В настоящий момент, в Российской Федерации каждый год увеличивается количество стальных подземных газопроводов, срок эксплуатации которых превысил сорок лет. В соответствии с пунктом 5.5.2 ПБ 12−503−03 «Правила безопасности газораспределения и газопотребления», стальные газопроводы, срок службы которых превышает 40 лет, должны быть подвергнуты технической диагностике, с целью определения остаточного срока службы [38].
Заключение
об остаточном сроке службы газопровода в соответствии с РД 12 411−01 «Инструкция по диагностированию технического состояния подземных стальных газопроводов» выносится на основе результатов измерений различных физических характеристик металла труб газопровода, а также их геометрических размеров [42]. Измерение выполняются различными электронными приборами для неразрушающего контроля и диагностики: толщиномеры, твердомеры, дефектоскопы и т. д. Кроме этого исследуется изоляционное покрытие газопровода, его толщина, состояние, адгезия к металлу и т. п. [43] Для газопроводов высокого давления дополнительно применяются методы разрушающего контроля: испытания на прочность (разрыв) и химический анализ металла трубы [64].
При диагностике, подавляющее большинство измерений выполняется в полевых условиях, в шурфах, в довольно ограниченном пространстве на глубине 1−2 метра. Если учесть, что парк используемых электронных приборов достаточно велик, то в таких условиях их габариты и вес играют важную роль. После проведения измерений, полученные данные вручную или полуавтоматически переносятся на компьютер для выполнения технических расчётов и принятия решения о дальнейшей эксплуатации, а также для оформления официальных актов. Эти операции занимают достаточно много времени и подвержены влиянию «человеческого фактора». Ошибка при измерениях или в расчётах выливается в крупные экономические потери. Кроме этого, в автоматизированных системах управления каналами газоснабжения существует потребность в достоверном источнике информации, однозначно характеризующим состояние газопровода и его остаточный ресурс.
Поскольку, существующие средства диагностики имеют вышеперечисленные недостатки и не полностью удовлетворяют сложившимся требованиям практики возникает задача создания комплексного диагностического вихретокового модуля (ВТМ) с малыми массогабаритными показателями, который позволит максимально сократить количество необходимого оборудования, повысить точность измерений, значительно упростить и ускорить процесс диагностики, а также сможет использоваться в автоматизированных системах управления каналами газоснабжения в качестве источника информации о состоянии газопровода.
Для создания такого модуля необходимо выбрать физический принцип, который бы мог использоваться для измерения наибольшего числа физических и геометрических параметров газопровода, необходимых для выдачи заключения о его состоянии. После проведения анализа существующих методов неразрушающего контроля и диагностики стало очевидным, что целесообразным в данном случае является один из методов электромагнитного контроля, а именно вихретоковый контроль. В настоящий момент на основе вихретокового эффекта строятся различные контрольно-измерительные приборы: дефектоскопы, измерители толщины стенки труб с односторонним доступом и толщиномеры изоляционных покрытий на проводящем основании и др.
Вихретоковый датчик является многопараметрическим, поэтому часть параметров (неинформативных) следует либо подавить, либо учесть их влияние, либо компенсировать. В данном случае к значащим параметрам следует отнести: толщину стенки трубы, величину зазора между датчиком и поверхностью трубы (что эквивалентно толщине изоляции), кривизну поверхности трубы, удельную электрическую проводимость и относительную магнитную проницаемость зазора и стали трубы. Исходя из большого числа мешающих факторов, наиболее рациональным способом их подавления является многочастотный метод, в котором производится несколько измерений на разных частотах, результаты которых зависят от нескольких параметров. Зная значения одних параметров можно учесть их влияние и достоверно определить искомый параметр. Очевидно, что наиболее целесообразным для обработки информации, в данном случае, будет использование современной вычислительной техники. Таким образом, в общем случае, модуль для определения остаточного срока службы газопровода будет включать в себя вихретоковый измерительный модуль и аппаратно-программную часть обработки информации и выдачи заключения, реализованную на базе персонального компьютера.
Целью работы является расширение функциональных возможностей и повышение точности вихретоковых измерительных модулей для систем диагностики и управления каналами газоснабжения.
