Диссертация (Беспроводная сенсорная телекоммуникационная система контроля утечек метана из магистралей газотранспортной сети), страница 5

Из выше приведенного списка самыми опаснымиявляются: непровар шва, несплавления, подрезы и т.п. Нарушения технологиисварки, приводят к разрушению сварки газопроводов. Дефекты, даже ненарушаягерметичностисварныхсоединений,значительноуменьшаютпрочность стыков.Изгиб газопроводов, уложенных в грунт, приводит в результатенеравномерной осадки, к появлению различных дефектов, связанными состроительством МГ.Таблица 1.4 - Классы дефектов сваркиНаименованиеОписаниеСмещениеНесовпадение уровней стыковых сварных соединений.кромокКосой стыкСоединение с углом расположения осей труб друг к другу в 3 градуса иболее классифицируется как дефект «косой стык» поперечного сварногошваУтяжинаКанавка со стороны корня сварного шва, образовавшаяся в результатеусадкиНепроварНепровар основного металла в корневой части шва из-за большойкорня шваскорости сварки и др.Непроварпо Неровар по линии сплавления металла сварного шва и основного металларазделкетрубыТрещина вдоль Несплошность, вызванная местным разрывом шва.

Трещина можетоси шварасполагаться, в металле сварного шва, на границе сплавления, в зонетермического влияния28ПодрезУзкое продольное углубление по линии сплавления с основным металлом,образовавшееся при сваркекорня Избыток металла на обратной стороне шва сверх установленного значенияПровисшваЗашлифовкаМеханическое полное и или частичное удаление валиков усиленияпродольных сварных швов на концах трубы. Место ремонта шва илиолколошовной зоны с последующей шлифовкойОтклонение формы наружных поверхностей сварного шва или геометриисоединения от установленного значения (усадочная канавка, усадочнаяраковина, избыток направленного металла и др.)Непровар по разделке (подрез, непровар, трещина вдоль оси шва)Нарушениеформысварного шваТрещинаПотеря металла - уменьшение толщины стенки трубы из-за коррозии,приводиткплавномуутонениюстенки,образовавшеесявпроцессеизготовления или проката. Вид дефектов геометрии стенки трубы приведены нарисунке 1.6.Дефекты геометрии трубыОтклонение внутреннегодиаметраОвальностьАномальный радиусизгибаВмятины или гофрыРисунок 1.6 - Вид дефектов геометрии трубыХарактеристика геометрических дефектов трубы приведена в таблице 1.5.Таблица 1.5 - Дефекты геометрии стенки трубыНаименованиеОписаниеВмятинаМестное уменьшение проходного сечения трубы на длине меньшей, чем1,5 номинального диаметра трубы DнГофрУменьшение внутреннего сечения трубыСужениеОтклонение от окружности (Dн-d) / Dн, 2% и более, где Dн - номинальныйнаружный диаметр трубы, d - минимальный измеренный наружныйдиаметр трубыСтандартом организации ОАО «Газпром» определены основные методы исредствамониторингаидиагностированиялинейныхучастковМГ,29приведенные в рисунке 1.7 [18,24,26,32], однако современное развитие науки итехники предлагают существенно доработать этот стандарт предприятия.Конечно, можно было бы решить эту задачу кардинально, т.е.

внестиизменения в стандарт, но как показывает практика, новые решения должны нетолько поэтапно вводиться в систему мониторинга, но и широким внедрениемподтвердить свою эффективность. Как, например, с появлением средстввнутритрубной диагностики, многие прогнозировали, что все остальныеспособы и средства диагностирования очень быстро сойдут с «трубы», это непроизошло по двум причинам: первая - очень высокие затраты на выполнениевнутритрубной диагностики; вторая – информация, получаемая с помощью этихсредств, не обеспечивает полную диагностику МГ.

Поэтому успешнопродолжаются развиваться и другие направления мониторинга. Большуюперспективу, в настоящее время, имеют наземные средства мониторингалинейных участков МГ.30Рисунок 1.7 - Основные методы и средства мониторинга ЛУ МГВ основном это связано с появлением беспроводных сенсорных сетей(БСС),т.е.трубопроводе,установкойтакиразличныхвблизиеё,датчиковакакинформациянепосредственноснихнапередается31(ретранслируется) по различным беспроводным каналам связи (в радио илиоптическом диапазоне) на большие расстояния.БСС легко решается задача тотального контроля всех линейных участковМГ.

Результаты мониторинга будут концентрироваться на операторскихпунктах, размещаемыми на компрессорных станциях. В перспективе данныеБСС будут оснащаться, кроме датчиков, и видеокамерами, которые, наконец-то,решат и проблему тотальной видео охраны всех линейных участков МГ, а вконечном итоге, и всех объектов и сооружений магистральных газопроводов идаже газопроводов, размещаемых в населенных пунктах, т.е. в системе ЖКХ. Всвое время, специалисты нефтегазовой отрасли ставили такую задачу, но всвязи с огромной стоимостью, на тот момент, вынуждены были от идеи видеоохраны МГ отказаться.Актуальным также, на данном этапе, является развитие комплексныхсистем мониторинга МГ, а именно - лазерных, наземных и мобильных(средствами малой авиации) измерений.

