« НазадВолоконно-оптическая система предупреждения опасных процессов на продуктопроводах 10.03.2021 16:02Цели применения волоконно-оптических систем мониторинга ü Повышение безопасности. Непрерывный мониторинг помогает выявить количественные критерии состояния объекта, оценить последствия этих изменений, прогнозировать дальнейшее изменение состояния объектов и дает возможность заблаговременного выполнения ремонтных работ для предотвращения аварий. ü Экологическая и экономическая эффективность. Отсутствие систем мониторинга или их несовершенство может привести к катастрофам, экономический ущерб которых просто невозможно подсчитать в разумных пределах. Техногенные катастрофы могут привести к необратимым экологическим последствиям. ü Эффективность использования и управления. Тенденция развития АСУ ТП на различных объектах невозможна без знаний об их состоянии. Контроль состояния объекта приводит к его эффективному использованию за счет возможности перераспределения нагрузок, частоты использования и т.д. Особенно это актуально для ‘сильно’ устаревших объектов, которые требуют замены либо проведения постоянного мониторинга состояния. Волоконно-оптическая система предупреждения опасных процессов на продуктопроводах На сегодняшний день наибольший интерес для создания систем мониторинга объектов трубопроводной инфраструктуры представляют технологии распределенного измерения эффектов рассеяния Мандельштам-Бриллюэна, Рамана и Рэлея, которые способны предоставлять данные об опасных тенденциях изменения параметров, указывающих на потенциальный выход этих объектов из строя. Принцип действия данных технологий основан на регистрации обратного рассеяния света в оптическом волокне сенсора при прохождении через него оптического импульса и измерения интенсивности или частоты этого излучения. Рисунок 1 Для измерений, основанных на регистрации сдвига частот вынужденного рассеяния Мандельштама-Бриллюэна (ВРМБ), возникающего в распределенных волоконно-оптических сенсорах при деформационных и температурных воздействиях на них, применяется оптический импульсный спектроанализатор. К одному анализатору может быть подключено до 20 участков мониторинга по топологии типа «звезда», каждый такой участок может быть протяженностью до 80 км (160 км между анализаторами). Элементы системы мониторинга Рисунок 2 Волоконно-оптическая система геотехнического мониторинга (ВОС ГТМ) Рисунок 3 ВОС ГТМ реализована на принципе Бриллюэновского рассеяния и предназначена для сбора, обработки, хранения и передачи информации о геотехническом состоянии магистральных трубопроводом в автономном периодическом режиме по следующим параметрам:
Волоконно-оптическая система предупреждения опасных процессов на продуктопроводах При распространении непрерывного зондирующего излучения и короткого импульса накачки, направленных навстречу друг другу с разных концов, в оптическом волокне возникает ВРМБ со сдвигом частоты рассеянного сигнала относительно сигнала накачки. За измерение этого сдвига отвечает оптический импульсный спектроанализатор ВРМБ, который является измерительным прибором программно-аппаратной части системы. Уникальная методика обеспечивает быстрые и точные замеры температуры и деформации с высоким пространственным разрешением и большим динамическим диапазоном (26 дБ в канале и от 14 дБ в сенсоре). Измерения проводят в режиме реального времени непрерывно по всей длине волокна. Смещение грунта Контроль смещений грунта позволяет выявить потенциальное опасные явления на ранней стадии и таким образом предотвращать повреждение крупных сооружений и объектов, таких как автомобильные и железные дороги, трубопроводы, здания и др. Преобразуя формулу, получаем: где отношение L / d дает информацию о величине смещения сенсорного кабеля. Рисунок 4 - Схема, поясняющая принципы регистрации смещения грунта В целях обеспечения отсутствия проскальзывания сенсора деформации грунта при грунтовых подвижках (для повышения точности системы) внешнюю оболочку сенсора делают волнистой (гофрированной). Кроме того, используют так называемые якоря, эффективная площадь парусов которых и частота установки подбирается исходя из типа грунта и требуемой точности системы мониторинга. Отличительной особенностью якоря, представленного на рис.4.Б является то, что при больших подвижках грунта при приближении к максимально допустимым растягивающим усилиям, характерным для той или иной конструкции сенсора деформации грунта, срабатывают предохранители и якорь отсоединяется от сенсора. Это снимает значительную часть нагрузки с сенсора, позволяет ему частично проскальзывать в грунте и таким образом спасает сенсор от повреждения (обрыва). Основные характеристики: точность для продольных подвижек: 0,5 мм; точность для поперечных подвижек: 1 см; точность локализации определяется частотой установки и якорей (типично: 5 м). Рисунок 5 – Сенсоры деформации грунта с обычным якорем и с якорем с предохранителем Мониторинг подвижек грунта Наибольшую опасность в сейсмоустойчивых районах среди почвенных процессов для целостности железных дорог представляют оползневые склоновые процессы и эрозия почвы. В свою очередь эрозия почвы наблюдается в следующих условиях:
