СПОСОБ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ О РАЗРЫВЕ ПРОДУКТОПРОВОДА Российский патент 2004 года по МПК F17D5/02 

Изобретение относится к средствам предупреждения аварийных ситуаций на газо- и нефтепроводах и может быть использовано при создании системы непрерывного наблюдения за техническим состоянием подводных и подземных продуктопроводов.

Известен способ предупреждения о разрыве продуктопровода, базирующийся на использовании радиолокационных средств, включающий излучение электромагнитной энергии и прием отраженного от поверхности моря электромагнитных волн декаметрового и метрового диапазонов (см. В.М. Кутузов, А.Г. Попов, А.В. Безуглов, И.Р. Рябухов. Мониторинг акваторий на основе загоризонтных радиолокационных систем декаметрового диапазона // В журнале Госкомитета РФ по высшему образованию "Мониторинг", специальный выпуск, март 1996, с.18).

Недостатки этого способа заключаются в том, что наличие порывов подводных продуктопроводов определяются лишь по прошествии определенного времени, когда транспортируемый продукт появился на поверхности моря и координаты порыва определяются местонахождением выхода объекта транспортировки (нефти или газа) на поверхность, однако при наличии подводных и поверхностных течений координаты пятна на поверхности моря не совпадают с координатами порыва, а при малой величине раскрытия трещины подводного продуктопровода пузыри газа или нефтепродуктов из порыва могут и не достичь поверхности, рассеиваясь и растворяясь в морской среде.

Известен также способ предупреждения о разрыве продуктопровода, включающий подачу зондирующего сигнала на трассе трубопровода и оценку результатов зондирования (см. Л.М. Антокольский, С.В. Пронин, М.Н. Шахов Разработка гидроакустического комплекса для обследования акваторий на основе гидролокатора бокового обзора // Акустический журнал, том 40, №2, 1994 г., с.323). Способ базируется на использовании гидроакустических средств и основан на том, что излученная акустическая энергия взаимодействует с выходящими из порыва объектами транспортировки, что приводит к соответствующему изменению акустических сигналов, проходящих через этот участок акватории.

Недостатки данного способа обнаружения - невозможность постоянного контроля подводного продуктопровода по всей его длине, так как гидролокационная съемка дна в местах прокладки продуктопровода производится эпизодически, кроме того, достоверность результатов зондирования существенно зависит от параметров водной среды, т.е. не зависит от состояния продуктопровода.

Задача, на решение которой направлено заявленное решение, выражается в обеспечении возможности постоянного контроля за исправностью продуктопровода и повышения оперативности предупреждения о разрыве подводного продуктопровода.

Технический результат, получаемый при решении названной задачи, выражается в том, что обеспечивается непрерывный контроль за техническим состоянием продуктопровода, недоступного для прямого осмотра, при этом чувствительность метода не зависит от состояния акватории. Кроме того, обеспечивается возможность контроля протяженных (до нескольких сот километров) участков трубопровода при минимуме задействуемых сил и средств.

Для решения поставленной задачи способ предупреждения о разрыве продуктопровода, включающий подачу зондирующего сигнала на трассе трубопровода и оценку результатов зондирования, отличается тем, что в качестве зондирующего сигнала используют оптическое излучение, которое посылают как минимум по одному стационарному измерительному каналу, изолированному от внешней среды, для образования которого с оболочкой продуктопровода скрепляют волоконный световод, предпочтительно непрерывно, по всей длине контролируемого участка продуктопровода, при этом о наличии разрыва судят по отсутствию сигнала на выходе стационарного измерительного канала и (или) появлению отраженного сигнала на его входе. Кроме того, при использовании нескольких стационарных измерительных каналов по меньшей мере один из них укладывают в виде спирали, охватывающей контролируемый участок продуктопровода.

Сопоставительный анализ признаков заявленного и известных технических решений свидетельствует о его соответствии критерию "новизна".

Признаки отличительной части формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.

Признаки “в качестве зондирующего сигнала используют оптическое излучение, которое посылают ... по .... стационарному измерительному каналу, изолированному от внешней среды, для образования которого с оболочкой продуктопровода скрепляют волоконный световод” обеспечивают возможность минимизации технических средств, потребных для решения поставленной задачи, и возможность использования “стационарной” схемы работы. Кроме того, тем самым исключается зависимость измерительного сигнала от параметров состояния внешней среды.

Признак, указывающий, что стационарный измерительный канал должен быть как минимум один, т.е. позволяет сделать идентифицирующий фактор (отсутствие - наличие сигнала на выходе) однозначным при использовании нескольких линий световодов, позволяющих диагностировать ложное срабатывание одного из них при одновременном использовании этих линий.