Для достижения поставленной цели необходимо решить, следующие задачи:
• провести анализ различных физических принципов, методов и средств неразрушающего контроля и диагностики стальных газопроводов с целью нахождения физического метода, позволяющего определять наибольшее число параметров, необходимых для расчёта остаточного срока службы;
• разработать математическую модель влияния кривизны поверхности газопровода на результаты измерения вихретоковых приборов, для повышения точности измерения толщины стенки труб и толщины изоляционного покрытия на газопроводе, а также для автоматизации определения диаметра газопровода;
• разработать методику автоматизированного бесконтактного определения диаметра стального газопровода с помощью ВТМ;
• провести сравнение достоверности результатов разработанной математической модели влияния кривизны поверхности газопровода с существующими моделями;
• разработать базовый вариант ВТМ для систем управления каналами газоснабжения, обеспечивающего высокую точность, многофункциональность, широкий диапазон измерений, автоматизацию и простоту диагностики при малых массогабаритных показателях для полевых условий эксплуатации;
• разработать программное обеспечение (ПО) ВТМ для систем управления каналами газоснабжения;
• разработать экспериментальную установку и провести исследования с образцами вихретоковых преобразователей, для корректировки разработанной математической модели.
Методы исследования базируются на использовании теории измерительных преобразователей и электрических цепейаппарата дифференциального и интегрального исчислениятеории поиска оптимального решения, численных методов решения и моделирования. Достоверность методики исследования подтверждается сравнением результатов с известными математическими моделями и полученными экспериментальными данными. Научная новизна работы заключается в следующем:
• проведён анализ различных физических принципов, методов и средств неразрушающего контроля и диагностики стальных газопроводов с целью определения базовых требований к ВТМ для определения остаточного срока службы газопровода, рассмотрены мешающие факторы и методы их компенсации;
• разработана математическая модель влияния кривизны поверхности газопровода на результаты измерения ВТМ, которая позволила повысить точность измерения толщины стенки труб и толщины изоляционного покрытия на газопроводе, а также позволила автоматизировать процесс определения диаметра газопровода;
• предложен и реализован метод повышения точности определения остаточного срока службы газопровода, с помощью решения уравнений старения металла трубы в ПО ВТМ, вместо субъективного графического метода решения;
• разработано ПО ВТМ для систем управления каналами газоснабжения, позволяющее комплексно автоматизировать расчёт остаточного срока службы газопровода, который выступает в качестве основного управляющего критерия в системах управления каналами газоснабжения- 9.
• разработан базовый вариант автоматизированного ВТМ на базе современной микропроцессорной техники для полевых условий эксплуатации.
Практическая ценность работы состоит в следующем:
• определены базовые требования к ВТМ для определения остаточного срока службы газопровода на основе проведенного анализа различных физических принципов, методов и средств неразрушающего контроля и диагностики;
• построенная математическая модель, позволила повысить точность измерения толщины стенки труб и толщины изоляционного покрытия на газопроводе, за счёт учёта влияния кривизны поверхности газопровода;
• разработанный метод для нахождения диаметра трубы газопровода с помощью ВТМ позволил создать автоматизированное средство измерения диаметра трубы газопровода с неполным доступом;
• предложенный, вместо субъективного графического метода, метод решения уравнений старения металла трубы в ПО ВТМ, позволил повысить точность определения остаточного срока службы газопровода;
• разработанное ПО ВТМ для систем управления каналами газоснабжения, позволило комплексно автоматизировать расчёт остаточного срока службы газопровода, который выступает в качестве основного управляющего критерия в системах управления каналами газоснабжения;
• разработанный базовый вариант реализации ВТМ для систем управления каналами газоснабжения, на базе современной микропроцессорной техники позволил сократить количество необходимого оборудования для проведения диагностики в полевых условиях;
• созданная экспериментальная установка и проведённые исследования с образцами вихретоковых преобразователей подтвердили правильность разработанной математической модели.
Реализация и внедрение результатов работы. Представленные в работе исследования и разработки реализованы и внедрены в следующих организациях:
1. ОАО «Самарагаз» филиал ООО «Средневолжская Газовая Компания», г. Самара;
2. ООО ЮУРТЦ «Промбезопасность», г. Челябинск;
3. Самарское управление Госгортехнадзора России, г. Самара;
4. ООО «Экспертиза Плюс», г. Архангельск;
5. ООО «Уралнефтегазпромсервис», Башкортостан, г. Октябрьский;
6. ООО «Городской центр экспертиз — Север», г. Санкт — Петербург;
7. ООО «Центр научно-инженерных и производственных работ по технической безопасности», республика Коми, г. Ухта.
