с помощью помпы. Несмотря на то, что датчики большинства корреляторов имеют водозащищенное исполнение и могут работать в затопленном состоянии, вода в колодце может помешать установке датчика в наиболее предпочтительное место. Снять изоляцию или зачистить коррозию на трубе также вряд ли получится в колодце, заполненном водой. Последним аргументом для осушения колодца может стать тот факт, что утечка из трубы, находящейся в подтопленном состоянии, создает гораздо меньший шум и, таким образом, может никак себя не проявить во время обследования. Поэтому, несмотря на очевидное увеличение продолжительности работ, желательно не игнорировать этап откачки воды из колодца.

Корреляционный течеискатель состоит из приемного блока (коррелятора), передающих блоков и датчиков, устанавливаемых на трубу. Современные корреляторы построены на микропроцессоре, отвечающем за обработку полученных от датчиков данных. В большинстве моделей приемный блок совмещен с дисплеем и органами управления, что позволяет обходится без компьютера. В более продвинутых и совершенных корреляционных течеискателях, обработка информации и ее анализ происходит на отдельном ПК, чаще всего на защищенном ноутбуке.

Преимуществ у такой конфигурации несколько: во-первых, современные компьютеры оснащены достаточно мощными процессорами, что значительно ускоряет процесс обработки сигналов датчиков коррелятора по сравнению со посредственными вычислительными способностями встроенных микропроцессоров. Во-вторых, программное обеспечение ПК для анализа полученных данных более совершенно и имеет возможность обновления по мере выхода новых алгоритмов обработки. К тому же, при случайной поломке персонального компьютера его можно легко и быстро заменить на другой и тем самым избежать вынужденного длительного перерыва в работах по поиску утечек.

Как я упоминал выше, датчики большинства корреляторов имеют водозащищенное исполнение и могут работать в затопленном состоянии. Они могут иметь как неразъемное соединение с кабелем, так и разъемное соединение, обеспечивающее герметичность датчика при погружении на глубину до 2 метров. Последний вариант является более предпочтительным, так как позволяет менять датчики различного типа или использовать с одними и теми же датчиками разные по длине кабели, которыми датчики соединяются с передающими блоками.

Чтобы сигнал от датчика был передан в блок обработки и анализа, датчик подключают кабелем к передающему устройству, задача которого состоит в преобразовании шума утечки, принятого датчиком, в электрический сигнал и передаче его посредством радиоволн. Некоторые корреляционные течеискатели работают в "аналоговом" диапазоне волн 433 МГц, другие используют так называемый "цифровой" диапазон 2,4 ГГц. Оба варианта имеют как плюсы, так и ограничения. К плюсам "цифрового" диапазона передачи данных можно отнести более широкую полосу пропускания, а следовательно, большее количество передаваемой полезной информации для анализа. Преимуществом "аналогового" диапазона является более высокая помехозащищенность и лучшая способность передачи сигнала на дальние расстояния или в плохих условиях проходжения радиоволн (например, при установке передающего блока в подвале или тепловой камере).

Чтобы датчик "услышал" шум вытекаемой воды из места сквозного дефекта трубы, ему необходим контакт с трубопроводом. Для этого чувствительный элемент датчика оснащен мощным магнитом, с помощью которого датчик легко примагничивается к металлической трубе или трубопроводной арматуре, такой как задвижки, воздушные клапаны или пожарные гидранты. Установка датчика на саму трубу повышает его чувствительность к шуму утечки, поэтому при возможности, необходимо устанавливать датчик именно таким образом. В данном случае, труба была без изоляции и доступ к ней не был затруднен, поэтому я установил датчик в наиболее подходящее место.

После подсоединения датчика к передающему блоку и установки его на трубу, обычно я подключаю к передающему блоку наушники и слушаю шумы на трубе. Если уровень шумов низкий или присутствуют различные акустические помехи, я переставляю датчик в другое место и снова слушаю шумы. С помощью наушников достаточно легко выбрать наиболее подходящее место установки датчика, которое обеспечивало бы максимально возможный уровень шумов, распространяющихся по трубе. При корреляционном методе поиска утечек, шум трубопровода представляет собой информацию для обработки и анализа. Чем больше информации получит коррелятор, тем качественнее и точнее он сможет определить утечку.

Установка передающего блока на миниатюрную треногу тоже имеет свои причины. Самая очевидная состоит в том, что таким образом можно уберечь блок от загрязнения или проникновения в него воды, когда вокруг колодца грязь, слякоть или глубокие лужи. Однако, есть и другая, более весомая с технической точки зрения причина: при размещении передающего блока над землей на высоте хотя бы 15-20 сантиметров, улучшается качество приема сигнала коррелятором и уменьшаются посторонние помехи. Это особенно заметно при передаче сигнала на большие расстояния, когда дистанция между датчиками составляет сотни метров.

Аналогичным образом второй датчик коррелятора подключается к другому передающему блоку с помощью соединительного кабеля. Как вы, наверное, заметили, передающие блоки имеют идентичную конструкцию, но отличаются по цвету. Это необходимо для того, чтобы идентифицировать датчики и при анализе результатов корреляции понимать, на каком расстоянии от какого датчика находится утечка. Кабели, соединяющие датчик и передающий блок, бывают различной длины. Например, у коррелятора, который я использую в работе, имеются кабели длиной 3 и 9 метров, так что установка датчика в теплокамере на трубу, которая находится в стороне от люка, не вызывает никаких затруднений.

Измеренный шум передается беспроводным способом в коррелятор, который затем на основании временного сдвига максимальной корреляции сигналов утечки от двух датчиков, скорости распространения шума утечки и расстояния между точками установки датчиков, определяет положение утечки. Расстояние между датчиками задается в коррелятор специалистом, проводящим обследование. Когда корреляционный течеискатель используется в режиме профилактического обследования сетей, информацию о расстоянии между точками подключения датчиков можно взять из исполнительной документации или технических чертежей и схем трубопровода. Однако, при точном обследовании подозрительного участка трубы корреляционным методом, расстояние между датчиками должно быть точно измерено на месте с помощью лазерного дальномера или дорожного измерительного колеса. Измерять расстояние дорожным колесом проще, поскольку в процессе измерения не требуется отражатель и криволинейные трассы трубопроводов могут быть измерены значительно проще и удобнее.

После подключения коррелятора к ноутбуку и запуска специального программного обеспечения, происходит анализ принятых от передающих блогов сигналов. Если течеискатель "услышит" утечку, на дисплее компьютера она будет выглядеть как четкий корреляционный пик, имеющий значительно более сильную амплитуду, чем остальные шумы. Течеискатель автоматически рассчитывает расстояние от места предполагаемой утечки до каждого из датчиков и отображает это расстояние на дисплее ПК. Несмотря на то, что в большинстве случаев коррелятор хорошо обнаруживает утечку в автоматическом режиме с настройками по умолчанию, в условиях сильных посторонних шумов или в случаях "тихих" утечек, в процесс анализа требуется вмешательство специалиста. Программное обеспечение корреляционного течеискателя позволяет опытному специалисту производить настройки фильтрации в ручном режиме основываясь на когерентности сигналов, сравнении уровня и амплитуды сигналов от разных датчиков, а также их частотного диапазона.

В заключение можно отметить, что корреляционный метод поиска утечек более эффективен, дает более точные результаты и в меньшей степени зависит от слуха конкретного пользователя, чем методы с применением прослушивающих устройств вроде акустических течеискателей или геофонов.

Подробное видео на YouTube: Корреляционный метод поиска утечек