CC BY
6
УДК 622.692.4.07 https://doi.org/10.24412/0131-4270-2023-3-4-23-27
СРАВНИТЕЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ ЛОКАЛИЗАЦИИ ПОДЗЕМНЫХ ПОЛИЭТИЛЕНОВЫХ ТРУБОПРОВОДОВ
COMPARATIVE STUDY OF LOCALISATION METHODS FOR UNDERGROUND POLYETHYLENE PIPELINES
Палаев А.Г., Чжао Фумин, Тянь Ифань, Ван Бинь, Шао Минян
Санкт-Петербургский горный университет, 199106, Санкт-Петербург, Россия ORCID: https//orcid.org/0000-0002-9960-8504, E-mail: Palaev_AG@pers.spmi.ru
ORCID: https//orcid.org/0009-0005-5174-6341, E-mail: fumin96@mail.ru ORCID: https//orcid.org/0000-0002-3507-2544, E-mail: 75829472@qq.com ORCID: https//orcid.org/0009-0001-7333-172X, E-mail: wangbin7780@gmail.com
ORCID: https//orcid.org/0009-0000-5325-2509, E-mail: haidong123@mail.ru
Резюме: В статье анализируется несколько общепринятых методов обнаружения полиэтиленовых (ПЭ) трубопроводов, их достоинства и некоторые проблемы, связанные с этими методами. Основное внимание уделяется технологии акустического обнаружения. Проводится проверка возможности и точности обнаружения в условиях реальной эксплуатации. В настоящее время акустический метод обнаружения часто используется для определения местоположения трубопроводов и коммуникаций, обеспечивая получение точной информации о местонахождении, состоянии и расположении ПЭ трубопроводов и коммуникаций.
Ключевые слова: полиэтилен, трубопровод, обнаружение, локализация утечек, поиск, акустический метод обнаружения.
Для цитирования: Палаев А.Г., Чжао Фумин, Тянь Ифань, Ван Бинь, Шао Минян Сравнительное исследование методов локализации подземных полиэтиленовых трубопроводов // Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. 2023. № 3-4. С. 23-27.
DOI:10.24412/0131-4270-2023-3-4-23-27
Перспективы методов обнаружения подземных полиэтиленовых труб и коммуникаций
В связи с рядом преимуществ, таких как удобство монтажа, стабильная и надежная соединительная часть, устойчивость к ударам, низкая склонность к трещинам, старению и коррозии, полиэтиленовые (ПЭ) трубы хорошо себя зарекомендовали в газораспределении. Однако, поскольку ПЭ -инертный материал, обнаружение и локализация трубопроводов в дальнейшем являются очень сложной задачей.
Для определения подземного местоположения трубопровода применяются различные методы инструментальной диагностики [1-3], такие как георадар, магнитометр, электромагнитный локатор и др.
Георадар (фото 1) представляет собой устройство, работающее на электромагнитных волнах высокой частоты. Широко применяется в зарубежной практике при поиске подземных коммуникаций и неметаллических трубопроводов.
Магнитометр (фото 2), прибор, использующийся для измерения магнитного поля и магнитных свойств материалов. Применяется в гражданском строительстве для
Palaev Alexander G., Chzhao Fumin, Tian Yifan, Wang Bin, Shao Minyan
Saint-Petersburg Mining University, 199106, Saint-Petersburg, Russia ORCID: https//orcid.org/0000-0002-9960-8504, E-mail: Palaev_AG@pers.spmi.ru
ORCID: https//orcid.org/0009-0005-5174-6341, E-mail: fumin96@mail.ru ORCID: https//orcid.org/0000-0002-3507-2544, E-mail: 75829472@qq.com ORCID: https//orcid.org/0009-0001-7333-172X, E-mail: wangbin7780@gmail.com
ORCID: https//orcid.org/0009-0000-5325-2509, E-mail: haidong123@mail.ru
Abstract: This paper analyses several common methods of polyethylene (PE) pipeline detection their virtues and some the problems associated with these methods. The main focus is on acoustic detection technology. The feasibility and accuracy of detection under real-world operating conditions are tested. Currently, the acoustic detection method is often used to locate pipelines and utilities, providing accurate information on the location, condition and position of PE pipelines and utilities.