Кроме этого, получены заявки на внедрение комплекса ПО от следующих организаций:
1. ОАО «Брянскоблгаз», г. Брянск;
2. ОАО «Свердловскоблгаз», г. Екатеринбург;
3. ОАО «Омскоблгаз», г. Омск;
4. ООО «Северный Региональный Технический Центр Диагностики и Технической Экспертизы» ООО «СРТЦ ДИТЭКС, республика Коми, г. Ухта;
5. ООО «Диагностика систем трубопроводов», г. Омск;
6. ЗАО «Центр по испытаниям, внедрению, сертификации продукции, стандартизации и метрологии», г. Астрахань;
7. ООО «Северный экспертный центр», г. Ярославль;
8. ООО «ПолиЭкс», г. Череповец.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались, обсуждались и получили одобрение на НТС СГАУ, на международном симпозиуме «Надёжность и качество 2004» в г. Пенза, всероссийской научно-технической конференции «Интеллектуальные системы управления и обработки информации» в г. Уфа, 2003 г., на международной студенческой научной конференции «Туполевские чтения» в г. Самара, 2005 г. Основные положения, выносимые на защиту:
• математическая модель влияния кривизны поверхности стального газопровода на результаты измерения ВТМ;
• автоматизированный бесконтактный метод определения диаметра газопровода при неполном доступе с помощью ВТМ;
• экспериментальные исследования, подтверждающие, достоверность разработанной математической модели;
• способы и технические средства реализации ВТМ для систем управления каналами газоснабжения на базе современной микропроцессорной техники и сопряжения ВТМ с компьютером;
• ПО для систем управления каналами газоснабжения, комплексно автоматизирующее расчёт остаточного срока службы стальных газопроводов;
Публикации. Автор имеет 19 опубликованных работ, в том числе по теме диссертации 13 работ, из них опубликованных в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, определённых Высшей аттестационной комиссией 5.
Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, заключения, перечня используемых источников, приложений. Работа содержит 172 страницы машинописного текста, 15 таблиц, 56 иллюстраций, 7 страниц библиографического списка из 92 наименований и 16 страниц приложений.
Основные результаты работы следующие:
• Проведён анализ различных физических принципов, методов и средств неразрушающего контроля и диагностики стальных газопроводов, на основе которого определены базовые требования к ВТМ систем управления каналами газоснабжения, рассмотрены мешающие факторы и методы их компенсации.
• Разработана математическая модель, позволившая повысить точность измерения толщины стенки трубы и толщины изоляционного покрытия на газопроводе на 5−38% в зависимости от соотношения размеров датчика и трубы.
• Предложен метод определения диаметра газопровода на основе разработанной математической модели влияния кривизны поверхности газопровода на результаты измерения ВТМ, который позволяет создавать бесконтактные автоматизированные средства измерения диаметра трубы газопровода с неполным доступом.
• Созданы образцы вихретоковых преобразователей ВТМ и экспериментальный стенд, с помощью которых исследована погрешность разработанной математической модели, в среднем не превышающая 4,9% .
• Предложен и реализован метод повышения точности определения остаточного срока службы газопровода, с помощью программного решения уравнений старения металла трубы, уменьшивший погрешность определения до ± 1 года, вместо субъективного графического метода решения.
• Разработан базовый вариант ВТМ на базе современной микропроцессорной техники для полевых условий эксплуатации позволивший сократить количество необходимого оборудования для проведения диагностики.
• Разработано ПО, комплексно автоматизирующее расчёт остаточного срока службы стальных газопроводов, которое позволяет значительно ускорить и упростить процесс расчёта.
Заключение
.
Рисунок 4.11 — Схема определения остаточного срока службы газопровода с помощью ВТМ.
Из неё наглядно видно, что процесс обработки информации распределён между ВТМ и персональным компьютером. В виду большей вычислительной мощности, дружественности интерфейса к пользователю и оперативности изменения программного обеспечения наиболее целесообразным будет возложить функцию выполнения технических расчётов на программное обеспечение персонального компьютера. А программному обеспечению ВТМ оставить только функции управления непосредственно аппаратным обеспечением .
4.2.1 Структура программного обеспечения ВТМ.
