ООО «ТСТ Инжиниринг» занимается разработкой и поставкой подсистем интеллектуального контроля трубопроводов (ТСТ-ПИКеТ), обеспечивающих многофакторный мониторинг трубопроводов на предмет деформаций, подвижек грунта, наличия утечек, растепления многолетних мерзлых грунтов, а также осуществления несанкционированного доступа. На сегодняшний день успешно апробированы пять различных видов подсистем.

Также специалисты ООО «ТСТ Инжиниринг» участвовали в разработке и внедрении системы контроля деформации трубопровода в зонах активных тектонических разломов на магистральном газопроводе.

В представленном вашему вниманию материале предлагается обзор решений для мониторинга трубопроводов, а также опыта внедрения систем на отечественных предприятиях.

18.02.2018 Инженерная практика №12/2017

Василенко Юрий Иванович Менеджер проектов ОOО «ТСТ Инжиниринг»

ПРЕИМУЩЕСТВА ВОЛОКОННООПТИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ

Основное преимущество волоконно-оптического мониторинга трубопроводов заключается в том, что каждый участок волоконно-оптического сенсора (ВОС) представляет собой распределенный датчик, что позволяет обеспечивать непрерывный контроль объекта мониторинга по всей длине.

Кроме того, оптические сенсоры пассивны и не требуют электропитания, а сигнал в оптическом волокне не подвержен наводкам и влиянию электромагнитных возмущений (грозовые разряды, близость к линии электропередачи, импульсы тока в силовой сети и т.д.). Также ВОС устойчивы к химическим и механическим воздействиям и отличаются повышенной коррозионной стойкостью, особенно к химическим растворителям, маслам и воде. Стандартные оптические сенсоры работают в диапазоне температур от -40 до +85°C, специальные: от -270 до +700°C.

ТСТ-ПИКЕТ: ПРИНЦИП РАБОТЫ

Подсистема интеллектуального контроля трубопроводов (ТСТ-ПИКеТ) базируется на оптических кабелях-сенсорах, которые реагируют на деформацию и температурные изменения.

Принцип действия системы следующий: изменение воздействия окружающей среды на оптоволокно приводит к изменению оптических характеристик опрашивающего светового сигнала. Такие изменения фиксирует устройство опроса, которое подключается к оптическому кабелю-сенсору. В свою очередь собранные данные обрабатывает и визуализирует специальное программное обеспечение.

На момент подготовки материала было разработано и реализовано три типа подсистем контроля (рис. 1): контроль деформации; контроль подвижек грунта; контроль обнаружения утечек. На стадии разработки находятся подсистемы: контроль растепления многолетних мерзлых грунтов и контроль несанкционированного доступа.

ТСТ-ПИКЕТ-ДТ

Внешние воздействия могут вызывать опасные изгибовые деформации магистральных трубопроводов (ДТ). Подсистема ТСТ-ПИКеТ-ДТ позволяет контролировать такие деформации как на стадии строительства (нарушение технологии), так и на стадии эксплуатации продуктопровода.

Подсистема предназначена для регистрации и определения величины относительных деформаций трубопровода, локализации участков с отклонениями от норм и формирования аварийных сообщений при выявлении случаев отклонения от норм.

Одно устройство позволяет контролировать до 100 км трубопровода. Точность измерения деформации – 50 мкм/м. Точность определения местоположения события может достигать 1 м и зависит от настроек системы и требований заказчика. Типичное время опроса одного участка мониторинга составляет 20 мин и также зависит от настроек системы под конкретные требования.

Система контроля деформации трубопровода устроена следующим образом: три сенсора деформации приклеиваются по всей длине контролируемого участка трубы. Поверх сенсоров монтируется полимерная лента для дополнительной защиты при обратной засыпке грунта. При деформации участка трубопровода величины растяжения/сжатия оптического волокна в составе волоконно-оптических сенсоров, смонтированных на поверхности трубопровода, фиксируются с помощью устройства опроса. Получаемые при этом данные позволяют как рассчитывать напряженно-деформированное состояние трубопровода, так и восстанавливать пространственное изменение положения трубы, а температурный сенсор повышает точность информации сенсоров деформации (рис. 2) и кроме того, может использоваться системой как сенсор обнаружения утечек и/или несанкционированного доступа.

