CC BY
2
ПРИМЕНЕНИЕ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ МОНИТОРИНГА НА ГАЗОПРОВОДАХ ОТВОДАХ АГРС
И.И. Кондратьев, магистрант
Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого (Россия, г. Санкт-Петербург)
DOI:10.24412/2411-0450-2024-10-1-197-200
Аннотация. В статье рассматривается применение волоконно-оптических систем мониторинга на газопроводах-отводах автоматизированных газораспределительных станций (АГРС). Проанализированы принципы работы и преимущества данной технологии, опыт ее внедрения на объектах ПАО "Газпром". Выявлены основные проблемы при использовании систем мониторинга на АГРС и предложены пути их решения. Обоснована экономическая эффективность внедрения волоконно-оптических систем для повышения безопасности и надежности эксплуатации газопроводов-отводов. Результаты исследования могут быть использованы при разработке проектов модернизации существующих и строительства новых АГРС с применением современных систем мониторинга.
Ключевые слова: волоконно-оптические системы мониторинга, газопроводы-отводы, автоматизированные газораспределительные станции, безопасность, эффективность эксплуатации.
Внедрение современных систем мониторинга является одним из ключевых направлений повышения надежности и безопасности эксплуатации объектов газотранспортной системы. Особую актуальность данная задача приобретает для газопроводов-отводов автоматизированных газораспределительных станций (АГРС), которые зачастую располагаются вблизи населенных пунктов и эксплуатируются в безоператорном режиме [1].
Перспективной технологией для решения этой задачи являются волоконно-оптические системы мониторинга. Их применение позволяет осуществлять непрерывный контроль состояния газопровода и прилегающей территории по всей протяженности трассы.
Принцип действия волоконно-оптических систем мониторинга основан на анализе изменений параметров оптического сигнала, проходящего по волокну. Оптическое волокно в данном случае выступает в роли распределенного датчика, способного регистрировать различные виды воздействий - механические, акустические, температурные [1]. Это позволяет обнаруживать утечки газа, несанкционированные врезки, просадки грунта и другие факторы, представляющие угрозу для целостности газопровода.
Существует несколько методов анализа оптического сигнала, применяемых в системах
мониторинга. Наиболее распространенными являются методы, основанные на эффектах рассеяния Рэлея, Рамана и Бриллюэна. Каждый из этих методов имеет свои особенности и области применения.
Рассеяние Рэлея используется для обнаружения вибраций и акустических воздействий на волокно. Этот метод позволяет с высокой точностью локализовать место воздействия и определить его характер. Системы на основе рассеяния Рэлея особенно эффективны для обнаружения несанкционированной активности вблизи газопровода.
Рамановское рассеяние применяется для измерения температуры вдоль волокна. Это позволяет обнаруживать утечки газа, которые сопровождаются локальным изменением температуры. Кроме того, системы на основе ра-мановского рассеяния могут использоваться для мониторинга температурного режима газопровода и окружающего грунта.
Рассеяние Бриллюэна дает возможность измерять как температуру, так и механические напряжения в волокне. Это делает системы на его основе наиболее универсальными, позволяющими одновременно контролировать различные параметры состояния газопровода [1].
Одной из наиболее эффективных технологий в данной области является когерентная
рефлектометрия. Системы на ее основе, такие как «Дунай», разработанная отечественными специалистами, способны с высокой точностью локализовать место воздействия на газопровод, классифицировать тип события и передавать информацию оператору в режиме реального времени [2].
Принцип работы системы «Дунай» заключается в следующем: в оптическое волокно посылаются короткие световые импульсы, и анализируется обратно рассеянный сигнал. При воздействии на волокно (вибрация, изменение температуры и т.д.) параметры обратно рассеянного сигнала меняются. Анализируя эти изменения, система способна определить место, тип и интенсивность воздействия.
Опыт внедрения подобных систем на объектах ПАО «Газпром» показывает их высокую эффективность. Так, применение системы «Дунай» на участке протяженностью 40 км позволяет обнаруживать различные типы воздействий - от перемещения пешехода до работы тяжелой техники - на расстоянии до 150 м от трассы газопровода [1].
Важным преимуществом волоконно-оптических систем мониторинга является их способность работать в сложных условиях эксплуатации. Оптическое волокно не подвержено электромагнитным помехам, что особенно важно в условиях промышленных объектов. Кроме того, волокно может быть проложено в агрессивных средах, где применение традиционных датчиков затруднено или невозможно [3].
Еще одним достоинством таких систем является их долговечность. Срок службы оптического волокна может достигать 25-30 лет, что сопоставимо со сроком эксплуатации самого газопровода. Это позволяет значительно сократить затраты на обслуживание и замену датчиков в течение жизненного цикла АГРС.
Однако при внедрении волоконно-оптических систем мониторинга на газопроводах-отводах АГРС возникает ряд проблем, требующих решения:
1. Необходимость прокладки дополнительных кабельных линий для организации питания и передачи данных.
2. Высокая стоимость оборудования.
3. Ограниченная дальность действия систем (в среднем до 40-50 км без применения дополнительных усилителей).
4. Сложность интеграции с существующими системами автоматизации АГРС [1].
Для решения этих проблем предлагается ряд мер:
1. Использование существующей инфраструктуры АГРС для прокладки оптоволоконных кабелей, что позволит минимизировать затраты на строительно-монтажные работы. Например, можно использовать кабельные каналы, предназначенные для систем связи и телемеханики.
2. Разработка отечественных аналогов оборудования с целью снижения стоимости систем мониторинга. Это особенно актуально в условиях импортозамещения и необходимости обеспечения технологической независимости отрасли.
3. Применение оптических усилителей с удаленной накачкой для увеличения дальности действия систем до 75-80 км. Это позволит контролировать более протяженные участки газопроводов-отводов без необходимости установки промежуточных пунктов обработки сигнала.