Далее определим структуру программного обеспечения, которое потребуется для работы ВТМ. Итак, на основе вышеизложенного, ПО системы разделим на программы управления работой отдельных блоков модуля и программы обработки данных. К программам управления отнесём программы компенсации начального напряжения датчика, установки частоты и амплитуд тока генератора по электрофизическим параметрам объекта, калибровки по образцам, проверки работоспособности и т. д. К программам обработки данных будут относится программы: вычислений по формулам, решения системы линейных и нелинейных алгебраических уравнений, статистической обработки серии измерений и расчёты остаточного срока службы по различным параметрам [53,61]. Исходя из этого, структуру программного обеспечения ВТМ можно представить в виде диаграммы показанной на рисунке 4.12. Г.
ПО аппаратной части ВТМ.
Вихретоковый модуль.
Персональный компьютер
Драйвер для работы с аппаратной частью ВТМ.
ПО настройки и калибровки аппаратной части ВТМ.
Программное обеспечение технических расчётов и выдачи заключения 1 К.
База данных результатов измерений и справочных коэффициентов.
Остаточный срок службы газопровода.
Рисунок 4.12 — Структура программного обеспечения ВТМ для определения остаточного срока службы газопровода.
Программное обеспечение аппаратной части ВТМ представляет собой программу, по которой работает микроконтроллер ВТМ. Драйвер служит «прослойкой» для взаимодействия аппаратной части модуля с операционной системы, в которой работают остальные программные части модуля. Программное обеспечение настройки и калибровки аппаратной части может быть реализовано как часть драйвера, так и в виде отдельного модуля. Его назначение понятно из названия. Драйвер операционной системы и программное обеспечение настройки и калибровки аппаратной части модуля является с одной стороны специальным ПО, которое разрабатывается для конкретного аппаратного обеспечения, но с другой стороны оно выполняется в рамках стандартных программных интерфейсов (API) операционной системы. В связи с этим, рассмотрение методов и алгоритмов создания данного класса программного обеспечения не является актуальной проблемой, поскольку на сегодняшний день они довольно хорошо отработаны.
Для работы с большими потоками и статическими объёмами информации используются базы данных — структурированные хранилища информации. Они реализуются на основе систем управления базами данных (СУБД), которые позволяют хранить, выполнять различные операции над данными (вставка, удаление, поиск и т. д.), в том числе агрегационные (поиск max, min, среднего, общая сумма и т. п.), сравнительно просто, не заботясь о внутренней структуре, распределении памяти и т. д. и т. п. Эти функций берёт на себя СУБД, а пользователь или программа лишь посылает ей команды или запросы. Создание программного обеспечения обмена информацией с базой данных (клиентской части) и ПО управления самой базой данных также не вызывает особых затруднений, поскольку в настоящий момент почти полностью автоматизировано. Разработчику лишь необходимо выбрать СУБД [49], механизм доступа к данным [62] и визуальную среду разработки. Далее в среде разработке производится визуальный дизайн интерфейса пользователя, а непосредственно программный код формируется из стандартных заранее подготовленных модулей. Оставшееся часть модуля — программное обеспечение технических расчётов и выдачи заключения является специализированным ПО, как драйвер, но оно зависит не от аппаратной части модуля, а от предметной области автоматизации. Данное программное обеспечение может использоваться как в составе автоматизированного модуля, так и отдельно. В первом случае исходные данные для расчётов поступают из базы данных, которая автоматически заполняется с помощью ВТМ. Во втором, данные вводятся в ручную, на основе замеров различными приборами, основанными на различных физических принципах, будь то вихретоковый эффект, ультразвук и т. д. [50,52,53] Как говорилось выше, это программное обеспечение является специфическим для конкретной предметной области и требует тщательного изучения всех сторон и аспектов этой области.
4.2.2 Программное обеспечение аппаратной части ВТМ.
Программное обеспечение микроконтроллера в большинстве случаев пишется на низкоуровневым языке Ассемблер, реже на С. Это позволяет получить компактные программы, которые занимают немного места в весьма ограниченном встроенном ПЗУ. Машинный код, непосредственно исполняемый микроконтроллером, получается после компиляции специальной программы, в данном случае MPASM. [88].
