Диссертация (1173016), страница 7

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 7)

Волоконно-оптическая система на основе измерения распределениятемпературы.Для определения местоположения утечек нефти в трубопроводах оченьудобно и эффективно использовать информацию о распределении температурывдоль оптического волокна, расположенного на контролируемом объекте [33]. Привозникновении утечки в нефтепроводе температура почвы вокруг него изменяется.40Таким образом, отслеживая температуру среды вблизи трубопровода можноэффективно определять места появления утечек в нем [19,21,45,137,138,148].На рисунке 1.1 представлена динамика изменения температуры в местенахождения утечки.

Таким образом, а) показывает, что в отсутствии утечкитемпературный профиль отнюдь не однороден, кроме того, он может медленноизменяться с течением времени, в) при образовании течи сначала наблюдаетсялокальное повышение температуры, с) затем зона повышенной температурыначинает расширяться.Такой происходящий в две стадии процесс изменения температурногопрофиля идентифицируется системой обработки сигнала как наличие утечки.Рисунок 1.1 – График динамики изменения температуры в месте утечкиОпределение места, в котором измеряется температура, происходит наосноветехнологии,(рефлектометрия).Всхожейсоптоволокноприменяемойзапускаютсяврадарныхлазерныеустановкахимпульсы,ихарактеристики рассеянного излучения записываются как функции времени.

Приизвестном значении скорости света можно вычислить температуру волокна взависимости от расстояния. Таким образом строится температурный профиль.41Пространственное разрешение таких измерений определяется длительностьюимпульса (например, импульсы длительностью 10 наносекунд задают точностьизмерения расстояния, равную 1 метр). Благодаря высокому значению скоростисвета, в течение 1 секунды можно измерить распределение температуры в кабеледлиной несколько километров.Волоконно-оптическаяII.системанаосновекогерентногорефлектометра.Одним из наиболее перспективных типов систем мониторинга протяженныхобъектов является волоконно-оптическая система на основе когерентногорефлектометра (оптическое волокно используется как распределенный датчиквибрации).Вкогерентномрефлектометреотраженныесигналыскладываютсякогерентно: амплитуды сигналов, отраженных от разных неоднородностей идефектов волокна, суммируются с учетом фазовых задержек.

Малейшие смещениянеоднородностей волокна друг относительно друга (порядка 100 нанометра)вызывают изменения в когерентной рефлектограмме для данного участка волокна.При этом для прочих участков волокна вид рефлектограммы не меняется. Такиемикроскопические смещения могут возникать при микровибрации волокна,вызваннойвнешниммеханическимилиакустическимвоздействием [17,19,45,54,137,138].Сравнивая несколько последовательных рефлектограмм друг с другом,можно обнаружить участок, где на кабель осуществляется внешнее воздействие(рисунок1.2).Анализируячастоту,интенсивность,продолжительностьвоздействия и характер его изменения во времени, можно сделать определенныевыводы о причине воздействия (работа двигателя, ручная копка, проезжающийавтомобиль и т.п.).42Рисунок 1.2 – Несколько рефлектограмм на осциллографе (сверху), графикразности рефлектограмм (снизу)III.

Волоконно-оптическая система непрерывного мониторинга дляраннего обнаружения деформации трубопровода и подвижек грунтаЭтот метод основан на регистрации изменения деформации трубопровода(∆ε) с помощью волоконно-оптических сенсоров, установленных вдоль нее.Мониторинг подвижек грунта фиксирует негативные процессы на начальном этапеи позволяет своевременно предпринять меры по укреплению грунта и разгрузкидеформации с трубопровода [21,78,137,138].43При измерении ∆ε на участке трубопровода изменяются и параметрырасположенного рядом оптического волокна, в которое постоянно подаютсязондирующие импульсы от измерительного прибора. Когда зондирующий импульсдостигает проблемного участка, часть оптического сигнала отражается обратно.Измерения основаны на анализе этого обратного рассеянного излучения отзапущенного в оптоволокно лазерного импульса.Результаты параграфа 1.3.Проведен комплексный анализ волоконно-оптических методов обнаруженияУНВ.

Рассмотренные методы являются весьма эффективными, но в тоже времяочень дорогими при строительстве и ремонте, т.к. в случае повреждения кабелянеобходима его полная замена либо использование специальных муфт.1.4 Классификации методов обнаружения утечек и несанкционированныхврезокНормальным режимом перекачки считается стационарный режим перекачкипродукта по трубопроводу.

