CC BY
691
ИННОВАЦИОННАЯ СИСТЕМА ОБНАРУЖЕНИЯ УТЕЧЕК И КОНТРОЛЯ АКТИВНОСТИ ТРУБОПРОВОДОВ
А.Е. Воробьёв1, Д.Н. Хабаров1, М.Т. Мусса1, А.В. Янкевский2
'Кафедра нефтепромысловой геологии, горного и нефтегазового дела Российский университет дружбы народов ул. Миклухо-Маклая, 6, Москва, Россия, 117198
2Кафедра корпоративной безопасности Рязанский государственный радиотехнический университет ул. Гагарина, 59/1, Рязань, Россия, 391000
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.
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 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 применяется для контроля за географически протяженными объектами, например, это могут быть магистральные трубопрово-
ды, периметры удаленных военных и промышленных объектов, а также объектов, представляющих повышенную опасность для жизнедеятельности человека [1].
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 формируют сигнал тревоги.
Система обнаружения утечек и контроля активности (СОУиКА) базируется на параметрах волоконно-оптической системы. Она работает по принципу превентивной защиты, а не фиксирует уже состоявшее событие, т.е. система позволяет предотвратить негативное воздействие на объект мониторинга. Технические параметры СОУиКА приведены ниже.
Длина периметра ограждения — без ограничения
Длина охраняемой зоны — до 1000 м
Климатические зоны примене- любые ния —
Тип ограждения — любые виды ограждения
Восприимчивость к эл/магнит- абсолютная невосприимчивость
ным помехам — к любым
Наработка на отказ — 50 000 час.
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].
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.).
Рис. 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 м.
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 нечувствительно 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 — Са-мотлор (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.
ЛИТЕРАТУРА
[1] Горшков Б.Г., Зазирный М.В., Кулаков А.Т. Пат. 2271446 Российская Федерация, МПК E21B47/00, G01H9/00. Устройство для мониторинга виброакустической характеристики протяженного объекта / заявитель и патентообладатель: Общество с ограниченной ответственностью «ПетроЛайт». — № 2004122690/28; заявл., 27.07.04, опубл. 10.03.2006. [Gorshkov B.G., Zazirnyi M.V., Kulakov A.T. Pat. 2271446 Rossiiskaia Federatciia, MPK E21B47/00, G01H9/00. Ustroistvo dlia monitoringa vibroakusticheskoi kharakteristiki protia-zhennogo ob'ekta / zaiavitel' i patentoobladatel': Obshchestvo s ogranichennoi otvetstvennost'iu «PetroLait». — № 2004122690/28; zaiavl., 27.07.04, opubl. 10.03.2006.]
[2] Хабаров Д.Н. Повышение эффективности обеспечения безопасности территориально-распределенных объектов волоконно-оптическими системами охраны периметра. Инновационное развитие экономики: проблемы и перспективы», межвузовская научно-практическая конф. (2012; Рязань). 5 апр. 2012 г. — Рязань: РГРТУ, 2012. — С. 165—167. [Khabarov D.N. Povyshenie effektivnosti obespecheniia bezopasnosti territorial'no-raspre-delennykh ob#ektov volokonno-opticheskimi sistemami okhrany perimetra. Innovatcionnoe razvitie ekonomiki: problemy i perspektivy», mezhvuzovskaia nauchno-prakticheskaia konf. (2012; Riazan'). 5 apr. 2012 g. — Riazan': RGRTU, 2012. — S. 165—167.]
[3] Воробьёв А.Е., Хабаров Д.Н., Тахир Мусса, Янкевский А.В. Ресурсовоспроизводящие, малоотходные и природоохранные технологии освоения недр: XI международная конф.
(2012; Москва — Усть-Каменогорск) 17—21 сент. 2012 г. / Моделирование систем безопасности территориально-распределенных объектов. — М.: РУДН, 2012. — С. 278—280. [Vorob'ev A.E., Khabarov D.N., Takhir Mussa, Iankevskii A.V. Resursovosproizvodiashchie, malootkhodnye i prirodookhrannye tekhnologii osvoeniia nedr: XI mezhdunarodnaia konf. (2012; Moskva — Ust'-Kamenogorsk) 17—21 sent. 2012 g. / Modelirovanie sistem bezopas-nosti territorial'no-raspredelennykh ob'ektov. — M.: RUDN, 2012. — S. 278—280.] [3] Хабаров Д.Н. Патентный анализ способов и изобретений по области: «Мониторинг состояния территориально-распределенных трубопроводов»: отчет о НИР / Российский университет дружбы народов. — М., 2012. [Khabarov D.N. Patentnyi analiz sposobov i izobre-tenii po oblasti: «Monitoring sostoianiia territorial'no-raspredelennykh truboprovodov»: otchet o NIR / Rossiiskii universitet druzhby narodov. — M., 2012.]
THE INNOVATIVE SYSTEM TO DETECT LEAKAGE AND PIPELINES ACTIVITY CONTROL
A.E. Vorob'ev, D.N. Khabarov, M.T. Moussa, A.V. Yankevskiy
The Peoples' Friendship University of Russia Miklukho-Maklaya str., 6, Moscow, Russia, 117198
A.V. Yankevskiy
The Ryazan State Radio Engineering University Gagarina str., 59/1, Ryazan, Russia, 391000
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.
Key words: information analyzer; fiber-optic sensor; fiber-optic cable; monitoring; pipeline; conduit; photodetector/photosensor; electromagnetic interference.
