Резюме: В настоящее время вопросы, связанные с экологической безопасностью при эксплуатации объектов магистрального транспорта нефти и нефтепродуктов выходят на первый план. Основную опасность при перекачке нефти представляют повреждения магистрального трубопровода, приводящие к утечкам нефти.

Утечки из магистральных трубопроводов приводят не только к потерям перекачиваемой нефти и нефтепродуктов, но и к загрязнению окружающей среды, что ведет к значительным затратам на ликвидацию разливов нефти, на ремонтные работы по замене аварийного участка трубопровода, а также к выплате огромных штрафов. Особую опасность представляют загрязнение нефтью и нефтепродуктами при утечке из трубопровода рек, озёр, водохранилищ и т.п. Всё это в конечном итоге может привести к экологической катастрофе. Также необходимо отметить возросшее в последнее время количество незаконных врезок.

Ключевые слова: мониторинг технологического состояния газо- и нефтепроводов, волоконно-оптические датчики, диспетчеризация эксплуатации трубопроводов.

Для обнаружения утечек из трубопроводов в настоящее время используются различные методы [1], каждый из которых имеет свои достоинства и недостатки.

В настоящее время для обнаружения утечек во всем мире находят широкое применение системы обнаружения утечек, где в качестве чувствительного элемента выступает оптическое волокно.

С 2010 года ЗАО «ОМЕГА» начало оснащать объекты ОАО «АК «Транснефть» инновационной системой обнаружения утечек и контроля активности (СОУиКА) на основе температурного и виброакустического принципа действия. СОУиКА осуществляет контроль за изменением температурного и виброакустического полей возле трубопровода, что позволяет обнаруживать малые утечки нефти, а также выявлять и своевременно реагировать на различного рода активности (земляные работы любых видов, движение вдоль трубопровода пешеходов и автотранспорта).

Принцип действия СОУиКА основан на анализе характера обратного рассеянного оптического излучения в оптическом волокне. В качестве чувствительного элемента (волоконно-оптического датчика) СОУиКА используется волоконно-оптический кабель серийного производства, прокладываемый на расстоянии от боковой образующей магистрального трубопровода не менее 0,2 м и не более 1,5 м. В зависимости от характеристик оптического импульса и способа анализа обратного рассеянного оптического излучения различают температурный и виброакустический мониторинг объектов.

В настоящее время СОУиКА оснащены следующие объекты ОАО «АК «Транснефть»: Балтийская трубопроводная система (БТС-II), трубопроводная система «НПС «Пур-Пе» - НПС «Самотлор»; МН «Куйбышев-Тихорецк»; МН «Малгобек-Тихорецк» и другие.
В рамках инвестиционной программы ОАО «АК «Транснефть» СОУиКА оснащается трубопроводная система «Восточная Сибирь – Тихий океан» участок НПС «Сковородино» - СМНП «Козьмино» (ВСТО-II)»

ЗАО «ОМЕГА» постоянно модернизирует и разрабатывает новое оборудование для СОУиКА. Для проведения испытаний нового и серийно выпускаемого оборудования, а также определения характеристик системы с различными типами волоконно-оптических кабелей ЗАО «ОМЕГА» был создан полигон, который находится в районе с. Татаринцево Раменского района Московской области на производственной базе ООО «Технический центр пожарной безопасности».

Полигон включает в себя имитатор нефтегазового трубопровода, оптоволоконную кабельную систему, уложенную в грунт, помещения для оператора с пультом управления и стойкой с испытываемым оборудованием.

Имитатор должен удовлетворять определенным техническим требованиям, вытекающим из своего назначения. Должны быть обеспечены:

• имитация утечки жидкости или газа в грунт;
• имитация активности (земляные работы, движение объектов и пр.);
• возможность нагрева или охлаждения участка оптоволоконной кабельной системы;
• круглогодичное и всепогодное функционирование;
• наличие обогреваемого помещения для размещения исследуемого оборудования и нахождения там оператора;
• питание имитатора от газобаллонной системы сжатым воздухом;
• возможность подключения удаленного доступа к оборудованию для проведения исследований, требующих длительного непрерывного функционирования (ресурсные испытания, влияние климатических изменений, накопление статистических данных и т.д.).

Конструкция имитатора представляет собой герметичный полый сварной барабан, изготовленный из отрезка трубы, предназначенной для магистрального трубопровода, диаметром 530 мм и длинной 5 м. В качестве торцов приварены полусферические донышки, усиленные ребрами жесткости. По краям перпендикулярно оси барабана в него вварены два патрубка — подачи сжатого воздуха и подачи воды. Так же, в барабан вварены 9 стаканов с электромагнитными клапанами. Электромагнитные клапаны обеспечивают сообщение и разобщение полости барабана с окружающей средой через калиброванные отверстия. Стаканы вварены горизонтально по три в ряд, в каждом ряду стаканы имеют калиброванные отверстия диаметром 1, 3 и 5 мм. Три ряда стаканов имеют в поперечной плоскости положение на горизонтальном диаметре, на вертикальном — вварены вертикально вниз, и ряд, расположенный под углом 45 градусов «вниз и вбок».

На рис. 1 изображен эскиз барабана


Рис. 1

В помещении оператора установлен пульт управления электромагнитными клапанами, который через электрический кабель соединен с имитатором. Пульт представляет собой плоский щит с тумблерными включателями по числу клапанов, сгруппированных по рядам. Также пульт оснащен общим включателем.