4. Разработка унифицированных протоколов обмена данными для интеграции систем мониторинга с существующими САУ АГРС. Это может быть реализовано путем создания специализированных программно-аппаратных комплексов, обеспечивающих сопряжение волоконно-оптических систем с традиционными системами автоматизации [1].
Важным аспектом внедрения волоконно-оптических систем мониторинга является обучение персонала. Необходимо организовать подготовку специалистов, способных эффективно эксплуатировать и обслуживать новое оборудование. Это может быть реализовано путем проведения специализированных курсов и тренингов, а также путем включения соответствующих разделов в программы подготовки и переподготовки кадров для газовой отрасли.
Экономическая эффективность внедрения волоконно-оптических систем мониторинга на газопроводах-отводах АГРС обусловлена несколькими факторами. Во-первых, это снижение рисков возникновения аварийных ситуаций и связанных с ними экономических и экологических ущербов. Во-вторых, сокращение затрат на регулярные обходы и диагностику трасс газопроводов. В-третьих, повы-
шение оперативности реагирования на нештатные ситуации [4].
Расчеты показывают, что срок окупаемости таких систем составляет от 3 до 5 лет в зависимости от протяженности контролируемого участка и сложности условий эксплуатации. При этом важно учитывать, что предотвращение даже одной крупной аварии может полностью окупить затраты на внедрение системы мониторинга [5].
Кроме того, применение волоконно-оптических систем мониторинга позволяет оптимизировать процессы технического обслуживания и ремонта газопроводов-отводов. Благодаря постоянному контролю состояния трубопровода появляется возможность перехода от планово-предупредительных ремонтов к обслуживанию по фактическому состоянию. Это позволяет существенно сократить эксплуатационные затраты и повысить эффективность использования ресурсов.
Еще одним важным аспектом является повышение общей культуры безопасности на объектах газотранспортной системы. Внедрение современных систем мониторинга способствует формированию у персонала более ответственного отношения к вопросам промышленной безопасности и охраны окружающей среды.
Таким образом, применение волоконно-оптических систем мониторинга на газопроводах-отводах АГРС является перспективным направлением повышения безопасности и эф-
инфраструктуры. Несмотря на ряд существующих проблем, их внедрение позволяет значительно снизить риски возникновения аварийных ситуаций и обеспечить надежное функционирование АГРС в безоператорном режиме.
Для дальнейшего развития данного направления необходимо продолжить работы по совершенствованию технологий волоконно-оптического мониторинга, адаптации их к специфическим условиям эксплуатации АГРС, а также по интеграции этих систем в общую структуру управления объектами газотранспортной системы.
Особое внимание следует уделить развитию отечественных технологий в области волоконно-оптических систем мониторинга. Это позволит не только снизить зависимость от импортного оборудования, но и создать конкурентоспособные решения, которые могут быть востребованы не только в России, но и на мировом рынке.
В заключение следует отметить, что внедрение волоконно-оптических систем мониторинга на газопроводах-отводах АГРС - это не просто техническое решение, а важный шаг в направлении создания интеллектуальных систем управления газотранспортной инфраструктурой. Эти системы станут неотъемлемой частью цифровой трансформации газовой отрасли, обеспечивая высокий уровень безопасности, надежности и эффективности эксплуатации объектов газоснабжения [6].
фективности эксплуатации газотранспортной
Библиографический список
1. Кириченко И.А. Применение волоконно-оптических систем мониторинга на газопроводах отводах АГРС // Научно-исследовательская работа. Тюменский индустриальный университет. 2024.
2. Грознов Д.И., Леонов А.В., Наний О.Е., Нестеров Е.Т., Трещиков В.Н. «Дунай» - система мониторинга активности в охранной зоне трубопровода // Экспозиция Нефть Газ. - 2014. -№ 4 (36). - С. 51-53.
3. Васютинская С.И., Малкина В.Д., Киселев Г.А. Волоконно-оптические датчики в агрессивных средах: эффективность и экологичность // Экологический вестник России. - 2015. - №9. -С. 35-38.
4. Бушмелева К.И., Увайсов С.У. Система мониторинга газотранспортных объектов // Надежность и качество сложных систем. - 2013. - №1. - С. 84-87.
5. Нестеров Е.Т., Марченко К.В., Трещиков В.Н., Леонов А.В. Волоконно-оптическая система мониторинга протяжённых объектов (нефтепроводов) на основе когерентного рефлектометра // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. - 2014. - № 1. - С. 25-28.
6. Borda C., Nikles M., Rochat E. Continuous Real-Time Pipeline Deformation 3d Positioning and Ground Movement Monitoring Along the Sakhalin - Khabarovsk - Vladivostok pipeline // 9th International Pipeline Conference IPC2012. September 2012, Calgary, Alberta, Canada.
APPLICATION OF FIBER-OPTIC MONITORING SYSTEMS ON GAS PIPELINES OF AUTOMATED GAS DISTRIBUTION STATIONS
I.I. Kondratyev, Graduate Student
Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University
(Russia, St. Petersburg)
Abstract. The article discusses the application of fiber-optic monitoring systems on gas pipelines of automated gas distribution stations (AGDS). The principles of operation and advantages of this technology, the experience of its implementation at Gazprom facilities are analyzed. The main problems in using monitoring systems at AGDS are identified and ways to solve them are proposed. The economic efficiency of introducing fiber-optic systems to improve the safety and reliability of gas pipeline operation is substantiated. The results of the study can be used in developing projects for modernization of existing and construction of new AGDS using modern monitoring systems.
Keywords: fiber-optic monitoring systems, gas pipelines, automated gas distribution stations, safety, operational efficiency.