Практически 95 [%] перекачки всей нефти по МНпроизводится в стационарных режимах. Именно поэтому возникает необходимостьсузить область исследований до разработки методики обнаружения УНВ пристационарном режиме перекачки. Для определения дальнейшего направленияисследований рассмотрим существующие классификации методов УНВ.На текущий момент существует целое множество различных классификацийметодов обнаружения утечек [13,20,42,73,109,133].1.Классификация в зависимости от режима работы нефтепровода:•методы, применяемые, когда перекачка продукта остановлена, аотдельные секции трубопровода его находятся под гидравлическим давлением;•методы, применяемые при перекачке по нефтепроводу.2.Классификация в зависимости от периодичности контроля:44•методы периодического контроля УНВ, которые осуществляются черезнекоторые промежутки времени. К данной группе относятся патрульные, газовые,радиоактивные, а также другие методы, которые могут применяться дляобнаружения мест малых и незначительных утечек.•методы непрерывного мониторинга состояния нефтепровода на фактприсутствия УНВ, которые действуют постоянно.3.Классификация в зависимости от их конструктивного исполнения:•стационарные (т.е.

встроенные) системы (метод сравнения расходов,отслеживание давления в трубопроводе);•методы, использующие элементы, транспортируемые по трубопроводус перекачиваемым продуктом (радиоактивный жидкий изотоп);•патрульные, это, как правило, обходчики, оснащенные устройствамиобнаружения утечек, также может применяться автотранспорт и авиация.4.Классификация по физическому принципу действия метода:•снижение давления перекачиваемого продукта при появлении утечки(метод понижения давления с фиксированной или скользящей установкой);•скоростьраспространенияволныпонижениядавления(методотрицательных ударных волн);•количество перекачиваемого продукта (линейный баланс);•расход перекачиваемого продукта (метод сравнения расходов);•изменение расхода (метод сравнения изменения скорости расходов;•введенный жидкий изотоп (радиоактивный метод);•акустические шумы утечки (ультразвуковой метод, акустический(наземный), метод акустической эмиссии);•изменение состояния поверхности трассы трубопровода (визуальныйметод наблюдения за трассой);•давление абсолютное (метод контроля герметичности гидравлическимиспытанием – опрессовкой);•газ (метод трассирующих газов, лазерный газоаналитический метод);45•скорость понижения давления (метод статического давления);•скорость перепада давления (метод дифференциального давления);•изменение перепада давления (метод перепада давления зондовый).5.Классификация по характеру взаимодействия с перекачиваемой средой:•активные,например,излучениевперекачиваемуюсредуультразвуковых колебаний определенной частоты и прием в месте повреждения;•пассивные (измерение шумов утечки);•прямой способ (зонды, кабели и т.д.);•косвенный способ (давление, скорость потока, расход и скоростьраспространения волн).В настоящее время эффективную практическую реализацию представляютдва направления, обеспечивающие точный и оперативный контроль:•математическое моделирование, представляющее собой комплексметодов и экспертной модели для определения утечек, реализованный посредствомпрограммных и аппаратных средств;•акустические методы определения утечек.Актуальность исследований в данной сфере следует из необходимостиподдержания параметров режима работы МН в проектных диапазонах [90,104,114],тем самым обеспечивается бесперебойности работы МН.