На рис. 2 и 3 изображен эскиз пульта и принципиальная электрическая схема


Рис. 2


Рис. 3

Для обеспечения имитатора давлением газа или жидкости используется сжатый воздух, закачанный в баллоны высокого давления до 15 МПа. Рампа высокого давления объединяет восемь баллонов, емкостью 20 л. На рампе установлен углекислотный газовый редуктор повышенной производительности. Для предотвращения обмерзания рампы и редуктора льдом, редуктор обогревается электрическим нагревателем.

Принцип работы имитатора покажем на примере имитации утечки жидкости. Для приведения имитатора в готовность открывается вентиль патрубка подачи сжатого воздуха и стравливается в атмосферу остаточное давление. После снятия заглушки с патрубка наполнения/сброса барабан наполняется водой, с образованием газовой подушки. После наполнения жидкостью устанавливается заглушка и перекрывается вентиль, далее патрубок подачи сжатого газа сообщают с газобаллонной рампой посредством гибкого шланга. С помощью газового редуктора устанавливается магистральное давление. После открытия вентиля для доведения давления в барабане до установленного на газовом редукторе и включения пульта управления имитатор переходит в состояние готовности к работе. Давление в барабане контролируется по манометру, установленному на патрубке подачи сжатого воздуха, и дополнительно по манометру на газовом редукторе.

Имитация утечки производится путём включением выбранного электромагнитного клапана, который сообщает полость барабана с окружающей средой. Воздействие выходящего под давлением газа или жидкости на грунт фиксируется испытываемым виброакустическим датчиком.

На рис. 4 изображена схема испытательного полигона


Рис. 4

Полигон представляет собой участок, на котором в грунт уложен имитатор и кабельная оптоволоконная система. Укладка проводилась согласно техническим нормам и регламенту РД -35.240.00-КТН-076-12 «Системы мониторинга целостности протяженных трубопроводных объектов». Кабельная система представляет собой петлю протяженностью 60 м, уложенную вдоль продольной оси имитатора на расстоянии 1.5 м. Также имеется участок с открытым кабелем длинной 5 метров, который используется для исследования характеристик оптоволоконных датчиков температуры путем непосредственного воздействия на него теплоносителем (проливом водой заданной температуры или хладагентом). Для обеспечения исследований характеристик датчиков совместно с различными типами оптоволоконных кабелей в кабельной системе уложено четыре вида кабеля. Реализация протяженности трассы обеспечивается многократным количеством витков для каждого типа кабеля, а также подвариванием катушки с оптическим волокном требуемой длинны между кабельной системой и исследуемым датчиком. Один из концов кабельной системы заводится в помещение оператора, в нем размещена аппаратная стойка с исследуемыми датчиками и пульт управления клапанами имитатора.

На рис. 5 изображено сечение полигона в поперечной плоскости в области иммитатора


Рис. 5

При испытаниях выбрана следующая методика. После монтажа датчика в аппаратную стойку и соединения с кабельной системой, производится тестовый пуск датчика, его настройка и привязка к трассе. Привязка производится выполнением активности в контрольных точках полигона и нанесения ее на схему. Имитатор приводится в состояние готовности. Производятся пуски утечек жидкости или газа. Во время пусков регистрируются параметры, выдаваемые датчиком для последующего анализа, или выполняются испытания согласно утвержденной Программе и методике испытаний. Результаты оформляются в виде протоколов.

В течение тестовой эксплуатации полигона в период с октября по февраль было выполнено множество пусков утечек газа и жидкости, сымитированы различные типы активностей, накоплена информация о его работе и отработана методика испытаний оптоволоконных датчиков. Полигонные исследования показали адекватность заложенных моделей при расчете расходных характеристик калиброванных отверстий при истечении в грунт при различных давлениях, были получены данные о «Системы мониторинга целостности протяженных трубопроводных объектов», характере изменений свойств грунта в районе утечки при длительном воздействии на него жидкости или газа и при влиянии меняющихся погодных условий. Наличие имитатора позволило оценить характеристики разрабатываемых оптоволоконных датчиков и определить требования к алгоритмам распознавания утечек и активности.

Таким образом, полигон, созданный научным подразделением ЗАО «ОМЕГА», позволяет решать следующие задачи:

• 1. Проводить испытания на обнаружение утечки, как нового, так и серийно выпускаемого оборудования СОУиКА.
• 2. Проводить испытания на обнаружение активностей, как нового, так и серийно выпускаемого оборудования СОУиКА.
• 3. Проводить испытания новых типов волоконно-оптических кабелей.

Литература.

• 1. Катуков С.Е. Проблема повышения чувствительности, надежности и быстродействия систем обнаружения утечек в трубопроводах//Нефтегазовое дело.- т.2, 2004.- с.29 – 45.
• 2. ООО «Технический Центр Пожарной Безопасности» г. Москва. паспорт. ИСУ-1-1.00.000 ПС. Испытательный стенд для имитации утечки жидкости или газа из трубопровода ИСУ-1.
• 3. ООО «Технический Центр Пожарной Безопасности» г. Москва. паспорт ОУИСТ-1-1.00.000 ПС. Опытная установка контроля активности ОУИСТ-1
• 4. РД -35.240.00-КТН-076-12 «Системы мониторинга целостности протяженных трубопроводных объектов»