MPASM — бесплатная, универсальная программа компиляции исходного текста программы на языке ассемблер для микроконтроллеров PICmicro компании Microchip Technology Incorporated. Ассемблер MPASM работает под управлением операционных систем MS-DOS V5.0 и Microsoft Windows 95/98/NT на PC совместимых компьютерах. MPASM обеспечивает универсальный инструмент разработки программ для 12/14/16-разрядных микроконтроллеров PICmicro [26].
MPASM может использоваться в двух случаях: для генерации абсолютного кода, который может быть загружен непосредственно в микроконтроллер и для генерации объектных файлов, которые связываются с другими компилированными модулями. Связывание объектных модулей производится с использованием линкера MPLINK для окончательного формирования исполняемого (абсолютного) кода. Данный метод позволяет многократно использовать отлаженные модули.
138 программы. Объектные файлы могут быть сгруппированы в библиотечные файлы с помощью программы MPLIB. Библиотеки могут указываться в качестве параметра во время сборки и, таким образом, в исполняемый код будет включены только необходимые процедуры [72].
Как отмечалось ранее, в качестве управляющего микроконтроллера выбран PIC16C765, отличительной особенностью которого является встроенная поддержка шины USB 1.1. В связи с этим, наиболее актуальным будет рассмотрение программного обеспечения, реализующее базовые функции ВТМ, возложенные на микроконтроллер, а именно:
— аналого-цифровое преобразование;
— обмен информации с ПК по шине USB.
При этом рассмотрены три варианта работы с АЦП: одноканальный, двухканальный и по прерыванию [47,68,86]. Использование того или иного метода зависит от количества источников аналогового сигнала и общей загруженности микроконтроллера. Тексты подпрограмм с комментариями приведёны в приложении 1.
4.2.3 Программное обеспечение ВТМ для ПК.
Итак, исходя из вышеизложенного, рассмотрим более подробно основные аспекты предметной области и затем разработанное программное обеспечение технических расчётов и выдачи заключения (см. рисунок 4.12).
Как отмечалось ранее, на заключительном этапе диагностики стального подземного газопровода, для определения его остаточного ресурса и продления срока его дальнейшей эксплуатации, необходимо произвести ряд технических расчётов. За остаточный срок службы стального газопровода принимается минимальное значение из остаточных сроков службы, рассчитанных по каждому из следующих параметров [42]:
— пластичность металла труб;
— ударная вязкость металла труб;
— напряжённо-деформированное состояние (НДС) при наличии фронтальной коррозии (общая коррозия);
— локальному НДС в местах коррозионных язв (язвенная коррозия). Параметры, которые необходимы для расчёта остаточного срока службы газопровода, перечислены ранее в разделе 1.1. С помощью ВТМ измеряется: минимальная толщина стенки в зоне дефекта и диаметр трубы, а также толщина изоляционного покрытия, для определения остаточного срока службы изоляции. Во всех случаях, благодаря разработанной математической модели, точность измерения повышается за счёт учёта влияния кривизны поверхности.
Расчёт остаточного срока службы до недавнего времени проводился либо вручную, либо с частичной автоматизацией (чаще всего с помощью табличного редактора Microsoft Excel, который использовался для построения графиков). Разработанное программное обеспечение ВТМ позволяет полностью автоматизировать расчёты остаточного срока службы газопровода по коррозии, пластичности и ударной вязкости, тем самым упростить их для конечного пользователя, значительно сократить время расчётов и избежать влияния субъективного человеческого фактора.
Программный комплекс ВТМ «Ресурс газопровода» [55−57] включает в себя четыре программы: «Коррозия» [58,59], «Пластичность» [60], «Вязкость», которые выполняют соответствующие технические расчёты и программу-интегратор «Расчёт», служащую для запуска компонентов комплекса. Рассмотрим два компонента комплекса: программы «Коррозия» и «Пластичность». Программа «Вязкость» по структуре и принципам работы почти идентична программе расчёта по пластичности.
Последовательность расчёта по коррозии подробно изложена в РД 12−41 101 и он не вызывает особых затруднений в плане автоматизации. Результатами расчёта являются остаточные сроки эксплуатации при действии общей (фронтальной) и язвенной (питтинговой) коррозии. Кроме этого рассчитывается несколько промежуточных параметров, таких как скорость коррозии, скорость роста дефекта, критическая глубина дефекта и др., которые наглядно характеризуют динамику коррозийного процесса (рисунок 4.13). После.
