РАССЛЕДОВАНИЯ СИСТЕМА ОБНАРУЖЕНИЯ УТЕЧЕК И КОНТРОЛЯ АКТИВНОСТИ ТРУБОПРОВОДОВ

Агхамохаммади М.¹, Самавати Р.²

^1,2Научный сотрудник Кафедра нефтепромысловой геологии, горного и нефтегазового дела Российский университет дружбы народов

РАССЛЕДОВАНИЯ СИСТЕМА ОБНАРУЖЕНИЯ УТЕЧЕК И КОНТРОЛЯ АКТИВНОСТИ ТРУБОПРОВОДОВ

Аннотация

В статье рассмотрена возможность ведения непрерывного мониторинга инновационной системой обнаружения утечек и контроля активности трубопроводов, с целью  сократить риски возникновения аварийных ситуаций с экологическими последствиями в результате аварий на распределенных объектах. Описывается алгоритм работы системы мониторинга.

Ключевые слова: анализатор информации; волоконно-оптический датчик; волоконно-оптический кабель; мониторинг; нефтепровод; трубопровод; фотодетектор; электромагнитные шумы.

Aghamohammadi M.¹, Samavati R.²

^1,2PhD fellow, The Peoples’ Friendship University of Russia

INVESTIGATE SYSTEM TO DETECT LEAKAGE AND PIPELINES ACTIVITY CONTROL

Abstract

The article covers the problem of monitoring the pipelines system.

The article considers the possibility of continuous monitoring the innovative system to detect leakage and pipelines activity control, in order to reduce the risk of accidents with environmental consequences as a result of disasters at geographically distributed objects.

Keywords: information analyzer; fiber-optic sensor; fiber-optic cable; monitoring; pipeline; conduit; photodetector / photosensor; electromagnetic interference.

Системы трубопроводного транспорта – эффективный инструмент реализации государственной политики, позволяющий регулировать поставки нефтепродуктов и газа на внутренний и внешний рынки.

В последнее время на магистральных трубопроводах увеличилось число аварий, возникающих в результате внешнего механического воздействия на линейную часть трубопровода, включающего силовое воздействие механическими средствами, несанкционированное и преднамеренное действие с целью хищения транспортируемых продуктов.

Мониторинг системы трубопроводов – комплексная задача, так как объекты системы имеют большую географическую протяженность и подвержены негативным воздействиям окружающей среды. Контроль  системы трубопроводов позволяет обеспечить непрерывный мониторинг, не только давления и температуры в трубопроводе, а также регистрировать утечки и повреждения системы, но в значительной мере (до 20-23 %), снижает риск возникновения аварии при транспортировке нефти и газа.

Оптоволоконные кабели, которые используются для передачи информации, могут быть использованы в качестве датчиков для системы мониторинга. Деформация оптоволоконного кабеля изменяет оптические параметры кабеля и характеристики излучения, проходящего через волокно. Волоконно-оптические системы (ВОС) невосприимчивы  к электромагнитным помехам, что позволяет использовать их в условиях высоких электромагнитных шумов.

Волоконно-оптическая система [1] применяется для контроля за географически протяженными объектами, например это могут быть магистральные трубопроводы, периметры удаленных военных и промышленных объектов, а также объектов, представляющих повышенную опасность для жизнедеятельности человека.

В настоящее время, технологии, применяемые в оптоволоконных датчиках, позволяют измерять температуру, давление, расстояние, положение в пространстве, деформацию, колебания, ускорение, массу, уровень жидкости, звуковые волны, электромагнитное поле, дозу радиационного излучения, концентрацию газа и т.д. Сигналы датчиков обрабатываются специальными контроллерами, которые формирует сигнал тревоги.

Система обнаружения утечек и контроля активности (СОУиКА) базируется на параметрах волоконно-оптической системы (таблица 1). Она  работает по принципу превентивной защиты, а не фиксирует уже состоявшее событие, т.е. система позволяет предотвратить негативное воздействие на объект мониторинга.

Система состоит из: источника лазерного излучения, входящего в состав передатчика, чувствительного волоконно-оптического элемента (оптоволоконного кабеля), фотодетектора с блоком первичной обработки сигнала, блока преобразования в цифровой код, алгоритмического анализатора информации, формирующего сигнал тревоги [2].

