Мониторинг трубопроводов

По данным ежегодного доклада Минэнерго о состоянии окружающей среды в 2019 г., на предприятиях топливно-энергетического комплекса произошла 17 171 авария с разливами нефти, из них 10 478 — на нефтепроводах. Это в среднем 28 прорывов нефтепроводов в день.

Утечки нефти и газа наносят вред экологии, загрязняя воду и почву, и, конечно, могут быть опасными для человека.

В 1989 году случилась одна из крупнейших железнодорожных катастроф, причиной которой стала утечка газа. Тогда на перегоне Аша — Улу-Теляк взорвались 2 пассажирских состава. Общее число жертв, по разным данным, составило от 575 до 645 человек, в том числе 181 ребёнок. Расследование длилось 6 лет. Причиной аварии стала утечка природного газа с близлежащего трубопровода. Газ постепенно накапливался в долине, где проходила железнодорожная магистраль. Случайная искра из-под одного из локомотивов спровоцировала детонацию.

Современные технологии позволяют контролировать состояние трубопровода по всей длине и в режиме реального времени, своевременно передавая информацию о возможных утечках, процессах деформации или несанкционированных действиях.

Существует 2 основных подхода к мониторингу:

• базовый — с помощью точечных датчиков, установленных на определённом расстоянии друг от друга;
• современный — с помощью оптических кабелей, проложенных непосредственно на трубопроводе или рядом с ним.

Мониторинг на основе точечных датчиков в основном отслеживает перепады давления. В этом случае оператор видит снижение давления и примерную зону, где оно происходит. Однако данные предоставляются с большой погрешностью и много времени уходит на то, чтобы найти место утечки. Это повышает вероятность экологических бедствий и опасности для населения.

Современный подход к мониторингу газо- и нефтепроводов по оптическому волокну основан на принципе распределённости. Волокно, выступая в роли чувствительного элемента, отслеживает состояние трубопровода в каждой его точке. Поэтому определить место аварии можно с большей точностью. Вместе с тем с помощью оптического волокна можно контролировать процесс деформации, отслеживать возможные утечки и различные несанкционированные действия.

Если сравнивать затраты, необходимые для развертывания систем, то стоимость распределённого мониторинга по оптическому волокну значительно ниже, так как не требует дополнительных затрат на питание чувствительного элемента. К тому же, чтобы развернуть более-менее точную систему контроля за состоянием трубопровода понадобится большое количество точечных датчиков (зависит от протяжённости объекта), стоимость которых, в совокупности, намного выше стоимости кабеля.

Методы распределённого мониторинга и их особенности

Мониторинг температуры на основе DTS (Distributed Temperature Sensing)— это первые внедрённые системы. Кабель прокладывается в грунт рядом с трубопроводом в одном или в нескольких местах. Утечка локализуется по изменению температуры грунта.

Если необходима максимально точная локализация места утечки, вместе с мониторингом на основе DTS используют акустический мониторинг на основе DAS (Distributed Acoustic Sensing). Метод основан на улавливании вибрации волокна в следствии акустического воздействия и активно применяется в мире. С помощью этого типа мониторинга можно «услышать» прорыв содержимого трубы наружу, несанкционированные действия или работающую рядом с трубопроводом технику, которая может его повредить.

Распределённый мониторинг деформации на основе DSS (Distributed Strain Sensing) — это новейший метод контроля и диагностики протяжённых объектов. В этом случае кабель крепится непосредственно к инфраструктуре, то есть к трубопроводу. Кабель должен быть надёжно закреплён, так как на него передаётся любое удлинение или сжатие поверхности трубопровода. Этим воздействиям подвергается и оптическое волокно внутри кабеля, что фиксирует аппаратура и сообщает о несанкционированных действиях на объекте.

Метод достаточно сложный в реализации и лучше всего подходит для установки на новых трубопроводах, так как требует плотного контакта с поверхностью объекта.

Пример системы мониторинга трубопровода на основе кабелей-датчиков:

Сердце системы — это индивидуально разработанный оптический кабель-датчик, который фиксирует изменения внешней среды: температура, деформация, вибрация. Он размещается прямо на трубопроводе, либо не далее, чем 1 м от него.

Сигналы от кабеля-датчика передаются на блок контроля, который их анализирует и интерпретирует. Именно в блоке контроля установлены определенные типы анализаторов, зависящие от вида отслеживаемых параметров: DTS (Distributed Temperature Sensing), DAS (Distributed Acoustic Sensing) или DSS (Distributed Strain Sensing).

Информация с блока контроля поступает в серверную, установленную на месторождении. В серверной размещаются:

1. БСД (блок сбора данных) — сервер, аккумулирующий информацию о состоянии объекта мониторинга и всех блоков контроля.
2. Сервер АСУТП.

Оператор на своём рабочем компьютере с помощью SCADA-программ обрабатывает данные и принимает решения на их основании.

Результатом работы системы является обнаружение утечек и контроль активности на магистральном трубопроводе.

Система мониторинга и диагностики трубопровода на основе оптических кабелей-датчиков позволяет:

• сократить затраты на обслуживание системы,
• предотвратить повреждения трубопровода за счет раннего обнаружения деформации,
• минимизировать время вынужденного простоя объектов,
• сократить время реакции аварийных служб,
• уменьшить экологический ущерб при утечках на трубопроводах.

Конструкции для мониторинга протяжённых объектов

Кабель, специально созданный для мониторинга магистральных трубопроводов и других протяжённых объектов. Подходит для прокладки непосредственно в грунт.

Главная особенность кабеля — одновременное измерение различных параметров. То есть кабель может одновременно собирать данные по всем видам распределённого мониторинга (DTS, DAS, DSS). Обладает особенной чувствительностью к деформации и акустическим воздействиям.

Конструкция разрабатывается индивидуально — в зависимости от условий эксплуатации и способа крепления, может быть полностью диэлектрической (для прокладки на поверхности трубопровода) или металлической (для сложных условий эксплуатации).

В случаях, когда мониторинг деформации не нужен, либо условия прокладки непростые (например, сложный тип грунта) хорошим решением для построения системы мониторинга будет кабель UniSense.

Конструкция может одновременно собирать данные о температуре (DTS) и акустических воздействиях (DAS).

Кабели-датчики для прокладки в грунт производства Инкаб прошли совместные испытания с нашим партнёром — компанией Т8 СЕНСОР, — российским лидером по производству систем DAS. Читайте подробнее об испытании чувствительности кабелей Инкаб к виброакустическим воздействиям.

Применение распределённого мониторинга для контроля состояния трубопроводов только начинает развиваться в России, поэтому кейсов применения кабеля в реальных условиях не так много. Однако в прошлом году Инкаб поставил 50 км бронированного кабеля-датчика для работы на газопроводах в Ханты-Мансийском автономном округе.