Это должно способствовать развитию ивнедрению наземных средств мониторинга и постепенным сокращением, помере их развития, дистанционных, в т.ч. и спутниковых систем мониторинга.Таким образом, информация, представленная на рисунке 1.7, будетрасширена применением БСС, а в способах и методах будут сокращеныдистанционныесистемымониторингаМГ,ккоторымотносятсяаэрокосмические и лазерные способы, тепловые и радиолокационные методыобследования МГ из-за их высокой стоимости и ограниченной эффективности.Как ясно из вышесказанного, комплексная методика будет базироватьсяна дистанционных (в основном размещаемых на средствах малой и беспилотнойавиации) и непосредственных – наземных методах обследования МГ и ихрациональном использовании. На начальном этапе необходимо будет разбитьобследуемую трассу МГ на участки, на которых оба метода принесутмаксимальный эффект.

Очевидно, что наземный метод, с помощью БСС, в32первую очередь должен использоваться в местах, где малоэффективноиспользование дистанционных методов, это: переходы через различныепрепятствия (дороги, водные участки, сложные рельефы местности, и т.п.) ирасположение МГ вблизи населенных пунктов. Кроме этого, применение БСС вкачестве реперных точек, особенно при использовании тепловизионнотелевизионных устройств значительно повысит точность обследования.1.3.

Применение беспроводных сенсорных сетей в газотранспортнойотраслиРанее отмечалось, что магистральные газопроводы эксплуатируются втяжелых условиях. По данным изложенным в пункте 1 первой главы,основными причинами аварий на МГ являются:•влияние внешних воздействий - 33%;•строительный брак - 24%;•заводской брак - 17%;•различная коррозия - 20%;•нарушение режима эксплуатации - 6% [18,24,40,44,48].На сегодняшний день наиболее эффективными являются дистанционныеметоды обнаружения утечек газа (с борта вертолета), с использованиемлазерных и тепловизионных устройств, однако их низкая эффективность, восновном из-за периодического характера контроля, требует разработки новыхметодов и устройств. А наиболее перспективным направлением внедрениятехнических средств в процесс мониторинга МГ, является разработкаспециализированных телекоммуникационных технических средств, в данномслучае автономных устройств, использующих радиоканал для передачиинформации.

При решении данной проблемы важным является выборструктуры таких средств. В основу данной структуры должны быть заложеныпринципы типового, и даже желательного, стандартного комплекса технических33средств на базе беспроводных сенсорных сетей (БСС) [5,12,36,65,90,114],сориентированногополностьюнаспецификуиспользованияихвгазотранспортной отрасли.

Только такой подход, в конечном итоге, дастжелаемые результаты автоматизации процесса контроля утечек из МГ.Такимобразом,основнымипринципалами,используемымиприпроектировании структуры сенсорной телекоммуникационной системы (СТС)контроля утечек газа из МГ являются следующие: системный подход кпроектированиюструктурымногофункциональность(гибкость);телекоммуникационноймодульностьисистемы;стандартизация;универсальность по отношению к вычислительным средствам; территориальнаяраспределенность.Поясним назначение и сущность предложенных принципов типовойструктуры СТС. Основополагающим принципом является системный подход кструктуре, как поясняется в [90,100] системный подход, в настоящее время,является более общим подходом и предполагает, что разработка начинается,преждевсего, с определения цели, которую должна решать даннаятелекоммуникационная система.

В отличие от классического подхода, т.е.объединение отдельных подсистем как компонентов в единую систему,системный подход исходит из тех целей и задач, которые должна решить даннаясистема, как составная часть более сложной системы. Системный подходпозволит создавать технические средства, удовлетворяющие не толькопоставленным задачам, но различным критериям эффективности, техникоэкономическим требованиям, эксплуатационным требованиям, т.е. как пофункциональному признаку, так и с точки зрения возможности их реализации иэксплуатации. Очевидно, основными целями создания технических средствСТС являются: обнаружение утечки метана из ЛУ МГ и передача информации вЭВМ, для дальнейшей ее обработки и предоставления оператору.

Поэтомуважной задачей реализации поставленной цели становится выбор критериев34эффективности, которые занимают существенную часть при системном подходек проектированию [90], по которым можно оценить качество системы иполучить,вконечномитоге,интегральныйкритерийэффективностиразрабатываемой структуры технических средств.

Любая проектируемаясистема представляет собой определенную модель поведения, включающую рядподсистем, в связи с этим, системный подход позволяет наиболее полно учестьвзаимодействия этих подсистем между собой и внешней средой.Принцип многофункциональности, заложенныйв структуру СТС,позволит реализовать в процессе функционирования телекоммуникационнойсистемы выполнение нескольких технических задач одним устройством, азначит, и повысить эффективность мониторинга ТС МГ. Среди этих задач:простые – обнаружение утечки метана и контроль работоспособностиоборудования, увеличение срока службы системы электропитания и увеличениеинтервала обслуживания, использование зарядного устройства на базеветрогенераторов также, в качестве датчика параметров ветра (скорости инаправления); сложные – передача и контроль информации в сети, адаптивноеуправлениесистемойпитаниязасчетизмененияалгоритмаобменаинформацией, учет внешних факторов (метеопараметры, время суток и сезон),адаптивное управление режимом работы с учетом сезона, времени суток ипогодных условий.Степень многофункциональности технических средств находится впрямой зависимости, как от характера сгруппированных задач, так и от ихсвойств.