Но часто это не так,поэтому приходится выявлять причины изменения параметров режима работы МН,которые могут быть различными не только по диапазонам своих численныхзначений, но и по своей природе, такие как температура [94], конструкционныепараметры системы или др.В связи с выше сказанным, предлагаю подразделять все существующиеметоды обнаружения утечек на три категории в зависимости от их влияния настепеньбесперебойнойработымагистральногонефтепровода(подобнаяклассификация представлена, однако там присутствуют только 2 граничныхкритерия, а при транспорте даже понижение режима существенно скажется на46экономических потерях) [133], а именно на:1.методы, не требующие ни остановки перекачки по магистральномунефтепроводу ни пониженного режима перекачки для проведения исследований сцелью обнаружения утечек и криминальных врезок;2.методы, требующие снижения объемов перекачки и перехода напониженных режим, но без полной остановки магистрального нефтепровода дляпроведения исследований с целью обнаружения утечек и криминальных врезок;3.методы, требующие полной остановки магистрального нефтепроводадля проведения исследований с целью обнаружения утечек и криминальныхврезок.Все существующие методы можно распределить по данным трем категориям[133], как представлено ниже.К первой категории относятся: метод сравнения расходов; метод зональной локации; метод линейного баланса; метод акустической эмиссии; корреляционный метод; метод сравнения изменения скорости расходов; метод отрицательных ударных волн; метод гидравлической локации утечек; модифицированный метод гидравлической локации утечек; модифицированный метод материального баланса; тепловой метод; визуальный метод; лазерный газоаналитический метод; акустический метод; метод трассирующих газов;47 метод геолокации; метод магнитной локации; волоконно-оптические методы:а) на основе измерения распределения температуры;б) на основе когерентного рефлектометра;в) раннего обнаружения деформации трубопровода и подвижек грунта.Ко второй категории относятся: метод ударных волн Жуковского; радиолокационный метод; ультразвуковой метод; метод перепада давления; магнитный метод контроля; метод вихревых токов; комбинированный электромагнитный метод; визуально-оптический метод.К третьей категории методов обнаружения утечек относятся: метод обработки кривой падения давления; метод анализа статического давления; метод дифференциального давления.Как видно из классификации необходимо разработать метод обнаружения илокализации УНВ постоянного мониторинга параметров трубопровода, который небудет требовать понижения объемов перекачки или вовсе ее остановки.Таким образом, объектом исследования является трубопровод постоянногодиаметра, а также с вставками, пролегающий между двумя насосными станциями,полностьюзаполненныйнефтьюилинефтепродуктомодноймаркиспроизвольным геометрическим профилем.Исследуемымвозникновениипроцессомутечкиилиявляетсятехнологическийнесанкционированнойврезкипроцесснанефте-прии48нефтепродуктопроводе.Была доказана необходимость совершенствования параметрических методовобнаружения УНВ при стационарном режиме перекачки как на нефтепроводахпостоянного внутреннего диаметра, так и непостоянного, путем разработки новыхпараметрических методик обнаружения и локализации УНВ, а также проведенияопытно-экспериментального подтверждения на телескопическом нефтепроводепри обнаружении и локализации малой УНВ.Поставлены следующие задачи:1.Анализнормативныхдокументовиисследованийвобластиобнаружения и локализации УНВ.2.Определение условий эксплуатации, неконтролируемых действующейсистемой обнаружения утечек (СОУ).3.Разработка методики обнаружения и локализации УНВ, расширяющейконтролируемую область эксплуатации.4.Опытно-экспериментальное подтверждение разработанной методикиобнаружения и локализации УНВ.5.Разработкарекомендацийкпрактическомуприменениюипрограммного комплекса.Результаты параграфа 1.4.Приведены и проанализированы различные классификации методовобнаружения УНВ, а также была разработана собственная классификация.Приведены и проанализированы различные классификации методовобнаружения УНВ, а также была разработана собственная классификация.Выводы1.Проведен анализ нормативных методов обнаружения УНВ.2.Проведен обзор и анализ существующих на текущий момент методовобнаружения УНВ, показаны достоинства и недостатки параметрических методов.493.Проведен обзор и анализ существующих классификаций методовобнаружения УНВ, в результате чего была разработана авторская классификацияметодов обнаружения УНВ по степени влияния на производительностьтрубопровода.4.Выполнено распределение существующих методов обнаружения УНВпо авторской классификации.5.Выбрано направление исследования – необходимо: исследоватьобщуюпостановкузадачиобнаруженияпараметрическими методами для определения с целью определения условийэксплуатации, требующих решения; разработать комплексную параметрическую методику для условийэксплуатации, не покрываемых существующими методами; провести опытно-экспериментальное подтверждение разработаннойметодики; разработать рекомендации к применению разработанной методики, атакже программный комплекс для реализации авторский методики.50ГЛАВА 2ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОБЛЕМАТИКИ ОТБОРА НЕФТИ ИНЕФТЕПРОДУКТОВ ИЗ ТРУБОПРОВОДОВВ данной главе представлены теоретические исследования общегоколичества постановок задачи отвода части нефти по несанкционированной врезкекак для нефтепровода постоянного диаметра, так и для нефтепровода с вставками.На примере проектных ответвлений показана неоднозначность измененийпараметров технологического режима при наличии УНВ и вставок различногодиаметра.

Характеристики

Список файлов диссертации