Третий глаз (ч.3)
Приборы для поиска и диагностики подземных инженерных коммуникаций

Благодаря многонаправленным антеннам повышается чувствительность приборов и уменьшается вероятность ошибок. Оператору больше нет необходимости ходить зигзагами по исследуемой территории – стоит только нажать на кнопку питания и выбрать тип нужной трассы, и прибор сам найдет ее и отобразит на экране. Такой подход позволяет пользоваться локатором даже работникам с невысокой квалификацией и практически без специального обучения.

Акустический метод локации

Акустические течеискатели (локаторы)

Достаточно широко применяется ряд методов нахождения подземных коммуникаций, основанных на акустической локации. Часто такие методы используются для поиска утечек воды и газа в трубопроводах из любых металлических и неметаллических материалов. Поэтому приборы для поиска утечек так и называются – тече­искатели.

Акустический неактивный метод

Вытекая из трубы, жидкость или газ издает шум, который может уловить акустический течеискатель с функцией пассивного обнаружения, иначе говоря – неактивный акустический детектор. Акустические датчики-микрофоны, которые могут быть контактными, прикладываемыми непосредственно к грунту, или бесконтактными, улавливают звуковые волны, распространяющиеся по грунту. Когда оператор подходит к месту утечки, шум становится сильнее. Определив точку, где звук самый сильный, можно установить местонахождение утечки. Этот метод работает при залегании трубопровода на глубине примерно до 10 м.

Блок акустического течеискателя

Если имеется доступ к трубе через смотровые колодцы, можно прослушивать шум, прикрепив микрофон к трубе или рукоятке вентиля, так как звуковые волны лучше распространяются по материалу трубопровода. Этим способом можно выявить участок трубы между двумя колодцами, на котором есть протечка, а далее, по силе звука, к какому из колодцев она ближе. Точность метода невелика, зато им можно выявить утечку на намного большей глубине, чем при прослушивании с поверхности. Если у прибора имеется функция псевдокорреляции, он может по разности силы звука рассчитывать расстояние до места утечки и уточнять результат поиска.

В комплект прибора обычно входят наушники, мощный усилитель звука (усиление до 5000–12 000 раз), фильтр помех, пропускающий звуки только той частоты, которые заложены в его «память», а также электронный блок, который обрабатывает и записывает результаты и может составлять отчеты. Некоторые приборы совместимы с компьютером.

Считается, что использование течеискателей позволяет сократить расходы на устранение аварий на коммунальных трубопроводах до 40–45%.

Однако у акустических течеискателей есть ряд недостатков. Результаты исследований сильно зависят от наличия шумовых помех, поэтому лучше всего они работают в условиях тишины при исследовании трубопроводов неглубокого заложения – до 1,5 м. Впрочем, современные приборы оснащены микропроцессорами цифровой обработки сигнала и фильтрами, отсеивающими шумовые помехи. Необходимо точно знать маршрут прокладки исследуемого трубопровода, чтобы пройти точно над ним и прослушать шум от утечки в разных точках.

Комплект акустического течеискателя с ударником

Акустический активный метод – по генератору ударов

В ситуации, когда необходимо отыскать неметаллическую трубу и поэтому нельзя использовать электромагнитный трассоискатель, а к какой-то части трубы имеется доступ, одной из альтернатив является звуковой активный метод. В этом случае применяют генератор звуковых импульсов (ударник), который устанавливается в доступном месте на трубе и методом ударного воздействия создает акустические волны в материале трубы, которые затем улавливаются с поверхности земли акустическим датчиком прибора (микрофоном). Таким образом можно определить местоположение трубопровода. Конечно, этот метод можно использовать и на металлических трубах. Дальность действия прибора зависит от разных факторов, таких как глубина заложения и материал трубы, а также вид грунта. Сила и частота ударов могут регулироваться. 

Схема работы ультразвукового (и акустического) течеискателя

Акустический электрический – по звуку электрического разряда

Если в месте повреждения кабеля можно создать искровой разряд с помощью генератора импульсов, то звук от этого разряда можно прослушивать с поверхности грунта микрофоном. Для возникновения устойчивого искрового разряда необходимо, чтобы величина переходного сопротивления в месте повреждения кабеля превышала 40 Ом. В состав генератора импульсов входят высоковольтный конденсатор и разрядник. Напряжение с заряженного конденсатора через разрядник мгновенно передается на кабель, возникшая электромагнитная волна вызывает пробой в месте повреждения кабеля, и раздается щелчок. Обычно генерируется по одному импульсу через несколько секунд.

Этот метод применяют для локации кабелей всех видов с глубиной залегания до 5 м. Применять этот метод для поиска повреждений у кабелей в металлическом рукаве, проложенных открыто, не рекомендуется, так как звук хорошо распространяется по металлической оболочке и точность локализации места будет невысокой.

