Диссертация (Проектирование устройств автономного электропитания сенсорной телекоммуникационной системы мониторинга состояния газотранспортных сетей), страница 2

Е.В.Арменского (Москва), 2016 г.Основные результаты диссертации опубликованы в ведущих рецензируемыхнаучно- технических журналах, входящих в Перечень ВАК Минобрнауки России(4 работы), в материалах международных и отраслевых конференций (11 работ), атакже изданиях, индексируемых в международных базах научного цитированияScopus (3 работы).-11ГЛАВА 1. ИССЛЕДОВАНИЕ СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ И ПОСТАНОВКАЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯВ главе проводится анализ текущего состояния проблемы обеспечениянадежного и эффективного мониторинга состояния газотранспортных сетей.Рассматриваются основные виды дефектов, возникающих при длительнойэксплуатации газопроводов, а также возможные методы неразрушающегоконтроля их состояния. Отмечено, что наиболее перспективным подходом приорганизациинепрерывногомониторингаявляетсяприменениеБСТС,построенных на основе протоколов и стандартов самоорганизующихся сетей, атакже указаны важные недостатки их текущей аппаратной реализации в частиэнергоэффективности и надежности электроснабжения входящих в них устройств,с учетом специфики условий эксплуатации ГТС.

Рассмотрены основные вариантыальтернативных источников энергии, применимые для использования в составекомплексногоавтономногоустройстваэлектропитаниясенсорнойтелекоммуникационной системы мониторинга технического состояния ГТС.Сформулированы задачи, решаемые в работе.1.1 ПРОБЛЕМЫ, ВОЗНИКАЮЩИЕ ПРИ ДЛИТЕЛЬНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИГАЗОПРОВОДОВТрубопроводная система, как и любое другое сложное инженерноесооружение, изначально предназначена для выполнения своих основных функций-12в течение всего заданного срока. А значит, необходимо иметь такую систему, всеузлы и элементы которой будут способны качественно и безотказно отработатьвесь заданный срок, после чего их можно будет планово заменить. Однако,обычно на практике отходят от необходимости создания такой «идеальной»системы, что потребовало бы достаточно больших финансовых и временныхзатрат и ставят более реальную задачу – создать систему, удовлетворяющуюсвоемунепосредственномуфункциональномуназначению,простуювэксплуатации, дешевую и конкурентоспособную.

А знание основных механизмовразрушения конструкций и способов обнаружения повреждений, позволяет вдостаточно сжатые сроки оперативно устранить повреждение или заменитьнеисправную деталь.В настоящее время большой объем поступлений в федеральной бюджетРоссии приходятся на нефтегазовую отрасль, а большую часть составляет доляприродного газа [10, 23, 35]. Поэтому максимально эффективное и надежноеобеспечение газоснабжения потребителей РФ, а также выполнение экспортныхконтрактов на поставку газа в другие страны – приоритетная задача всех безисключения компаний-участников данной отрасли.Газ перекачивается по одно-, двух- и трехниточным магистральнымгазопроводам, посредством компрессорных станций (КС), входящих в составкрупнейшей Единой системы газоснабжения (ЕСГ) Российской Федерации,который представляет собой технологический комплекс, включающий в себясистемы транспортировки газа, места добычи и предприятия переработки.

Нарисунке 1.1. представлены основные объекты, входящие в состав магистральногогазопровода. ЛУ, являющиеся основной составляющей МГ, представляют собойнепрерывную сетьтрую или секция, сваренных друг с другом и уложенных втраншею. Средняя длина ЛУ может варьироваться от нескольких сотен донескольких тысяч километров, а диаметр трубы – от 150 до 1420 мм.Зачастую, несмотря на наличие электрохимической защиты (ЭХЗ), впроцессе эксплуатации газопровода возникают разного рода дефекты, которые-13будут рассмотрены далее, поэтому остро стоит проблема обеспечения ихбезопасного и надежного функционирования. А неправильно подобранныезащитные и изоляционные средства приводят к повреждениям покрытия набольших площадях.Магистральный газопроводГоловныесооружения (ГС)Линейныесооружения (ЛС)Станцииохлаждения газа (СОГ)Компрессорныестанции (КС)Пункты измерениярасхода газа (ПИРГ)Газораспределительныестанции (ГРС)Подзмныехранилища газа (ПХГ)Рисунок 1.1 - Основные объекты МГРазрушение газопровода высокого давления приводит к сокращению добычигаза, что приводит к большому ущербу, ухудшению экологической обстановкирегиона (экосферы) и большим финансовым затратам для ликвидации аварий.Поэтому вопросам безопасности трубопроводов уделяется большое внимание каку нас в стране, так и за рубежом.

Возникает необходимость проведения научноисследовательских работ, направленных на изучение процесса износа и старениясуществующих систем газопроводов, особенностей работы старых и новыхтрубных сталей, покрытий в экстремальных условиях и т. д.Анализ причин аварий на нефтегазопроводах, зафиксированных в актахтехническогокоррозионногорасследования,фактора.свидетельствуетОсобуюопасностьопревалирующемпредставляетвлиянииразрушениеконструкций по причине коррозионного растрескивания под напряжением (КРН),при этом на газопроводах диаметром 1220, 1420 мм за последние три года —более половины общего числа отказов.