Рисунок 6 Деформации продуктопровода Для критически опасных участков залегания продуктопровода, когда информации о смещениях грунта в непосредственной близости от трубы недостаточно, разработана система мониторинга распределения деформации трубопровода. В этом случае сенсорные кабели инсталлируются непосредственно на трубопровод, что позволяет контролировать в реальном времени поведение трубопровода в пространстве, строить его 3D-модель (для этого нужно 3 (три) сенсора деформации на трубе), точно рассчитывать деформации, возникающие на разных участках трубопровода (напряженно-деформированное состояние металла трубопровода по всей длине). Достигается это с помощью соответствующих программных комплексов математического моделирования. Диапазон измерения такой системы составляет 10 000 микрострейн (10 мм/м) с чувствительностью от 25 микрострейн (25 мкм/м), которые зависят от ряда факторов (количество и место расположения сенсоров, метод крепления сенсоров к трубе, наличие температурной компенсации, длина контролируемого участка, периодичность опроса, алгоритм математической интерпретации и т.д.). Рисунок 7 – Сенсорные кабели Рисунок 8 – Автоматизированный комплекс разработки, способный одновременно инсталлировать 3 сенсора деформации трубы вместе с защитой со скоростью до 5м/мин
Утечки Традиционные методы диагностики дефектов трубопроводных систем требуют достаточно большого объема подготовительных работ (очистка, обследование, развертывание специального оборудования и т.д.), тем самым способствуя увеличению времени простоя. Точная же локализация места утечки с помощью систем распределенного мониторинга температуры способна сократить время реакции на событие, снизить потери продукта, сократить простой производства, а также вредное воздействие на окружающую среду. Таким образом, применение систем обнаружения утечек на основе распределенных датчиков температуры позволяют оперативно обнаружить факт утечки, установить место ее образования и свести к минимуму время простоя трубопроводной системы. Волоконно-оптическая система обнаружения утечек из трубопроводов может быть построена на принципе Бриллюэновского или Рамановского рассеяния. Общий принцип обнаружения утечек основывается на данных анализа температурных эффектов, происходящих вблизи трубопровода. При возникновении утечки происходит образование т.н. теплового пятна. Для газопроводов утечка газа приводит к понижению его температуры вследствие эффекта Джоуля-Томсона. Для нефтепроводов утечка приводит к повышению температуры вмещающего грунта. Рисунок 9 – Схема обнаружения утечек. Утечки газа или эрозия вызывают резкое локальное понижение температуры (образование “холодного пятна”). Утечки нефти вызывают резкое локальное повышение температуры (образование “горячего пятна”) Утечки метана на магистральных газопроводах В мире потери газа достигают нескольких млрд. куб. м ежегодно, что в свою очередь, приводит к существенному экономическому ущербу и серьезным экологическим последствиям. Для безопасной эксплуатации газотранспортных систем необходимо регулярное инспектирование и контроль состояние объектов с целью своевременного обнаружения утечек газа. Рисунок 10 – Принципиальная схема решения на основе датчиков метана
Принцип действия системы с применением ВОД обнаружения взрывоопасной концентрации метана в воздухе состоит в следующем:
Данная система осуществляет мониторинг концентрации метана в стандартных средствах вентиляции (вытяжные свечи) переходов трубопровода через автомобильные и ЖД трассы, оповещение соответствующих служб заказчика о достижении концентрации метана в измеряемом протоке атмосферного воздуха величины в 0.1 нижнего предела взрывной концентрации (нижнего предела концентрации поддержания горения). Основные характеристики:
|
Отвечает современным требованиям операторов, внедряющих OTN, MPLS-TP, 10/100G, при этом поддерживая тестирование устоявшихся стандартов SDH/PDH, как встроенного в OTN, так и в отдельных каналах
Анализ ядра сети CORE, METRO. магистральных, региональных, пограничных узлов; тестирование городских сетей и сетей доступа.