ПРЕЗЕНТАЦИЯ: "ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНАЯ СИСТЕМА МОНИТОРИНГА ТРУБОПРОВОДОВ"

В данном докладе рассказывается про интеллектуальную систему мониторинга трубопроводов.

Основное внимание будет посвящено следующим моментам:
- влияние непроектных воздействий на трубопровод;
- возможности системы мониторинга;
- методика определения индикаторных интервалов для датчиков системы мониторинга.

В XXI веке основными энергетическими ресурсами на планете являются нефть и природный газ. Для их транспортировки используют трубопроводы.

На слайде представлена схема надземного трубопровода в плане. Данный трубопровод состоит из типовых участков, ограниченных неподвижными опорами. Между ними располагаются подвижные опоры. Каждый типовой участок имеет температурный компенсатор.

В процессе эксплуатации на трубопровод действует широкий спектр нагрузок:
- внутреннее давление;
- вес трубы и транспортируемого продукта;
- температурное воздействие;
- ветровое давление;
- и так далее. 

Кроме того, не стоит забывать, что на трубопровод могут влиять и непроектные воздействия. В результате возникают не только различные дефекты самой трубы, но и дефекты конструкции трубопровода.

Известно, что эксплуатационная надежность надземного трубопровода определяется, прежде всего, техническим состоянием его опор, т.е. их способностью обеспечить проектное положение трубопровода. Выход из строя даже одной опоры изменяет нагруженность трубопровода, приводит к возникновению провисов, значительно повышая вероятность аварии.

Как следствие, перемещение, а тем более разрушение опор трубопровода, представляет реальную угрозу его безопасной эксплуатации.

Гарантией безопасной эксплуатации подобных объектов является установка интеллектуальной системы мониторинга на трубопровод, которая позволяет обнаруживать дефекты, контролировать и оценивать техническое состояние, а также прогнозировать ресурс объекта в реальном времени без вывода его из эксплуатации. 

Рассмотрим структурную схему такой системы. Она содержит в себе следующие основные функциональные элементы:
- диагностические и параметрические датчики, предназначенные для сбора первичной информации об объекте;
- модули управления, измерения и коммутации (МУИК), объединенные в измерительные линии – используются для сбора данных с датчиков и обмениваются данными с центральной вычислительной станцией (ЦВС) по цифровому каналу;
- ЦВС – производит первичную обработку и временное хранение информации, а также коммуникацию с удаленным терминалом управления;
- Электропитание ЦВС осуществляется за счет аккумуляторной батареи;
- Информация с ЦВС на удаленный терминал передается с помощью GSM-сигнала. Связь осуществляется в режиме периодических сеансов или в режиме срочного вызова при внезапно возникшей аварийной ситуации;
- Удаленный терминал – обеспечивает долгосрочное хранение информации и вторичную обработку данных. 

Для определения влияния дефектов конструкции трубопровода на его напряженно-деформированное состояние рассмотрим вышеописанный типовой участок.

Их можно разделить на два основных случая:
- случай 1 – продольное перемещение опор;
- случай 2 – поперечное перемещение опор.

Рассмотрим случай 1 на примере продольного перемещения неподвижной опоры.

Для оценки данного дефекта были проведены расчеты методом конечных элементов. К модели типового участка были приложены проектные нагрузки и непроектное воздействие – перемещение опоры в продольном направлении в диапазоне плюс-минус полметра от ее начального положения.

При данном непроектном воздействии максимальные и минимальные продольные напряжения находятся в зоне компенсатора.

На слайде представлена карта распределения продольных напряжений при начальном положении опоры, т.е. при отсутствии непроектных воздействий. 

При перемещении неподвижной опоры в отрицательном направлении, в зоне компенсатора образуются сжимающие напряжения, превышающие допускаемые. 

А при перемещении неподвижной опоры в положительном направлении в зоне компенсатора в свою очередь образуются растягивающие напряжения, которые также превышают допускаемые значения. 

Для контроля максимальных и минимальных напряжений в зоне компенсатора, образующихся при продольном перемещении неподвижной опоры, устанавливается тензодатчик.

На основании проведенных расчетов тензодатчик устанавливается вместо, имеющее наилучший отклик. 

Обобщим вышесказанное.

Перемещение неподвижной опоры влияет на напряжения в месте установки датчика, а также на напряжения в трубопроводе.

Т.к. цель установки датчика, следить за максимальными и минимальными напряжениями в трубопроводе, то найдем зависимость между показаниями датчика и образующимися напряжениями в компенсаторе. 

 Для этого построим графики зависимости максимальных и минимальных продольных напряжений, возникающих в трубопроводе при перемещения неподвижной опоры. 

Полученные напряжения превышают соответствующие допускаемые значения в отмеченных крестиками точках, которые соответствуют определенным перемещениям опоры – отмечено кружками. 

 Получим диапазон допускаемого перемещения опоры. При перемещении опоры внутри данного диапазона напряжения в трубопроводе не превышают допускаемых значений.

 Теперь построим график зависимости напряжений в месте установки датчика при перемещении неподвижной опоры. 

 Данный график пересекает границы диапазона допускаемого перемещения опоры в отмеченных крестиками точках, которые соответствуют определенным показаниям датчика – отмечено кружками.

 Получим диапазон допускаемых показаний датчика. Внутри данного диапазона, максимальные и минимальные напряжения в трубопроводе не превышают допускаемых. 

Итогом вышеописанной работы являются индикаторные интервалы для датчика системы мониторинга. Интервалы характеризуются следующим образом:
зеленый – напряжения в трубопроводе меньше допускаемых значений, а значит состояние допустимо.
желтый – напряжения в трубопроводе приближаются к допускаемым значениям, а значит состояние требует принятия мер.
красный – напряжения превысили допускаемые значения, и, как следствие, состояние недопустимо. 

Таким образом создана методика, по которой могут быть рассмотрены и остальные случаи непроектных воздействий:
- продольное перемещение подвижных опор,
- поперечное перемещение подвижных и неподвижных опор,

По этой методике:
- определяется влияние непроектных воздействий,
- места установки датчиков,
- их индикаторные интервалы. 

В заключение сделаем выводы, представленные на слайде.
1. Определение мест установки датчиков системы мониторинга требует проведения предварительного расчета.
2. Оценка фактического технического состояния требует введения индикаторных интервалов датчиков системы мониторинга.
3. Интеллектуальная система мониторинга предупреждает возникновение опасных состояний объекта.