 Работа ультразвуковым локатором

Ультразвуковой метод

В основе данного метода лежит регистрация ультразвуковых волн, не слышных человеческому уху. При выходе находящихся под высоким давлением (или наоборот – подсосе при высоком разрежении) жидкости или газа из трубопровода через трещины в сварных швах, неплотности в запорной арматуре и уплотнениях возникает трение между молекулами вытекающего вещества и молекулами среды, в результате генерируются волны ультразвуковой частоты. Благодаря коротковолновой природе ультразвука оператор может точно определять местоположение утечки даже при сильном шумовом фоне, в наземных газопроводах и подземных трубопроводах. Также с помощью ультразвуковых приборов обнаруживают неисправности в элект­рооборудовании – дуговые и коронные разряды в трансформаторах и распределительных шкафах.

В состав ультразвукового течеискателя входят датчик-микрофон, усилитель, фильтр, преобразователь ультразвука в слышимый звук, который транслируется наушниками. Чем ближе микрофон к месту утечки, тем сильнее звук в наушниках. Чувствительность прибора регулируется. На ЖК-экране результаты сканирования отображаются в цифровом виде. В комплект может входить контактный щуп, с помощью которого также можно прослушивать колебания. Для активного выявления мест негерметичности в состав прибора включают генератор (передатчик) ультразвуковых колебаний, который можно поместить в исследуемый объект (например, емкость или трубопровод), излучаемый им ультразвук будет выходить наружу через неплотности и трещины.

Преимущества. Метод простой, для поиска утечек не требуется сложной процедуры, обучение работе с прибором занимает около 1 часа и при этом метод весьма точный: позволяет обнаруживать утечки через мельчайшие отверстия на расстоянии 10 м и более на фоне сильных посторонних шумов.

 Съемка показаний ультразвуковым датчиком

Корреляционный метод

Газоискатель

В данном случае на трубу по обе стороны от места утечки (например, в двух колодцах или на запорной арматуре на поверхности земли) устанавливают два (или больше) датчиков виброакустических сигналов (пьезодатчиков). От датчиков сигнал передается в прибор по кабелям или по радио­каналу. Поскольку расстояние от датчиков до места утечки разное, звук от утечки будет приходить к ним в разное время. По разнице во времени поступления сигнала на датчики электронный блок-коррелятор рассчитывает функцию кросс-корреляции и место нахождения повреждения между датчиками.

Данный метод применяется на сложных для акустического сканирования зашумленных участках, таких как городские и заводские территории.

Точность расчета зависит от точности измерения времени прохождения сигналов прибором, точности измерения расстояния между датчиками и точности значения скорости распространения звука по трубе. Как утверждают специалисты, при правильном проведении данных измерений надежность, чувствительность и точность корреляционного метода значительно превышают результаты других акустических методов: отклонение не более 0,4 м и вероятность обнаружения утечек составляет 50–90%. Точность результата не зависит от глубины залегания трубопровода. Метод очень устойчив к помехам.

Недостаток корреляционного метода состоит в том, что результаты искажаются при наличии неоднородностей в трубах: засоров, изгибов, ответвлений, деформаций, резких изменений диаметра. Корреляционные течеискатели – дорогостоящие и сложные приборы, работать на которых могут только специально подготовленные специалисты.

Ультразвуковые течеискатели

Газоискатели

Для выявления утечек газов из трубопроводов используются газоискатели. Микронасос, который входит в состав прибора, закачивает пробу воздуха с проверяемого места. Отобранная проба сравнивается с эталонным воздухом (например, методом нагревания спиралью: при нагревании пробы с газом и воздуха температура спирали будет разная), и прибор фиксирует наличие в пробе газа. Также имеются газоискатели (сравнивающие пробу и эталонный воздух) на основе других принципов. Такое оборудование способно уловить газ или другое опасное летучее вещество даже в том случае, если его в воздухе содержится всего 0,002%!

Газоискатель – легкий и компактный, удобный и простой в эксплуатации прибор. Однако он весьма чувствителен к температуре окружающего воздуха: при слишком высокой или низкой температуре его работоспособность снижается и даже может стать нулевой, например при температуре ниже –15 и выше +45 °С.

