Диссертация (Беспроводная сенсорная телекоммуникационная система контроля утечек метана из магистралей газотранспортной сети), страница 2

на выполнение НИР по теме: «Разработка методов иаппаратурных средств лазерно-информационной технологии мониторингагазотранспортныхобъектов»,врамкахГосударственногозаданияПравительства ХМАО-Югры, утвержденное 01.07.2010г. № 116, на НИР СурГУ«Организация и проведение научных исследований, научно-технических иопытно-экспериментальных рабо на период 2012-15гг.» по теме «Мониторингпарниковых газов в Югре с помощью лазерно-информационных технологий», атакже в рамках хоздоговоров № 177-08-10/ВОУ/В22-252310 от 31.08.2010 годапо теме «Оказание услуг по проведению экспертизы эмиссии метана изкрановых узлов на соответствие требованиям СТО Газпром 031-2007».Основные результаты диссертационной работы внедрены в ООО«ЛИТТ» при Томском государственном университете, в научном центрелазерных технологий Сургутского государственного университета, в учебныйпроцесс ГБОУ ВПО «Сургутский государственный университет ХантыМансийского автономного округа – Югры» на кафедре «Автоматизированныесистемы обработки информации и управления».Внедрение результатов диссертационной работы подтверждено актамивнедрения, приведенными в приложении 1.За период с 2004 по 2014 годы работа в целом и ее отдельные результатыдокладывались и обсуждались на международных, в том числе в ивсероссийских научно-практических конференциях и симпозиумах.По теме диссертации опубликовано 29 работ, в том числе 2 учебныхпособия, 6 статей в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК дляпубликаций результатов диссертаций, 6 отчетов по НИР.

Получено 1свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ.9Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех главс выводами, заключения, списка использованной литературы, состоящего из 114наименований, и приложений, включающих в себя акты внедрения.Вовведенииобоснованаактуальностьтемы,описанакраткаяхарактеристика области исследования, изложены цель и задачи исследования,определены научная новизна и практическая значимость результатов работы,представлены научные результаты, выносимые на защиту, показана логическаясвязь глав диссертационной работы.Первая глава посвящена характеристике современного техническогосостояния линейных участков МГ России и анализу особенностей эксплуатацииЛУ МГ.

Отмечается, что крупнейшей газовой компанией России является ОАО«Газпром», которая располагает лицензией на разработку месторождений.Основная задача ОАО «Газпром» - максимально эффективно и сбалансированообеспечивать газоснабжение потребителей РФ.Газперекачиваетсяпо1,2,3-хниточнымМГ,посредствомкомпрессорных станций, которые объединены в крупнейшую Единую системугазоснабжения(ЕСГ)РоссийскойФедерации,представляющуюсобойкомплекс, включающий в себя месторождения газа, объекты переработки итранспортировки природного газа.Линейные участки являются основной составляющей МГ и представляетсобой непрерывную нить, сваренных друг с другом отдельных труб или секций,уложенных в траншею.

Длина ЛУ из районов добычи природного газа в районыего потребления может составлять от 100 до нескольких 1000 км, а диаметртрубы варьируется от 150 до 1420 мм. Протяженность всех ЛУ и отводов,входящих в ЕСГ РФ, сегодня составляет более 171,0 тыс.км, при этомгазопроводы диаметром 1020, 1220 и 1420 миллиметров составляют более 62%.Линейные участки МГ, являются стареющими, основные из них быливведены в эксплуатацию в 1960–1980-х гг., сегодня порядка 35% МГ отработали10более 33 лет.

Анализ данных показал, что за последние 10 лет в ОАО«Газпром», возраст МГ, на который приходится наибольшее количество аварий,составляет для труб диаметром: 1020 мм 16-20 лет; 1220 мм 20-24 лет; 1420 мм12-16 лет.Как показывает практика, аварии на МГ связана с большим еёвозрастом, но большая часть причин это коррозия и повреждения труб из-завыхода из строя изоляционных покрытий. Второе место занимают дефекты всварных стыках. В работе приведена обобщенная классификация дефектов иповреждений, которые могут возникнуть при эксплуатации газотранспортныхобъектов, причины их возникновения.

