ГлавнаяОборудованиеНаукаКонтакты
Презентационный материал
карта сайта
обратная связь
добавить в избранное
Новости:

Система Сопровождения Внутритрубных Снарядов «ССВС-001»

В.В. Супрунчик (НПФ «ТОРИ»),
Н.М. Коновалов, М.О. Мызников (ОАО «Транссибнефть»)

Разработано принципиально новое оборудование, обеспечивающее сопровождение средств очистки и диагностики трубопроводов в режиме реального времени. Данные об их местоположении передаются по каналам телемеханики в районный диспетчерский пункт. Приведены результаты опытной эксплуатации оборудования в ОАО «Транссибнефть».


Важнейшее направление повышения надежности, безопасности и экономической эффективности эксплуатации магистральных нефтепроводов - внедрение новых средств автоматизации мониторинга технического состояния. Развитие этого направления особенно актуально в условиях неравномерной перекачки, при значительном износе и физическом старении некоторых участков нефтепроводов.

Повышение надежности, безопасности и эффективности эксплуатации нефтепроводов достигается различными способами, например, использованием внутритрубной диагностики с последующим устранением обнаруженных дефектов, очисткой внутренней поверхности трубопроводов от отложений, что снижает затраты на транспортировку нефти, применением разделителей потока при транспортировке партий нефти с различными физико-химическими свойствами, использованием герметизирующих устройств при ремонте нефтепроводов. Перечисленные способы объединяет использование внутритрубных снарядов, движущихся с потоком нефти: диагностических устройств, скребков, разделительных поршней, герметизаторов и др.

Основная проблема, связанная с использованием внутритрубных снарядов, - определение их точного местоположения при движении в трубопроводе в реальном времени, или, другими словами, проблема сопровождения снарядов. Знать положение устройства необходимо также в случае его остановки или застревания, чтобы целенаправленно и с наименьшими затратами организовать его извлечение либо проталкивание.

Данную проблему пытаются решить по-разному. Так, например, в заданных контрольных точках устанавливают механические или акустические сигнализаторы типа СКР и СПРА, фиксирующие проход внутритрубного снаряда. Расстояние между сигнализаторами составляет, как правило, несколько десятков километров. Как показывает практика, применяемые сигнализаторы не обеспечивают 100%-ную вероятность срабатывания при прохождении внутритрубного снаряда. Как следствие, в течение довольно большого промежутка времени внутритрубный снаряд остается вне поля видимости операторов, при этом погрешность определения его местонахождения может составлять до нескольких десятков километров.

Местоположение движущегося внутритрубного снаряда можно попытаться определить, используя показания датчиков давления, установленных на нефтепроводе. В этом случае точность определения местоположения снаряда определяется расстоянием между соседними датчиками (на нефтепроводах это десятки километров), а также достоверностью их показаний.

Для определения точного местоположения внутритрубных снарядов используются приборы типа «Поиск» (г. Уфа) или более современный комплект приборов ОАО «ЦТД «Диаскан» (г. Луховицы) - низкочастотный локатор типа НЧЛ и передатчик типа ПДС. Радиус действия этих приборов имеет физическое ограничение и равен нескольким метрам, что объясняется быстрым затуханием с расстоянием электромагнитного излучения в грунте и трубе. Такой малый радиус действия создает серьезные проблемы для поиска снарядов в нефтепроводах и не позволяет решить задачу их сопровождения на больших расстояниях.

Широко используемые в других областях техники акустические приборы позволяют «прослушивать» движение снаряда в нефтепроводе в лучшем случае на расстоянии нескольких сотен метров. При расстоянии свыше этого предела снаряд не прослушивается, так как в данных приборах используются методы регистрации сигнала, которые не позволяют выделять полезный сигнал на фоне достаточно большого уровня акустического шума нефтепровода. Такие приборы не позволяют определять координаты снарядов. Необходимы иные подходы.

Исследования показали, что акустические волны определенных частот распространяются вдоль нефтепровода по потоку нефти с незначительным затуханием. Их можно услышать на расстоянии десятков и даже сотен километров. То есть решением проблемы может стать система, которая позволит генерировать акустические волны необходимого спектрального состава, а также слышать их. В принципе, в такой системе нет ничего нового. Взять, например, гидролокатор. Казалось бы, поставь его на конец трубы, отправляй сигнал в трубу, слушай через некоторое время отражение сигнала от движущегося снаряда и определяй до него расстояние. Но не так все просто. В трубопроводе - столько источников отражения сигнала, что идентифицировать сигнал, отражающийся от движущегося устройства, представляется очень сложной задачей.

Принципиальное решение этой проблемы было предложено Научно - производственной фирмой «ТОРИ», созданной сотрудниками института полупроводников СО РАН (г. Новосибирск): необходимо на движущийся снаряд поставить устройство, генерирующее характерный акустический, хорошо распознаваемый сигнал.