Keywords: polyethylene, pipeline, detection, leak location, search, sound detection method.
For citation: Palaev A.G., Chzhao Fumin, Tian Yifan, Wang Bin, Shao Minyan COMPARATIVE STUDY OF LOCALISATION METHODS FOR UNDERGROUND POLYETHYLENE PIPELINES. Transport and Storage of Oil Products and Hydrocarbons. 2023, no. 3-4, pp. 23-27.
DOI:10.24412/0131-4270-2023-3-4-23-27
11. Передвижной георадар производства IDS GeoRadar (Италия) [4]
3-4
• 2023
23
| 2. Магнитометр производства JW Fishers (США) [8]
| 3. Электромагнитный локатор производства GeoScan (Канада) [9]
обнаружения металлических трубопроводов, а также для определения глубины их расположения [5-7].
Электромагнитный локатор (фото 3) - устройство, которое используется для обнаружения подземных объектов, трубопроводов, коммуникаций и прочих неметаллических объектов. Обнаружение объектов происходит при помощи изменения электромагнитного поля в земле. Используется для определения местоположения трубопровода и глубины залегания. Другие методы, такие как: акустический локатор, оптический локатор и пр., применяются в зависимости от условий на местности.
Важно заметить, что каждое устройство имеет свои преимущества и технические ограничения [10]. Сводная характеристика существующих устройств представлена в табл. 1.
Несмотря на ограничения каждого из устройств, комбинация нескольких может дать более точную характеристику состояния подземного объекта [11, 12]. Для этого необходимо провести анализ существующих методов.
Существующие методы поиска подземных труб и коммуникаций
Метод трассировки с помощью шлейфа
Данный метод используется для обнаружения и определения местоположения ПЭ трубопровода [13]. В качестве шлейфа используется металлический провод.
Способ применения. Сигнал через шлейф передается на приемное устройство, которое затем генерирует собранную информацию о месторасположении объекта (ПЭ трубопровод, коммуникации и пр.) на компьютер.
Недостаток метода. Частый обрыв провода.
Метод акустической диагностики
В настоящее время для обнаружения подземного ПЭ трубопровода используется метод акустического поиска, обеспечивая точное определение расположения трубопровода. При помощи специально модулированной звуковой волны можно определить местоположение подземного ПЭ трубопровода [14, 15]. Волны передаются через объект исследования на камеру, которая подключена к переносному модулю, где собираются данные о силе звуковых волн и их характеристик, в результате чего можно определить местоположение трубопровода (рис. 1).
Недостаток метода. С помощью метода сложно определить с точностью глубину залегания объекта.
Метод электромагнитной трассирующей линии
Метод электромагнитной трассирующей линии похож на принцип работы электромагнитной индукции. Во время обнаружения на поверхности неметаллической трубы в качестве трассирующей линии укладывается металлический провод с оголенным концом, через внешний передатчик которого
I Таблица 1
Сравнение разных устройств обнаружения подземных ПЭ трубопроводов и коммуникаций
1 Устройство Описание Преимущество Ограничение 1
Георадар Использование электромагнитных Может обнаружить газопроводы на Ограниченная эффективность на
волн для измерения изменений в небольшой глубине больших глубинах или при наличии
плотности грунта металлических препятствий
Магнитометр Использование магнитного датчика для измерения магнитного поля земли Эффективен для обнаружения металлических газопроводов на больших глубинах Магнитные аномалии могут быть вызваны другими объектами, что может затруднить точное определение местоположения газопровода
Электромагнитный локатор Использование электромагнитных волн для обнаружения металлических объектов Может обнаружить газопроводы на небольшой глубине Ограниченная эффективность на больших глубинах или при наличии металлических препятствий
■ Рис. 1. Акустическая диагностика [16]
■ Рис. 2. Метод прямого подключения
■ Рис. 3. Типичная схема инерционного гироскопа
Катушка
проходит ток [16]. Электромагнитный сигнал, генерируемый металлическим проводом, может быть обнаружен датчиками, которые устанавливаются на поверхности земли и определяют местоположение, глубину залегания и направление неметаллического трубопровода.
В соответствии с различными принципами генерации магнитного поля в металлических проводах метод электромагнитной трассирующей линии можно разделить на метод прямого подключения и метод индукции (рис. 2).