140 проведения расчёта программа автоматически создаёт протокол расчёта со всеми исходными данными и результатами расчёта. Протокол формируется в текстовом редакторе Microsoft Word, где в дальнейшем, он может быть изменён, выведен на печать или сохранён на диске.
Расчёт Справка.
§§ Расчет У Сброс § Протокол Ц Выход.
Исходные данные.
Время эксплуатации, лет.
ЕЕ.
Диаметр трубы, мм 219.
Рабочее давление. МПа 11.2 Фактическая температура, градус [20.
Исходная толщина стенки, мм Фактическая толщина стенки, мм.
6.0.
3.64.
Предел текучести стали труб, МПа 216 Размер коррозийной язвы, мм 14.0 ! ki Справка? S.
Результаты расчёта.
Общая коррозия i Язвенная коррозия I Остаточный срок.
Общая коррозия.
Фактическое напряжение. МПа.
32.34 375.
Начальное напряжение. МПа i 20.7.
Скорость коррозии, мм в гад 0.072.
Константа рабочей среды, 1/МПа ?0,287.
Время жизни ненапряж. элемента, лет [ 72.6851 Остаточный срок службы, лет.
37.2285.
Рисунок 4.13 — Результаты расчёта по общей коррозии, характеризующие динамику коррозийного процесса.
Автоматизация расчёта коррозии не вызывает особых трудностей и алгоритм (рисунок 4.14) не требует каких-либо пояснений. Текст процедуры расчёта приведён в приложении № 3.
Второй рассматриваемый нами компонент имеет более сложную структуру и некоторые специфические особенности. Автоматизация данного расчёта затрудняется, тем, что расчёт изначально производится графическим способом, поскольку выразить t хотя бы из (1.4) довольно затруднительно (заметим, что конечное уравнение имеет вид 0,9 = + 0,1 • ?). Но вычислительные мощности современных ЭВМ, принятие в расчёте допущения дискретизации по времени, и свойство монотонности функции позволило создать программу не только строящую необходимые кривые, но и определяющую точки пересечения, т. е.
141 решающую указанные выше уравнения. Погрешность расчёта не превышает ± 1 год и может быть сокращена путём уменьшения шага дискретизации по времени.
Рисунок 4.14 — Алгоритм расчёта остаточного срока службы по коррозии.
Рассмотрим непосредственно структуру и принципы работы с программой. Главное окно программы имеет две вкладки: «Исходные данные и результаты расчёта» (рисунок 4.15) и «График» (рисунок 4.16), название которых отражают их функциональное назначение.
Рисунок 4.16 — Графики определения остаточного срока службы газопровода по пластичности.
Как отмечалось ранее, часть исходных данных для расчёта поступают либо из базы данных измерений ВТМ, либо вводятся вручную. Оставшиеся параметры выбираются вручную. Довольно часто требуется перевод значений давления из одних единиц измерения в другие. Для того, чтобы оператор не отвлекался на такие мелочи, на этой же вкладке имеется «переводчик» единиц измерения в МПа. После указания всех исходных параметров и нажатия кнопки «Расчёт» программа построит необходимые кривые и определит попадание (или не попадание) точки 2ф в требуемый диапазон. На основе этого будет выбран соответствующий алгоритм расчёта. Конечным результатом будет остаточный срок службы газопровода по пластичности, таблица данных для построения функций Y и Ч' + ОД-Ч*, которую можно сохранить в текстового файле, выбрав пункт меню «Экспорт» и непосредственно график с построенными кривыми (рисунок 4.14), который можно распечатать, выбрав пункт меню «Печать».
Все программы, входящие в состав комплекса, имеют подробную электронную справочную систему, позволяющую в сжатые сроки освоить работу с ними даже самому неопытному пользователю.
Комплекс разработан в среде Borland Delphi и функционирует на компьютерах с процессором класса Intel Pentium и выше, и операционной системой Microsoft Windows 98/ME/2000/XP/2003/Vista.
Алгоритм расчёта остаточного срока службы по пластичности представлен на рисунке 4.17, текст процедур расчёта приведён в приложении № 4 и № 5.
Рисунок 4.17 — Алгоритм расчёта остаточного срока службы по пластичности.
