CC BY
21УДК 681.5.08
Базарбаев Ш.Е.
магистрант кафедры математического и компьютерного моделирование Международный университет информационных технологий
(г. Алматы, Казахстан)
ПРОБЛЕМЫ СОЗДАНИЯ НАДЕЖНЫХ СИСТЕМ МОНИТОРИНГА
ТРУБОПРОВОДОВ ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ УТЕЧЕК НЕФТИ
Аннотация: трубопроводы широко используются для транспортировки углеводородных жидкостей на миллионы километров по всему миру. Конструкции трубопроводов спроектированы так, чтобы выдерживать несколько условий окружающей среды, чтобы обеспечить безопасное и надежное распределение от точки производства до берега или складского пункта. Однако утечки в трубопроводных сетях являются одной из основных причин неисчислимых потерь операторов трубопроводов и природы. Аварии на трубопроводе могут привести к серьезным экологическим катастрофам, человеческим жертвам и финансовым потерям. Чтобы избежать такой угрозы и поддерживать безопасную и надежную инфраструктуру трубопроводов, значительные исследовательские усилия были посвящены обнаружению и локализации утечек трубопроводов с использованием различных подходов. В этой статье обсуждаются пробелы в исследованиях и нерешенные вопросы для разработки надежных систем обнаружения утечек в трубопроводе.
Ключевые слова: обнаружение утечек, характеристика утечек, локализация утечек, трубопроводы, беспроводные сенсорные сети.
Дистанционный мониторинг сетей нефтепровода и газопроводов с использованием технологии беспроводной связи обеспечивает преимущества низкой стоимости, быстрого реагирования и возможности отслеживать места, где происходят утечки. Однако для достижения эталонной производительности при удаленном мониторинге трубопроводов необходимо решение некоторых из проблем проектирования, которые требуют выполнения исследовании, включающие методы обнаружения, охват обнаружения и локализацию утечек.
Обычно датчики развертываются для мониторинга установившихся условий, при которых ожидается, что физический состояние трубопровода будет оставаться стабильным с течением времени. Ожидается, что изменения физических параметров работы трубопровода, таких как вибрация, температура, давление и т. д., будут обнаруживаться и сообщаться для выявления случаев возникновения аномалий. Утечки могут быть точно обнаружены только в том случае, если происшествие происходит в непосредственной близости от контролирующего датчика, и, таким образом, точность систем обнаружения утечек становится сомнительной, если утечки находятся за пределами восприимчивых полей датчиков. Датчики, развернутые для удаленного мониторинга трубопроводов, используются для выполнения как функций зондирования, так и связи. Однако проблема эффективного охвата области мониторинга и передачи полученных измерений соседним узлам также является сложной задачей в беспроводных сенсорных сетях (БСС). При разработке оптимальных БСС возникает множество проблем, особенно для мониторинга трубопровода. Эти проблемы включают: (1) самоорганизацию, (2) отказоустойчивость, (3) оптимальное размещение сенсорных узлов, (4) покрытие сенсоров, (5) энергосберегающую маршрутизацию, (6) сбор энергии и так далее.