Признаки, задающие параметры скрепления предпочтительно волоконного световода с продуктопроводом, как “непрерывно, по всей длине контролируемого участка”, обеспечивают надежность выявления разрыва, т.е. позволяют зафиксировать разрыв при малой ширине трещины, поскольку тем самым исключается влияние растяжения световода из-за его упругости, которое может достигать 5% от длины его растягиваемого участка.

Признак “о наличии разрыва судят по отсутствию сигнала на выходе стационарного измерительного канала и (или) появлению отраженного сигнала на его входе” позволяет практически сразу обнаружить факт разрыва продуктопровода, поскольку идентифицирующий фактор является однозначным.

Признаки второго пункта формулы изобретения позволяют выявить продольный разрыв трубопровода.

На чертеже показана схема реализации заявленного способа, на примере подводного продуктопровода.

На чертеже показаны: 1 - прямолинейные стационарные измерительные каналы (волоконно-оптические световоды), 2 - спиралевидные стационарные измерительные каналы, 3 - оптические разъемы, 4 - источник оптического излучения, 5 - оптический разветвитель, 6 - фотоприемник, 7 - блок обработки данных. Кроме того, на чертеже показаны продуктопровод 8, дно 9 акватории 10.

При реализации способа используют следующий комплект аппаратуры: волоконно-оптические световоды, концы которых снабжены оптическими разъемами 3. Кроме того, в комплект аппаратуры включены источник оптического излучения 4, оптический разветвитель 5, фотоприемник 6 и блок обработки данных 7.

В качестве стационарных измерительных каналов использованы стандартные волоконные световоды, конструктивно одинаковые и предпочтительно сплошные. Оптические разъемы конструктивно аналогичны и представляют собой стандартные соединители, обычно применяемые для соединения оптического волокна типоразмера, соответствующего использованному в конструкции измерительного канала.

В качестве источника оптического излучения 4 использован лазер, предпочтительно полупроводниковый. В качестве оптического разветвителя использовано стандартное устройство, обеспечивающее разделение сигнала лазера на число каналов, соответствующее числу стационарных измерительных каналов (при использовании только одного стационарного измерительного канала, подключаемого к лазеру, например, при большой длине контролируемого участка продуктопровода, когда мощность источника оптического излучения должна быть большой), оптический разветвитель не используют.

В качестве фотоприемника 6 используют электрический преобразователь известной конструкции, например фотодиод. Выход фотоприемника 6 связан со входом блока обработки данных 7, в качестве которого может быть использован простейший преобразователь известной конструкции, обеспечивающий либо управление оптическим и (или) акустическим индикатором, выведенным на пульт оператора насосной установкой продуктопровода или его задвижками (на чертежах названные узлы не показаны), или же блок обработки данных 7 может быть непосредственно связан с блоками аварийного управления насосной установкой продуктопровода или его задвижками.

При реализации заявленного способа в режиме, предусматривающем также и использование отраженного оптического сигнала, в качестве дополнительного блока обработки данных 11 может быть использован преобразователь известной конструкции, предпочтительно цифровой, обеспечивающий измерение промежутка времени между излучением оптического сигнала и временем его прихода в фотоприемник. В этом случае дополнительный блок обработки данных 11 размещают на одном конце с источником оптического излучения 4 и используют Y-разветвитель 12 для подключения к измерительному каналу и источника оптического излучения 4 и приемника отраженного оптического сигнала 13. Оптический Y-разветвитель представляет собой стандартную конструкцию, в которой оптический поток, подводимый с одной стороны разветвителя, разделяется на два оптических потока, выводимых с его противоположной стороны, или же два оптических потока, подводимых с одной стороны разветвителя, объединяются на его противоположной стороне в один оптический поток.

Способ иллюстрируется на примере подводного продуктопровода.

Формируют стационарные измерительные каналы 1 и 2, для чего на оболочке продуктопровода 8 закрепляют (например, приклеивают) заданное число волоконных световодов. Предпочтительно использовать длинные сплошные световоды, сматывая их с бобин (на чертежах не показаны) и наклеивая на оболочку продуктопровода, по мере его наращивания (до нанесения на него штатного защитного покрытия и размещения сформированной плети продуктопровода 8 на дне 9 акватории 10). При этом технология строительства продуктопровода не отличается от общепринятой.

Выводы волоконных световодов, выступающие за пределы контролируемого участка, снабжают оптическими разъемами 3, посредством которых противоположные концы стационарных измерительных каналов подключают к источнику оптического излучения 4 и фотоприемнику 6. Фотоприемники 6 связывают со входом блока обработки данных 7.