Инерционный гироскоп
При помощи инерционного гироскопа можно точно измерить и получить трехмерные координаты трубопровода [17]
в зависимости от перемещения установленных датчиков положения самого трубопровода (рис. 3).
При использовании гироскопа полученные измерения передаются на всю систему локации при одновременном обеспечении направления оси вращения системы.
Гироскопы бывают оптические, с микроэлектромеханической системой, полусферические резонансные и пр. В настоящее время существуют крупногабаритные инерци-альные навигационные устройства с высокой тактической точностью и малогабаритные (диаметром менее 25 см).
Недостатки метода. Сложные подготовительные работы. Необходимо остановить внутреннюю среду, такую как вода, газ, нефть, нефтепродукт (в зависимости от того, какой трубопровод исследуется, чтобы запустить в трубопровод с двух концов измерительную систему. При этом существует необходимость усовершенствовать этот метод при помощи решения следующих задач:
- необходимо прописать алгоритм определения местоположения инерциального гироскопа с линейным трендом для полной инерциальной навигации;
- в алгоритме редуцированной инерциальной сенсорной системы используется модель более низкого порядка и меньшей вычислительной сложности, поэтому развитием данного исследования является решение поставленных задач, которые будут отображены в будущей работе.
Выводы
По результатам проведенной работы по диагностике и локализации ПЭ трубопроводов можно сделать вывод о том, что методы неразрушающей диагностики, такие как зондирование земли с помощью георадара и акустическая диагностика, могут быть эффективным способом определения местоположения и глубины залегания в том числе полиэтиленовых трубопроводов. Открытое копание и бурение могут быть использованы для проверки результатов диагностики и подтверждения местоположения и глубины залегания трубопроводов.
Однако следует отметить, что методы зондирования земли с помощью георадара и звуковой диагностики могут сталкиваться с определенными ограничениями, такими как максимальная глубина зондирования, качество диагностики в неоднородных и мягких почвах, а также возможное наличие других подземных коммуникаций и инфраструктуры, которые могут мешать точному определению местоположения и глубины залегания трубопроводов.
В настоящее время технология определения местоположения неметаллических объектов становится все более актуальной задачей. С развитием инфраструктуры газораспределения выдвигаются повышенные требования. Сюда можно отнести и требования к разным грунтам, где располагается трубопровод, глубине залегания и электромагнитным излучениям. Таким образом, существующие технологии обнаружения и определения местоположения подземных неметаллических объектов, в том числе полиэтиленовых трубопроводов, необходимо усовершенствовать при помощи новых технологий и инноваций в существующие.
Будущие исследования авторов направлены на поиск новых методов определения местоположения полиэтиленовых труб и достижение этого путем сочетания различных методов контроля и мониторинга трубопроводов [19, 20].
3-4
• 2 023
25
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ращепкин К.Е. Обнаружение утечек нефти и нефтепродуктов в трубопроводах. М.: Недра, 2009. С. 39.
2. Бондаренко П.М. Новые методы и средства контроля состояния подземных труб. М.: Машиностроение, 2008. С. 74.
3. Дятлов В.А. Обслуживание и эксплуатация линейной части промысловых трубопроводов. М.: Недра, 2009. С. 63.
4. IDS GeoRadar. URL: https://idsgeoradar.com/ (дата обращения 16.07.2023).
5. Гумеров А.Г. Надежность, техническое обслуживание и ремонт промысловых нефтепроводов. Уфа: НИИ нефти и газа, 1996. С. 89.
6. Palaev A.G., Nosov V.V., Krasnikov А.А. Simulating distribution of temperature fields and stresses in welded joint using ANSYS Science and Technologies: Oil and Oil Products Pipeline Transportationthis link is disabled, 2022, 12(5), pp. 461-469 / IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, no. 12, vol. 5, 2022. Pp. 461-469.
7. Жила В.А., Ушаков М.А., Брюханов О.Н. Газовые сети и установки: учеб. пособие. М.: Академия, 2003. 272 с.
8. Магнитометр JW Fishers. URL: https://www.jwfishers.com/nr/nr241.html (дата обращения: 16.07.2023).