Ожидается, что в течение срока службы сенсорной сети некоторые из развернутых сенсорных узлов будут испытывать отказ оборудования, и сеть может не справиться с этим отказом. Это ограничит эффективность всей сети. Работа и производительность БСС в значительной степени зависят от оптимального размещения узла, поскольку для передачи полученных данных требуется связь между сенсорным узлом. Кроме того, размещение датчика также влияет на управление ресурсами, например, потребление энергии в БСС [1], в то время как потребление энергии влияет на срок службы сети [2]. В этом случае размещение датчика при мониторинге трубопровода требует дополнительных исследований. Разработка стратегий самоорганизации стала важным вопросом исследования в БСС. Узлы датчиков достаточно умны, чтобы автономно
реорганизоваться, чтобы разделять задачи измерения и передачи данных, когда некоторые узлы выходят из строя. Вопрос о проблемах покрытия освещался в литературе [3]. В некоторых из этих исследований были предложены методы достижения высокого покрытия датчиками [4], в то время как разработка аналитической модели и подходов к оптимизации для покрытия БСС были предложены в некоторых исследованиях [5]. Однако разработка простых, но реалистичных моделей для анализа и оптимизации по-прежнему остается сложной задачей для исследования. Поскольку значительная часть трубопроводных систем состоит из подземных и подводных трубопроводных сетей, а мощность, необходимая для зондирования в реальном времени и передачи данных в таких средах, требует больших затрат. Лучшая замена сенсорных узлов в этих условиях является дорогостоящей или неосуществимой для больших сенсорных сетей. Для создания долговечных сетей в этих средах с ограниченным энергопотреблением были применены различные методы минимизации энергопотребления, такие как иерархия адаптивной кластеризации с низким энергопотреблением [6], внутрисетевая обработка [7] и конфигурация спящего режима. Энергия также может быть получена из ресурсов в окружении трубопровода, таких как поток жидкости, вибрация трубы, давление и кинетика воды, с использованием пьезоэлектрических преобразователей. Несмотря на то, что в исследованиях и разработках технологии беспроводных сенсорных сетей наблюдаются значительные улучшения, эффективное и надежное накопление энергии и универсальные сборщики энергии из различных источников по-прежнему остаются открытыми исследовательскими проблемами.
В общем, целью будущего мониторинга трубопроводов является разработка интеллектуальной системы обнаружения и локализации утечек в реальном времени для подводных трубопроводных сетей.
Заключение
Данная статья предоставляет собой обсуждение пробелов в исследованиях и открытые проблемы в области обнаружения, определения
характеристик и локализации утечек в трубопроводе. Несмотря на то, что были вложены значительные усилия в исследования в системы обнаружения и локализации утечек в трубопроводах, необходимо заполнить различные пробелы, прежде чем можно будет полностью обеспечить надежное обнаружение утечек в трубопроводах в реальном времени.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
Иванова И. А. Определение периметра зоны покрытия беспроводных сенсорных
сетей //Промышленные АСУ и контроллеры. - 2010. - №. 10. - С. 25-30.
Галкин П. В., Головкина Л. В., Борисенко А. С. Исследование влияния лесных
массивов на дальность связи в сетях ZigBee //Eastern-European Journal of
Enterprise Technologies. - 2011. - Т. 3. - №. 2 (51). - С. 4-9.
Рагозин Д. В. Моделирование синхронизированных сенсорных сетей. Проблеми
програмування. 2008. № 2-3. Спещальний випуск — 721—729 с.
Баранова Е. IEEE 802.15.4 и его программная надстройка ZigBee. //
Телемультимедиа, 8 мая 2008.
Levis P., Madden S., Polastre J. and dr. «TinyOS: An operating system for wireless sensor networks» // W. Weber, J.M. Rabaey, E. Aarts (Eds.) // In Ambient Intelligence. — New York, NY: Springer-Verlag, 2005. — 374 p.
Гольдштейн, Б. С. Сети связи пост-NGN / Б. С. Гольдштейн, А. Е. Кучерявый. -СПб. : БХВ, 2013.
Кучерявый, А. Е. Самоорганизующиеся сети / А. Е. Кучерявый, А. В. Прокопьев, Е. А. Кучерявый. - СПб. : Любавич, 2011.
Bazarbayev S.E.
Master's student of the Department of Mathematical and Computer Modeling International University of Information Technology (Almaty, Kazakhstan)
PROBLEMS OF CREATING RELIABLE PIPELINE MONITORING SYSTEMS FOR DETECTING OIL LEAKS
Abstract: pipelines are widely used to transport hydrocarbon fluids over millions of kilometers around the world. Piping structures are designed to withstand multiple environmental conditions to ensure safe and reliable distribution from production to shore or storage. However, leaks in pipeline networks are one of the main causes of untold losses to pipeline operators and nature. Pipeline accidents can lead to serious environmental disasters, human casualties and financial losses. To avoid such a threat and maintain a safe and reliable pipeline infrastructure, significant research efforts have been devoted to locating and localizing pipeline leaks using a variety of approaches. This article discusses the research gaps and unresolved issues for developing reliable pipeline leak detection systems.
Keywords: leak detection, leak characterization, leak localization, pipelines, wireless sensor networks.