ТСТ-ПИКЕТ-КГ

Трубопровод, проложенный в грунте, будучи более жесткой структурой по отношению к грунту, реагирует на первичные грунтовые процессы (оползни, карсты, термокарсты, суффозия, криповые подвижки и т.д.) с определенной временной задержкой. ТСТ-ПИКеТ-КГ позволяет контролировать подвижки вмещающего трубопровод грунта, обеспечивая раннее прогнозирование будущих изменений деформированного состояния трубопровода (рис. 3). Характеристики системы аналогичны характеристикам ТСТ-ПИКеТ-ДТ.

В зависимости от проекта (от типа предполагаемых грунтовых процессов) подбираются оптимальная конструкция сенсора и оптимальная конструкция якорей для закрепления сенсора в грунте.

Данное решение существенно экономичнее по стоимости, а также проще и быстрее в установке, что позволяет выбирать оптимальное решение под требования конкретного проекта.

В отличие от измерительной подсистемы ТСТ-ПИКеТДТ с приклейкой сенсоров деформации непосредственно на трубу, подсистема ПИКеТ-КГ является индикативным средством мониторинга.

ТСТ-ПИКЕТ-ИТ-ОУ

Утечки в трубопроводе могут быть вызваны следующими основными факторами: подвижки грунта, коррозия трубопровода, температурные деформации трубопровода, несанкционированный доступ, изменения климатических или технологических условий эксплуатации. Далеко не всегда удается контролировать все факторы на должном уровне. Подсистема ТСТ-ПИКеТ-ИТ-ОУ позволяет своевременно обнаруживать утечки и точно определять их местоположение.

Назначение подсистемы – регистрация температурных аномалий вдоль трубопровода, определение местоположения температурных аномалий и формирование аварийных сообщений при выявлении случаев возникновения температурных аномалий. Подсистема способна обнаруживать даже малые утечки (до 0,01% от объема транспортируемого продукта), хотя величина обнаружимой утечки оценивается, конечно, для каждого проекта отдельно. Подсистема характеризуется

определением местоположения события с пространственным разрешением 1-3 метра и типичным временем срабатывания около 30 минут, в зависимости от скорости утечки, типа продукта, расположения утечки на трубе и расположения сенсора относительно трубы. Разработаны решения для контроля утечек как газа, так и нефти, которые базируются на одной технологии: вдоль трубопровода прокладывается температурный сенсор, который реагирует на изменение температуры (для газа – понижение, для нефти – повышение) почвы, окружающей объект (рис. 4, 5).

КОНТРОЛЬ ДЕФОРМАЦИИ ТРУБОПРОВОДА В ЗОНАХ АТР

Аналогичные системы предыдущего поколения уже апробированы и используются на магистральном газопроводе «Сахалин – Хабаровск – Владивосток». Трасса трубопровода общей протяженностью более 1800 км проложена в районах со сложными сейсмотектоническими и геологическими условиями: пересечение зон высокой сейсмической активности протяженностью 94 км, 32 зоны активных тектонических разломов, а также высокая степень эрозии почвы, оврагообразование, суффозия.

На объекте применена система мониторинга деформации, с помощью которой выполняется непрерывный мониторинг деформации и 3D-позиционирование трубопроводов за счет оптических сенсоров деформации, смонтированных на оптимальных позициях на поверхности трубы в 32 зонах АТР. Также за счет оптических сенсоров деформации грунта, оборудованных якорями и смонтированных на дно траншеи рядом с трубопроводом, выполняется мониторинг подвижек грунта в зонах со сложными сейсмотектоническими и геологическими условиями.

ПРОДУКЦИЯ

На сегодняшний день представлено широкое разнообразие конструкций оптических сенсоров: полностью диэлектрические, взрывобезопасные, с различной степенью защиты от внешних воздействий; компактные (с диаметром от 0,15 мм) и т.п. Расчетный срок службы превышает 30 лет.

Также предусмотрена – возможность увеличения количества оптических телекоммуникационных волокон, которые можно использовать для организации технологической и коммерческой связи, передачи данных, в том числе от других систем мониторинга, использующих датчики, а также для телекоммуникационных сервисов.