Таблица 1 - Технические параметры «СОУиКА»

Длина периметра ограждения	Без ограничения
Длина охраняемой зоны	до 1000 м
Климатические зоны применения	любые
Тип ограждения	любые виды ограждения
Восприимчивость к эл/магнитным помехам	абсолютная невосприимчивость к любым
Наработка на отказ	50 000 час

Конструкция датчика состоит из строительных длин по 4 км каждая. Сращивание производится при помощи сварки. На месте сварки устанавливается герметичная муфта. Электрическое напряжение в датчике отсутствует. Ремонт датчика осуществляется при помощи замены поврежденного участка.

Внешнее воздействие на волоконно-оптический датчик анализируется, классифицируется (или не классифицируется)  как попытка проникновения на охраняемый объект по следующей технологии:

1. деформируется кабель;
2. изменяются фазовые данные лазерного излучения;
3. анализатор производит сравнение принимаемого сигнала с образцом (принятого за работу системы в нормальных условиях);
4. на основании несоответствия сигнала образцу контроллер выдает сигнал тревоги в связи с нарушением охраняемого периметра [3].

Конструкция системы предусматривает возможность модульного наращивания рабочих длин контролируемых участков до любой протяженности.

Рис. 1 - Конструкция системы

Система контроля активности трубопроводов имеет три степени защиты.

Проверка первой степени защиты системы  обеспечивает отбраковку сторонних (природных) воздействий, сохраняя оптимальные расстояния локации воздействий. Тем самым, система имеет высокую стойкость к ложным срабатываниям. Чувствительность системы легко может быть адаптирована к каждым конкретным условиям с сохранением всех технических характеристик.

На данном этапе система определяет место и силу воздействия на контролируемый участок. Выявляется точка воздействия. Включается состояние предварительной тревоги.

Проверка второй степени защиты системы  обеспечивает анализ временного отрезка с целью определения характеристики спектра воздействия и его принадлежности.

Помимо контроля виброакустического поля объекта, для определения потенциального внешнего воздействия на контролируемом участке, также производится мониторинг температурного поля, что позволяет выявить утечку флюида любой интенсивности.

Проверка третьей степени защиты системы  обеспечивает контроль длительности воздействия.

Использование изобретения позволяет оперативно выявлять нарушения целостности периметра протяженного объекта, либо фиксировать какие-либо воздействия изнутри или извне на протяженный объект. При этом устройство позволяет определить координаты места дефекта или точки воздействия на объект, с точностью 1-2 метра

Проектирование охранной системы географически и территориально протяженных объектов должно удовлетворять следующим требованиям:

• предотвращать возникновения утечки и точно определять местоположения происшествия;
• обнаруживать несанкционированный доступ к трубопроводу;
• исключать ложные тревоги;
• сокращать долгосрочные эксплуатационные расходы без снижения точности и эффективности работы;
• предоставлять возможность контроля работы и технического обслуживания СОУиКА из удаленного места.

Температурный режим эксплуатации волоконно-оптического элемента должен находится в пределах не менее от -60°С до +60°С.

Оборудование системы должно быть не чувствительно к воздействию помех от находящихся в непосредственной близости радиочастотных излучающих устройств и не оказывать самостоятельного воздействия (помех) на функционирование иных технических средств и оборудования.

Системы мониторинга территориально-распределенных трубопроводов должна обеспечивать экологическую безопасность объекта и соответствовать заданным экономическим параметрам возврата инвестиций.

Система обнаружения утечек и контроля активности обладает следующими принципиальными преимуществами по сравнению с иными системами обеспечения безопасности географически протяженных объектов:

• система устойчива к внешним воздействиям;
• система предотвращает негативные воздействия, что позволяет обеспечить как упреждение события, так и фиксирование уже совершенного действия;
• технология и ноу-хау функционирования СОУиКА представляет интерес для экспорта и может использоваться транснациональными компаниями [4].

Некоторые действующие участки действия системы обнаружения утечек и контроля активности (СОУиКА): "Малгобек - Тихорецк" (484 км); "44 км – ПНБ "Тихорецкая" (483,6 км); "Самара – Грачи"; "Бородаевка – Терновка"; “Пурпе – Самотлор” (430 км); "Тайшет–НПС "Сковородино"; "Куйбышев-Тихорецк" (297 км); "Красноярск-Иркутск"; "Тайшет – Скороводино – Козьмино" и др.

Применение системы обнаружения утечек и контроля активности позволяет нивелировать риски возникновения аварийных ситуаций с экологическими последствиями в результате аварий на трубопроводе.