При кажущейся простоте такого подхода необходимо было решить целый ряд научных, технических и технологических задач. Прежде всего, требовалось определить необходимую частоту, форму, мощность и периодичность акустического сигнала. Затем научиться слышать, выделять и распознавать полезный сигнал на фоне шума нефтепровода. После этого, путем компьютерного анализа и математической обработки сигнала, получить ответ о местоположении и движении снаряда. В основу научной проработки идей легли результаты многолетних исследований низкочастотных акустических колебаний в трубопроводах и грунте, выполненных группой ученых-физиков СО РАН.

Чтобы проверить работоспособность предложенных идей, требовалось создать акустический излучатель. Излучатель должен автономно выдавать сигнал необходимого спектра и достаточной мощности в условиях значительно меняющегося давления (от 1 до Г) МПа) в трубопроводе, обеспечивать необходимый для прохождения участка ресурс работы (несколько суток). При этом конструкция устройства должна обеспечивать взрывобезопасность. В первых опытных образцах устройства акустический излучатель был слишком громоздким, его масса доходила до 70 кг. При установке излучателя на внутритрубный снаряд создавалась дополнительная весовая нагрузка на одну из манжет, что приводило к ее повышенному и неравномерному износу. Необходимо было также решить проблему устойчивого генерирования звуковых колебаний в широком диапазоне возможных давлений нефти в трубе и обеспечить ресурс работы энергосистемы для подачи достаточно мощных звуковых импульсов в течение длительного периода времени (до 10 сут.).

После нескольких модернизаций была создана конструкция излучателя, удовлетворяющая требуемым условиям. Масса излучателя составляла всего 23 кг, и ресурс автономной работы превышал 10 сут.
   Исследования и разработки велись не только в направлении создания и совершенствования излучателя. Требовался соответствующий акустический датчик-приемник. Среди всего многообразия акустических датчиков, выпускаемых промышленностью, датчика с подходящими параметрами найти не удалось. Пришлось разрабатывать свой. Была создана технология изготовления акустико - электрических преобразователей, разработан и изготовлен высокочувствительный акустический датчик с необходимыми параметрами.
   Параллельно шло создание и испытание различных способов фильтрации звукового сигнала с применением физических и цифровых методов, разработка и опробование новых математических алгоритмов, обеспечивающих эффективное выделение полезных сигналов из шума, разработка программного обеспечения. Разрабатывались специализированные алгоритмы упаковки и передачи данных по каналам телемеханики.
   Не все всегда складывалось гладко, не все получалось, были и тупиковые решения, многие рассмотренные способы и технологии отвергались.

В процессе работы возникали сомнения, получится ли, удастся ли реализовать задуманное. Иногда заложенные в техническое задание характеристики казались недостижимыми, фантастическими. Были даже предложения свернуть работы как неперспективные.

Но энтузиазм и вера заказчика и исполнителя в успех задуманного не давали процессу разработки остановиться. Следует отметить, что создание системы сопровождения выполнялось при активной идейной, финансовой, технической и материальной поддержке ОАО «ТрансСибнефть» в рамках договоров НИОКР.

И вот результат работы: система сопровождения внутритрубных снарядов «ССВС-001» ТУ4389-001-39145393-2001 создана, прошла в 2001 году приемочные и эксплуатационные испытания, получила разрешение Госгортехнадзора России на применение на объектах нефтепроводного транспорта и сертификат соответствия, внедрена в производство.

Рис. 1. Система сопровождения внутритрубных снарядов «ССВС-001»:
1 - нефтепровод
2 - акустический излучатель ИП-001;
3 - внутритрубный снаряд;
4 - модуль обработки и передачи сигнала МОПС-001;
5 - линия связи;
6 - центральный компьютер;
7 - сигнальный кабель;
8 - модуль первичного преобразования МПП-001


Рис. 2. Акустический излучатель ИП-001

Из чего же состоит и что может система сопровождения, установленная на ряде участков диаметром 700, 1000 и 1200 мм и протяженностью от 60 до 100 км нефтепроводов Омск - Иркутск и Анжеро - Судженск - Красноярск?

Система сопровождения внутритрубных снарядов «ССВС-001» включает (рис. 1): акустический излучатель ИП-001, закрепляемый унифицированными крепежными элементами на внутритруб-ном устройстве; акустический датчик с модулем первичного преобразования МПП-001, устанавливаемый на нефтепроводе; модуль обработки и передачи сигнала МОПС-001, располагаемый в будке КИП; линии передачи информации и управляющих сигналов, центральный компьютер.