9. GeoScan. URL: https://www.geoscan.ca/ (дата обращения 16.07.2023)
10. СП 42-103-2003 Проектирование и строительство газопроводов из полиэтиленовых труб и реконструкция изношенных газопроводов.
11. Schipachev A., Fetisov V., Nazyrov A. Donghee, L. Khamrakulov A. Study of the Pipeline in Emergency Operation and Assessing the Magnitude of the Gas Leak. Energies 2022, 15, 5294.
12. Wang Zhigang, Yang Bo, Li Zhi, Li Wanli, Tang Yuanliang, Liang Jingduan. Investigation of PAUT and DR defect detection in electrofusion welding of polyethylene pipelines [J]. Non-destructive testing, 2023.47(02):34-37.
13. Miao Wei, Li Chen, Cao Bingbing, Investigation of phased array technology for hot-melt bonding of polyethylene gas pipeline [J], Chemical Equipment Technology, 2023, 44(01): 29-32.
14. Nikolaev A.K., Dokoukin V.P., Lykov Y.V., Fetisov V.G. Research of processes of heat exchange in horizontal pipeline. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, Т 327, 2018. pp 1-5
15. Li Qiliang, Zhang Aixin, Hua Xiaofeng, Zeng Ran Investigation of Switching Characteristics of Asymmetric Nonlinear Directional Coupler [J] Electronic Devices, 2011, 34(04):432-434.
16. Носов В.В., Щипачев А.М., Палаев А.Г., Григорьев Е.В. Quality assurance of sheets rolling on the basis of modeling the destruction process, plastic restructuring the structure of the material of the slab and the acoustic emissions parameters / Journal of Physics: Conference Series, № 12041, Т 1431, 2020. С 1-9
17. Носов В.В., Павленко И.А. Оценка ресурса опасных технических объектов на основе акустико-эмиссион-ного диагностирования // Проблемы машиностроения и автоматизация. 2020. № 3. C. 133-145.
18. Palaev A.G., Potapov A.I. Ultrasound technologies to study the accelerati on of decomposition plastic bags. Saint Petersburg, Russia, 2018. P. 227-228.
19. Махов В.Е., Палаев А.Г., Потапов А.И. Автоматизация контроля сварных швов на базе технологий фирмы National Instruments. Образовательные, научные и инженерные приложения в среде LabVIEW и технологии National Instruments // Сб. тр. VI Междунар. науч.-практ. конф. М.: РУДН, 2007. С. 384-393.
REFERENCES
1. Rashchepkin K.YE. Obnaruzheniye utechek nefti i nefteproduktov v truboprovodakh [Detection of leaks of oil and oil products in pipelines]. Moscow, Nedra Publ., 2009. p. 39.
2. Bondarenko P.M. Novyye metody i sredstva kontrolya sostoyaniya podzemnykh trub [New methods and means of monitoring the condition of underground pipes]. Moscow, Mashinostroyeniye Publ., 2008. p. 74.
3. Dyatlov V.A. Obsluzhivaniye iekspluatatsiya lineynoy chastipromyslovykh truboprovodov [Maintenance and operation of the linear part of field pipelines]. Moscow, Nedra Publ., 2009. p. 63
4. IDS GeoRadar Available at: https://idsgeoradar.com/ (accessed 16 July 2023)
5. Gumerov A.G. Nadezhnosf, tekhnicheskoye obsluzhivaniye i remont promyslovykh nefteprovodov [Reliability, maintenance and repair of field oil pipelines]. Ufa, NII Nefti i gaza Publ., 1996. p. 89
6. Palaev A.G., Nosov V.V., Krasnikov A.A. Simulating distribution of temperature fields and stresses in welded joint using ANSYS science and technologies: oil and oil products pipeline transportation this link is disabled. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2022, vol. 5, no. 12, pp. 461 - 469.
7. Zhila V.A., Ushakov M.A., Bryukhanov O.N. Gazovyye seti i ustanovki [Gas networks and installations]. Moscow, Akademiya Publ., 2003. 272 p.
8. Magnitometr JW Fishers (Magnetometer JW Fishers) Available at: https://www.jwfishers.com/nr/nr241.html (accessed 16 July 2023).