Проведён анализ существующих методовдиагностирования технического состояния магистралей, а также средствизмерений используемых для анализа утечек природного газа. Анализ показал,что эти методы являются малоэффективными, так как в отдельности позволяютполучить лишь разнородные параметры, не обеспечивая при этом всего объеманеобходимой информации о техническом состоянии газотранспортной системыи динамике их изменения.В связи с этим было предложено дополнительно использоватьвозможности современных телекоммуникационных систем, построенных наоснове распределенных беспроводных сенсорных сетей в аспекте создания наих основе системы контроля утечек газа и мониторинга технического состоянияструктурных элементов ЛУ МГ.Целесообразностьвнедрениябеспроводнойсвязивтелекоммуникационную систему обусловлена следующими преимуществами:высокой надежностью; многоуровневой системой безопасности; способностьюксамоорганизацииколичествомисамовосстановлениюподдерживаемыхузлов;вслучаевозможностьюсбоев;большиморганизациисетиразличной топологии; увеличение дальности связи без дополнительногоусиления радиосигнала; простотой установки, настройки и обслуживания11оборудования; длительным сроком автономной работы; низкой стоимостью;широкой областью использования; обеспечение взаимозаменяемости сетей иузлов; независимостью от производителя оборудования; контроль целостностиданных; низкое энергопотребление.Вовторойглавепредложенаконцепциясенсорнойтелекоммуникационной системы контроля утечек газа из объектов ГТС, всоответствии с требованиями цифрового открытого стандарта беспроводнойсвязи ZigBee, на основе беспроводных модулей.

Система строится так, чтобысбалансировано дополнять существующие и разрабатываемые сети связи,охватывая с различной плотностью протяженные участки МГ. Для повышенияэффективности мониторинга, за основу были взяты цифровые методы передачиинформации и интеграция служб по обслуживанию системы.В состав такой многоуровневой системы должны входить: устройствалокального диагностирования утечек газа/метана; автономные источникипитания,поддерживающиеданнуюсистемуврабочемсостоянии;телекоммуникационные устройства – обеспечивающие беспроводную связь наблизкие расстояния; сеть стационарных и мобильных пунктов приема,обработки и распределения полученной информации; программные средстваобеспечивающиеобработкуавтоматизированнуюсистемуинформацииуправления.иобъединенныеПреимуществовединуюпредлагаемыхрешений состоит в их системности, а также адаптации к местным условиямроссийскойтерритории.Системастроитсятак,чтобысбалансированодополнять существующие и разрабатываемые сети, охватывая с различнойплотностью значительную часть территории России, с местами прокладки МГ.Реализация инфологической модели предметной области проводиласьпосредствомCASE-средства,средывизуальногомоделированияипроектирования, предназначенного для управления данными газотранспортногопредприятия, посредством интуитивно понятного графического интерфейса,12обеспечиваяэффективныйпроцессорганизации,управленияиадминистрирования таких аспектов деятельности, как диагностирование имониторинг технического состояния ЛУ МГ.Описаны три основных уровня управления, локальный, аппаратный иклиентский, автоматической телекоммуникационной системы контроля утечекгаза.

Управление создано на базе информационно-телекоммуникационныхтехнологий, которые позволили осуществлять сбор, посредством беспроводнойсенсорной сети и отображение, обработку, анализ, прогнозирование ираспространение информации, посредством программно-аппаратных средств.На основе проведенного анализа разработана функциональная структурамодели сенсорной телекоммуникационной системы, позволившая используявозможности диаграммы IDEF0, графически отразить информационные связи,потоки данных между элементами системы и внешней средой, а также бизнеспроцессы, происходящие в системе.Чтовсвоюочередьпозволилоразработатьструктурутелекоммуникационной системы, предназначенной для непрерывного контроляи оценки ТС МГ, с учетом параметров окружающей среды, построенной наосновесовокупностипредставляющуюразличныхаппаратно-программныхсредстви,собой беспроводную сенсорную сеть, состоящую измножества распределенных в пространстве беспроводных модулей, точек сбораинформации, серверов, Web-сайта клиента.На основе анализа вычислительных систем массового обслуживания былапроведена аналитическая оценка сенсорной телекоммуникационной системыконтроля утечек газа, позволившая сделать вывод о предпочтительномиспользовании БСС при данной реализации, в основу которой должны бытьзаложеныфункцииуправленияпроцессомобменаипреобразованияинформации между различными устройствами.13В третьей главе сформулированы требования, представлен состав,технические характеристики и функциональные возможности основныхсегментов телекоммуникационной системы, разработан принцип размещениябеспроводных модулей вдоль магистрали на основе учета метрологических иэксплуатационных факторов, который в свою очередь положен в основутехнологии проектирования СТС КУГ.Приведена обобщенная структура беспроводного модуля, главногоэлементаСТСКУГ,выполняющегоследующиеосновныефункции,обнаружение утечки газа, фиксирование время обнаружения, зарядка устройств,передача собственной и ретрансляционной информации, и состоящего из:детектора утечки метана; приемо-передающего устройства; автономногоисточника питания.Приведен анализ выбора основных элементов ДУМ, а также схемаподключения.