Рис. 3. Модуль первичного преобразования МПП-001


Рис. 4. Модуль обработки и передачи сигнала МОПС-001


Рис. 5. В диспетчерском пункте РНУ

Акустический излучатель ИП-001 (рис. 2) перед запуском в нефтепровод закрепляется на последнем фланце очистного устройства. Во время движения снаряда в трубопроводе он излучает с определенной периодичностью пакеты звуковых сигналов. Отличительная особенность излучателя - отсутствие сложных операций по настройке. Электропитание излучателя осуществляется от элементов типа 343 (27 шт.) и рассчитано на работу в течение 10 сут. Перед запуском программное обеспечение встроенного процессора проверяет исправность всех узлов излучателя и качество элементов питания. Если один или несколько элементов питания оказываются неработоспособными, тестирование заканчивается подачей звукового и светового сигнала тревоги, при этом указывается ряд с неисправным элементом. Конструкция излучателя обеспечивает его эффективную работу в диапазоне давлений от 0,1 до 6 МПа. Излучатель имеет маркировку взрывозащиты 1ExdIIAT3, корпус изготавливается в соответствии с требованиями к взрывозащищенному оборудованию по ГОСТ 22782.0-81, ГОСТ 22782.6-81.

Посылаемые излучателем звуковые сигналы в трубопроводе, заполненном нефтью, передаются как в волноводе и принимаются акустическим датчиком модуля МПП-001 (рис. 3), в котором происходит фильтрация акустического сигнала и его усиление до необходимой амплитуды. Модуль имеет маркировку взрывозащиты 1ExibIIAT3. Электронная часть модуля выполнена в стандартном корпусе датчика давления. Монтаж модуля на действующем нефтепроводе осуществляется на вантузе через стандартное фланцевое соединение.

От модуля МПП-001 по кабелю связи, который одновременно обеспечивает и подвод питания, первично обработанный акустический сигнал через барьеры взрывозащиты попадает в модуль обработки и передачи сигнала МОПС-001, расположенный на расстоянии до 500 м в будке КИП. Основу МОПС-001 составляет промышленный компьютер, в котором происходит цифровая обработка полученного сигнала, выделение акустического образа, посылаемого излучателем на внутритрубном устройстве, накопление информации о ходе сопровождения, расчет скорости и местоположения снаряда, подготовка и организация передачи информации по каналам телеметрии или связи. Чтобы не загружать каналы телемеханики, передается только самая необходимая информация о местоположении и скорости внутритрубного снаряда с периодичностью несколько минут. Модуль МОПС-001 (рис. 4) имеет исполнение [Exib]IIA, он собран в корпусе настенного шкафа с размерами 600 х 400 х 220 мм, класс защиты которого - IP66. Для обеспечения защиты от внешних воздействий (воды и пыли) в модуле используются кабельные уплотнители. Для удобства монтажа применяются соединители фирмы WAGO. Связь модуля МОПС-001 с системой телемеханики осуществляется через стандартный СОМ-порт с интерфейсом RS485 или RS232. При этом МОПС-001 является ведомым устройством. Включение и выключение его питания осуществляется по каналу телемеханики. Номинальная потребляемая мощность модуля не превышает 500 Вт, напряжение питания - 220 В.


   Посылаемые МОПС-001 пакеты информации принимаются компьютером в диспетчерском пункте РНУ (рис. 5). Информация о сопровождении внутритрубного устройства выводится на экран в виде графика скоростей с указанием местоположения и текущего значения скорости устройства. Отображаются также таблицы временных событий сопровождения (рис. 6).

Рис. 6. Рабочий экран компьютера при сопровождении снаряда


   С АРМ оператора осуществляется запуск компьютера блока МОПС-001 на время пропуска внутритрубного устройства и выключение после пропуска.
   Разработанное оборудование позволяет с помощью одного акустического датчика регистрации вести сопровождение внутритрубных устройств на участке нефтепровода протяженностью до 100 км с точностью до 3 %.
   Технико - экономический эффект от внедрения системы достигается за счет обеспечения непрерывного контроля процесса движения внутритрубных устройств, своевременного воздействия на процесс, экономии затрат, связанных с использованием людей и техники, уменьшения времени и повышения точности поиска остановившихся устройств, сокращения времени остановки нефтепровода при работах, связанных с поиском и вырезкой внутритрубных устройств.
   В настоящее время на основе «ССВС-001» разрабатываются проекты систем сопровождения, которые позволят с одного компьютера в РНУ контролировать сопровождение внутритрубных устройств не только на нескольких, но и на всех участках нефтепроводов. Работы по внедрению систем сопровождения проводятся в «Транссибнефти» и «Сибнефтепроводе».
   Разработанная система имеет большие перспективы развития и в функциональном плане. Созданное оборудование позволяет вести акустический мониторинг нефтепровода, т. е. записывать издаваемые им характерные акустические сигналы. Проведение научных исследований в направлении распознавания и анализа получаемых сигналов может дать качественный скачок в развитии таких приложений, как обнаружение малых утечек и несанкционированных врезок, акустический мониторинг технического состояния трубопровода.


Журнал «Трубопроводный транспорт нефти», № 12, 2003г., стр.9-12.


 
 ООО НПФ «ТОРИ» Россия 630090 г. Новосибирск, ул. Академика Ржанова, д. 2
© 2006-2017 ООО НПФ «ТОРИ»
 тел/факс: (383) 330-50-06, e-mail:
Все права защищены