9. GeoScan Available at: https://www.geoscan.ca/ (accessed 16 July 2023).
10. SP 42-103-2003 Proyektirovaniye i stroitel'stvo gazoprovodov iz polietilenovykh trub i rekonstruktsiya iznoshennykh gazoprovodov [SP 42-103-2003 Design and construction of gas pipelines made of polyethylene pipes and reconstruction of worn-out gas pipelines].
11. Schipachev A., Fetisov V., Nazyrov A. Donghee, L. Khamrakulov A. Study of the pipeline in emergency operation and assessing the magnitude of the gas leak. Energies, 2022, vol. 15, p. 5294.
12. Wang Zhigang, Yang Bo, Li Zhi, Li Wanli, Tang Yuanliang, Liang Jingduan. Investigation of PAUT and DR defect detection in electrofusion welding of polyethylene pipelines. Non-destructive testing, 2023, vol. 47(02), pp. 34-37.
13. Miao Wei, Li Chen, Cao Bingbing. Investigation of phased array technology for hot-melt bonding of polyethylene gas pipeline. Chemical Equipment Technology, 2023, vol. 44(01), pp. 29-32.
14. Nikolaev A.K., Dokoukin V.P., Lykov Y.V., Fetisov V.G. Research of processes of heat exchange in horizontal pipeline. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2018, vol. 327, pp 1-5.
15. Li Qiliang, Zhang Aixin, Hua Xiaofeng, Zeng Ran. Investigation of switching characteristics of asymmetric nonlinear directional coupler. Electronic Devices, 2011, vol. 34(04), pp. 432-434.
16. Nosov V.V., Shchipachev A.M., Palayev A.G., Grigor'yev Ye.V. Quality assurance of sheets rolling on the basis of modeling the destruction process, plastic restructuring the structure of the material of the slab and the acoustic emissions parameters. Journal of Physics: Conference Series, 2020, vol. 1431, no. 12041, pp. 1-9.
17. Nosov V.V., Pavleno I.A. Life estimation of hazardous technical objects based on acoustic emission diagnosis. Problemy mashinostroyeniya i avtomatizatsiya, 2020, no. 3, pp. 133 - 145 (In Russian).
18. Palaev A.G., Potapova A.I. Ultrasound technologies to study the accelerati on of decomposition plastic bags. Saint Petersburg, 2018, pp. 227 - 228.
19. Makhov V.YE., Palayev A.G., Potapov A.I. Avtomatizatsiya kontrolya svarnykh shvov na baze tekhnologiy firmy National Instruments. Obrazovatel'nyye, nauchnyye i inzhenernyye prilozheniya v srede LabVIEW i tekhnologii "National Instruments" [Automation of control of welded seams on the basis of National Instruments technologies. Educational, scientific and engineering applications in the LabVIEW environment and National Instruments technologies]. Trudy VI Mezhdunar. nauch.-prakt. konf. [Proc. of VI Intern. scientific-practical. conf.]. Moscow, 2007, pp. 384-393.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ / INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Палаев Александр Григорьевич, к.т.н., доцент кафедры транспорта и
хранения нефти и газа, Санкт-Петербургский горный университет.
Чжао Фумин, аспирант кафедры транспорта и хранения нефти и газа,
Санкт-Петербургский горный университет.
Тянь Ифань, аспирант кафедры транспорта и хранения нефти и газа,
Санкт-Петербургский горный университет.
Ван Бинь, магистрант кафедры транспорта и хранения нефти и газа,
Санкт-Петербургский горный университет.
Шао Минян, магистрант кафедры системного анализа и управления,
Санкт-Петербургский горный университет.
Alexander G. Palaev, Cand.Sci. (Tech.), Assoc. Prof. of the Department of
Transport and Storage of Oil and Gas, Saint-Petersburg Mining University.
Chzhao Fumin, Postgraduate Student of the Department of Transport and
Storage of Oil and Gas, Saint-Petersburg Mining University.
Tian Yifan, Postgraduate Student of the Department of Transport and
Storage of Oil and Gas, Saint Petersburg Mining University.
Wang Bin, Magister of the Department of Transport and Storage of Oil and
Gas, Saint-Petersburg Mining University.
Shao Minyan, Magister of the Department of Systems Analysis and
Management, Saint-Petersburg Mining University.
3-4 •
2023
27