Газоискатель

Комплексные приборы

Как мы видим, у локаторов каждого типа имеются определенные ограничения и недостатки. Поэтому для служб, эксплуатирующих подземные коммуникации, современные трассопоисковые приборы часто выполняются комплексными, состоящими из аппаратуры разных типов, например, в них вместе с электромагнитным трассоискателем могут входить акустический локатор, георадар и пирометр, а акустический приемник может иметь еще и канал приема электромагнитных сигналов. Поиск может проводиться одновременно на частотах электромагнитных и радиоволн, либо прибор может переключаться в режимы приема магнитных, радио- или акустических волн. Причем модульная конструкция приборов позволяет комплектовать комплексы индивидуально для каждой компании-клиента в зависимости от его конкретных задач. Использование комплексных приборов повышает вероятность точного нахождения местоположения объекта, облегчает и ускоряет проведение работ по обслуживанию подземных коммуникаций.

 Комплекс трассопоисковых приборов

Инновации в отрасли оборудования для поиска подземных коммуникаций

Запись координат объектов поиска в GPS/ ГЛОНАСС

У некоторых современных трассопоисковых приборов есть возможность определять координаты обнаруженного объекта по GPS/ ГЛОНАСС и записывать их (даже онлайн) в базу данных цифрового плана участка, созданного методом автоматизированного проектирования CAD, обозначив там выявленные инженерные коммуникации. Параллельно данные поступают на компьютер в головной офис компании. Информация может быть представлена в виде простых меток, которые помогут оператору экскаватора визуально ориентироваться на схеме, показанной на дисплее машины. Еще проще будет работать оператору, если управление экскаватором частично автоматизировано и связано с GPS/ ГЛОНАСС – автоматика поможет избежать повреждения коммуникаций.

 Комплекс трассопоискового оборудования

Новинки трассопоискового оборудования

Ведущие разработчики данного оборудования предлагают сканеры, которые сканируют стройплощадку и на основе анализа характеристик местного грунта и прочих условий на строительном объекте автоматически указывают оптимальную величину частоты, на которой рекомендуется вести локацию подземных коммуникаций. Для достижения наилучшей чувствительности некоторые трассоискатели оснащаются функцией автоматического подбора оптимальной частоты сигнала – это удобно в условиях «грязного» эфира и когда под землей проходит сразу несколько трасс.

Георадары

(Подробнее о георадарах см. Часть 1)

Работа георадара основана на излучении электромагнитного импульса в грунт и регистрации отраженного сигнала от подземных объектов и границ среды с разными электрофизическими свойствами.

Области применения георадара огромны: он позволяет определять глубину залегания коммуникаций, местоположение пустот и трещин, зоны переувлажнения и уровень грунтовых вод, характер залегания геологических границ, зоны разуплотнения, незаконные врезки, дефекты земляного полотна, наличие арматуры, мин и снарядов, а также другие объекты.

Основное распространение георадиолокация получила в области поиска подземных коммуникаций, во многом благодаря тому, что этот метод обнаруживает коммуникации из любого материала, в том числе неметаллические.

Для поиска подземных коммуникаций подбирают георадар с антеннами, имеющими среднюю центральную частоту (200–700 МГц). Поиск на таких частотах обеспечивает глубину зондирования до 5 м, а также позволяет находить кабели и трубы малого диаметра.

При необходимости обследования больших территорий используются георадарные системы с массивом антенн, устанавливаемые на транспортное средство. Такие системы сканируют до нескольких гектаров в день.

Современные георадары могут находить подземные коммуникации в режиме реального времени и имеют возможность совместного использования с GPS-оборудованием, что позволяет привязываться к местности и, используя полученные координаты, переносить георадарные данные в CAD-системы, а также наносить обнаруженные коммуникации на имеющиеся схемы.

Долгое время считалось, что георадар – это сложная в понимании и управлении техника, однако с появлением современных технологий и продвинутого программного обеспечения ситуация в корне изменилась. Георадары лидирующих производителей имеют максимальную автоматизацию получения и интерпретации данных, что исключает ошибки, связанные с человеческим фактором. Таким образом, на сегодняшний день георадар является незаменимым помощником в поиске подземных коммуникаций и по праву может считаться «третьим глазом» инженера-изыскателя.

Появились приборы с двумя выходами, которые могут теперь подсоединяться и вести исследования одновременно двух инженерных коммуникаций.

Приборы оснащаются высококонтрастным жидкокристаллическим дисплеем, изображение на котором видно даже при освещении прямыми солнечными лучами, информативность дисплеев повышается: в режиме реального времени отображаются все необходимые параметры: глубина коммуникации, направление движения к ней, интенсивность сигнала и т. п. На экране прибора даже может формироваться наглядная схема расположения коммуникаций, трассоискатель способен одновременно «видеть» до трех подземных коммуникаций, «рисуя» на большом дисплее карту их расположения и пересечений.

Поиск подземной коммуникации
ТЕХНОЛОГИИ
Владимир Шляховой Основные Средства 04'2016 30 апреля 2016

Комментарии (0)