Выход из строя такой конструкции вовремя ее эксплуатации может приводить к большому материальному ущербу,загрязнению окружающей среды, человеческим жертвам, так как зона распространения разрушения может простираться на расстояния от нескольких сот-14метров до нескольких километров. Поэтому решение вопроса обеспечениятехническойиэкологическойбезопасностинефтегазопроводовявляетсяактуальной задачей.Среди основных дефектов, возникающих при эксплуатации трубопроводов,можно выделить следующие:1.Дефекты структуры материалов, связанные в первую очередь сналичием неметаллических включений, низким качеством изготовления трубы,расслоением и т.п.Таблица 1.1 – Дефекты металлургического производстваНаименованиеРасслоенияОписаниеДефекты, уменьшающие площадь сечения, которые являютсяочагами трещин.Расслоениесвыходомнаповерхность(закат,пленапрокатная) – данный класс дефектов включает в себя плены,некоторые виды закатов и др.ДефектыТрещины,образованныеврезультатемеханическойпрокатанного и обработки (прокатке, ковке), представляют собой: рванины,кованогозакаты, волосовины, расслоения, трещины, плены.металлаВолосовины–мелкиевнутренние или поверхностныетрещины.Флокены – волосяные (очень тонкие) внутренние трещины.Дефект поверхности - дефект проката на поверхности трубы(раскатанное загрязнение, рябизна, чешуйчатость, перегревповерхности, вкатанная окалина, раковины от окалины,раковины вдавливания), не выводящий толщину стенки трубыза предельные размеры по ГОСТ 19903-74.2.Дефекты геометрии (рисунок 1.2), вызванные вмятинами на оболочкегазопровода,отклонениямиотзаданногосечения(искривлениеосис-15образованием овальностей), а также просадкой труб в местах с неустойчивымоснованием.Дефекты геометрии трубыОтклонение внутреннегодиаметраАномальный радиусизгибаОвальностьВмятины или гофрыРисунок 1.2 - Вид дефектов геометрии трубы3.Дефекты сварных соединений (рисунок 1.3) – трещины, прожоги,неравномерный сварной шов, недопустимое смещение кромок сварных труб.4.Поверхностныедефекты-коррозионныйизнос,включаякоррозионные каверны; трещины, стресс-коррозионные трещины, эрозионныйизнос, царапины из-за небрежного обращения с трубами при строительстве иперевозках и др.

При разрушении изоляционного покрытия возникают условиядля появления стресс-коррозионного процесса, рост такого дефекта докритического значения в среднем составляет 8-10 лет.Дефекты сварного шваДефекты кольцевых сварных швовДефекты заводских сварных швовСмещение кромокЗащлифовкаУтяжинаНарушение формысварного шваТрещинаТрещинаПодрезПровис корня шваРисунок 1.3 - Классификация дефектов сварки-16Врезультате,любойизперечисленныхвышедефектовведетквозникновению многочисленных аварийных ситуаций и, как следствие, копасности ухудшения экологической обстановки (экосферы) и к большимфинансовым убыткам.Если тема изучения методов улучшения качества производства и монтажатруб и трубных соединений не является задачей данного диссертационногоисследования, то вопрос обнаружения и локализации [23, 27, 28] произошедшейаварии будет подниматься в данной работе и дальше.

А понимание места утечкигаза, в свою очередь, позволит максимально оперативно выполнить все требуемыедействия для устранения проблемы, а значит, и для снижения как вредноговоздействия на экологию обстановку региона, так и финансовых потерь в целом.1.2 СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ОБНАРУЖЕНИЯ УТЕЧКИ ГАЗА ИЗМАГИСТРАЛЬНЫХ ГАЗОПРОВОДОВВ настоящее время одной из основных проблем, имеющих место придлительной эксплуатации газопроводов, является отравляющее воздействиевыбросов (утечек) углеводородов в окружающую среду, происходящих припроизводственных процессах, добыче и транспортировке газа. А своевременноеобнаружение факта утечки может привести к значительному снижению рискавозникновения аварийной ситуации и повысить вероятность бесперебойнойработы всех производственных объектов МГ.-17Помимо обнаружения утечек газа из МГ, проблемы мониторинга включают всебя и такие не менее важные разделы, как:- обнаружение утечек на запорном и другом оборудовании;- диагностику технического состояния наиболее сложных в эксплуатацииобъектов, а именно: подводных переходов, переходов через автомобильные ижелезные дороги и др.;- обнаружение обводнения и заболачивания МГ;- обнаружение несанкционированных врезок и работ на объектах МГ.На рисунке 1.4 приведены основные методы и средства мониторинга идиагностирования линейных участков МГ, определяемые стандартом организацииПАО «Газпром».

Однако современное развитие науки и техники предлагаетзначительно расширить и доработать данный стандарт.Современные методы диагностирования и неразрушающего контроля МГделятся на девять основных типов: акустический, магнитный, вихретоковый,оптический, проникающими веществами, радиационный, вибродиагностический,тепловой и электрический, но только первые пять из них являются наиболеешироко используемыми.1.Акустические методы используют для обнаружения поверхностных ивнутренних дефектов посредством регистрации упругих колебаний в металле.2.Магнитные методы, в свою очередь, делятся на: магнитопорошковый(МПМ), феррозондовый, магнитографический.

Достаточно часто используетсяМПМ, основанный на регистрации магнитных полей рассеяния над дефектами сиспользованием в качестве индикатора ферромагнитного порошка. Данный методполучил наиболее широкое распространение во внутритрубных дефектоскопах.Его чувствительность напрямую зависит от характера материала, его формы,размеров и шероховатости.3.Для обнаружения как поверхностных, так и подповерхностныхдефектов в магнитных изделиях, используется вихревотоковый метод.