Программный комплекс для определения остаточного срока службы газопровода внедрён в отделе по газовому надзору в ОАО «Самарагаз» филиал ООО «Средневолжская Газовая Компания», г. СамараООО ЮУРТЦ «Промбезопасность», г. ЧелябинскСамарское управление Госгортехнадзора.
России, г. СамараООО «Экспертиза Плюс», г. АрхангельскООО «Уралнефтегазпромсервис», Башкортостан, г. ОктябрьскийООО «Городской центр экспертиз — Север», г. Санкт — ПетербургООО «Центр научно-инженерных и производственных работ по технической безопасности», республика Коми, г. Ухта. Кроме этого, получены заявки на внедрение комплекса от следующих организаций: ОАО «Брянскоблгаз», г. БрянскОАО «Свердловскоблгаз», г. ЕкатеринбургОАО «Омскоблгаз», г. ОмскООО «Северный Региональный Технический Центр Диагностики и Технической Экспертизы» ООО «СРТЦ ДИТЭКС, республика Коми, г. УхтаООО «Диагностика систем трубопроводов», г. ОмскЗАО «Центр по испытаниям, внедрению, сертификации продукции, стандартизации и метрологии», г. АстраханьООО «Северный экспертный центр», г. ЯрославльООО «ПолиЭкс», г. Череповец.
4.3 Погрешность измерений ВТМ.
Проведём краткий анализ погрешности ВТМ. С точки зрения точностньгх характеристик структуру ВТМ можно представит в виде диаграммы представленной на рисунке 4.11. Примем допущение, что при передачи информативного сигнала между блоками отсутствуют или не оказывают влияния различные дестабилизирующие факторы (наводки, паразитные связи и т. п.) и как следствие сигнал передаётся без помех. Поскольку питание ВТМ осуществляется от батарей можно условно пренебречь нестабильностью источника питания. В результате остаются четыре блока, показанные на рисунке 4.11. Внутри каждого блока присутствуют дестабилизирующие параметры, оказывающие влияние на точность определения остаточного срока службы газопровода.
Вихретоковый чувствительный элемент.
1. Нелинейность передаточной характеристики датчика.
2. Неполная компенсация влияния мешающих факторов.
3.Температурная нестабильность.
Аналоговая измерительная цепь.
1. Нелинейность характеристик активных элементов.
2. Температурная нестабильность электрорадиоэле ментов.
АЦП.
1. Погрешность аналого-цифрового преобразования.
2. Погрешность смещения нуля.
3. Температурная нестабильность.
Блок цифровой обработки информации.
1. Погрешность математической модели.
2. Погрешность выполнения математических операций.
Рисунок 4.11 — Структурная схема ВТМ, описывающая причинны возникновения погрешности определения остаточного срока службы газопровода.
Вихретоковый чувствительный элемент в подавляющем большинстве случаев имеет нелинейную передаточную характеристику. К этому добавляется неполная компенсация влияния мешающих факторов, описанная в разделе 1.3.3. Существует множество технических способов линеаризации передаточной характеристики и компенсации влияния мешающих факторов начиная от схемных решений и заканчивая программными. Все они хорошо изучены и проработаны для накладного типа датчика, поэтому останавливаться на них не будем. Также отметим наличие температурной нестабильности, простейшим.
147 способом снижения которой может быть использование константанового провода при намотке катушки, имеющего малый температурный коэффициент электрического сопротивления.
Аналоговая измерительная цепь в свою очередь вносит погрешность, причиной которой является нелинейность характеристик активных элементов и их температурная нестабильность. В большинстве случаев, указанные причины устраняются схемотехническими решениями, которые известны и хорошо отработаны.
Погрешность аналого-цифрового преобразования, смещения нуля и температурная нестабильность АЦП определяется правильным выбором АЦП. В нашем случае используется встроенный в микроконтроллер АЦП, который полностью устраивает нас по перечисленным параметрам. Подробную информацию о характеристиках АЦП микроконтроллера Р1С16С765 и вариантах его использования можно найти в [27,47,65].
Ну и на последнем этапе свою долю погрешности вносит используемая математическая модель и точность выполнения математических операций выполняемых в технических расчётах. Оценки погрешности разработанных математических моделей изложены в разделе 2. Точность выполнения математических операций, в нашем случае выполняемых на персональном компьютере, ограничена здравым смыслом, поскольку конечный результатостаточный срок службы газопровода, в соответствии с РД 12−411−01 [42] округляется до целого числа лет.