При реализации заявленного способа в режиме, предусматривающем также и использование отраженного оптического сигнала, один конец стационарных измерительных каналов 1 и (или) 2 подключают к одинарному выводу Y-разветвителя 12, при этом к отходящим от него двум выводам подключают источник оптического излучения 4 и приемник отраженного оптического сигнала 13 с дополнительным блоком обработки данных 11.

Затем включают в работу источник (или источники) оптического излучения 4, при этом оптический сигнал, пройдя по соответствующему волоконному световоду, попадает на соответствующий фотоприемник. В результате на выходе блока обработки данных отсутствует управляющий сигнал. При этом отраженный сигнал на приемник отраженного оптического сигнала 13 не поступает.

При разрыве продуктопровода 8 одновременно разрушаются стационарные измерительные каналы 1 и (или) 2 - (обрываются волоконные световоды на участке, пересекающем образовавшуюся трещину (на чертежах не показана), поэтому оптический сигнал не попадает на соответствующий фотоприемник. В результате на выходе блока обработки данных появляется соответствующий управляющий сигнал (т.е. либо срабатывает индикатор на пульте оператора, либо срабатывает блок аварийного управления насосной установкой продуктопровода или его задвижками, прекращая подачу продукта).

При продольном разрыве прямолинейные стационарные измерительные каналы 1, ориентированные вдоль продольной оси продуктопровода, могут вовсе не пострадать. Для фиксации таких разрушений используют спиралевидные стационарные измерительные каналы 2, которые разрушаются продольными трещинами.

Часть энергии оптического сигнала отражается от плоскости разрыва волоконного световода (от торца поверхности разрыва) и возвращается обратно к источнику оптического сигнала 4. Пройдя через Y-разветвитель 12, отраженный сигнал попадает в приемник отраженного оптического сигнала 13 и далее в дополнительный блок обработки данных 11. В результате на выходе блока обработки данных также появляется соответствующий управляющий сигнал - дублирующий первый (т.е. либо срабатывает индикатор на пульте оператора, либо срабатывает блок аварийного управления насосной установкой продуктопровода или его задвижками, прекращая подачу продукта).

Затем включают в работу (в импульсном режиме) источник оптического излучения 4 и измеряют величину промежутка времени между излучением оптического сигнала и временем его прихода в приемник отраженного оптического сигнала 13 и, зная скорость распространения света в световоде, определяют расстояние до места разрыва.

Для детального обследования выявленного участка акватории в зоне предполагаемого разрыва продуктопровода используют гидролокатор бокового обзора либо проводят осмотр участка с использованием водолазов.

В процессе ремонта продуктопровода 8 на заменяемые его участки также наклеивают волоконные световоды, торцы которых соединяют сваркой с торцами исправных участков волоконных световодов, ранее зафиксированных на оболочке продуктопровода.

Изобретение может быть использовано при создании системы непрерывного наблюдения за техническим состоянием подводных и подземных продуктопроводов. Техническим результатом изобретения является обеспечение возможности постоянного контроля за исправностью продуктопровода и повышения оперативности предупреждения о разрыве подводного продуктопровода. В способе предупреждения о разрыве продуктопровода, включающем подачу зондирующего сигнала на трассе трубопровода и оценку результатов зондирования, в качестве зондирующего сигнала используют оптическое излучение, которое посылают как минимум по одному стационарному измерительному каналу, изолированному от внешней среды, для образования которого с оболочкой продуктопровода скрепляют волоконный световод, предпочтительно непрерывно, по всей длине контролируемого участка продуктопровода, при этом о наличии разрыва судят по отсутствию сигнала на выходе стационарного измерительного канала и (или) появлению сигнала на его входе. 1 з.п. ф-лы, 1ил.

1. Способ предупреждения о разрыве продуктопровода, включающий подачу зондирующего сигнала на трассе трубопровода и оценку результатов зондирования, отличается тем, что в качестве зондирующего сигнала используют оптическое излучение, которое посылают, как минимум, по одному стационарному измерительному каналу, изолированному от внешней среды, для образования которого с оболочкой продуктопровода скрепляют волоконный световод, предпочтительно непрерывно, по всей длине контролируемого участка продуктопровода, при этом о наличии разрыва судят по отсутствию сигнала на выходе стационарного измерительного канала и/или появлению отраженного сигнала на его входе.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при использовании нескольких стационарных измерительных каналов, по меньшей мере, один из них укладывают в виде спирали, охватывающей контролируемый участок продуктопровода.