СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ ПРИБОРОВ ОБНАРУЖЕНИЯ И МОНИТОРИНГА РАЗЛИВОВ НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ НА ВОДНОЙ ПОВЕРХНОСТИ В НАТУРНЫХ УСЛОВИЯХ И СИСТЕМА ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА Российский патент 2018 года по МПК G01D21/00 

Настоящее изобретение относится к системам технико-экологического контроля, используемым для распознавания разливов нефти или нефтепродуктов на водной поверхности, в условиях максимально приближенных к условиям реальной эксплуатации (натурных условиях) приборов обнаружения и мониторинга разливов нефти и нефтепродуктов.

Наиболее потенциально опасными с точки зрения негативного воздействия на окружающую среду при аварии являются подводные переходы магистральных нефте- и нефтепродуктопроводов через водные преграды и акватории нефтеналивных портов.

Важным фактором снижения негативного влияния на окружающую среду при разливах нефти или нефтепродуктов является своевременное обнаружение разлива. На сегодняшний день на рынке представлены приборы обнаружения и мониторинга, способные обнаруживать пленки нефти или нефтепродукта на водной поверхности. Приборы реализуют различные методы обнаружения и мониторинга, их действие основано на измерении или индикации физико-химических, электрических, магнитных, радиоэлектронных, акустических и оптических величин. Приборы обнаружения и мониторинга в целях выполнения своих функций могут размещаться на различных платформах: воздушных суднах, морских и речных судах, стационарных платформах (мосты, вышки, буи).

Проблема заключается в том, что при эксплуатации приборов для обнаружения разливов нефти или нефтепродуктов возникают погрешности в показаниях, связанные с реальными условиями работы. Погрешности обусловлены отличием показаний приборов в лабораторных условиях и при проведении испытаний на речных или морских акваториях по причине воздействия внешних факторов, в т.ч. развития волн. Таким образом, возникла необходимость в проведении оценки целесообразности использования тех или иных приборов обнаружения и мониторинга на подводных переходах магистральных нефте- и нефтепродуктопроводов и в акваториях нефтеналивных портов в условиях реальной эксплуатации.

Сложность создания натурных условий в лаборатории связана с имитацией воздействия внешних факторов, позволяющей полностью имитировать реальные условия разливов нефти и нефтепродуктов на речных и морских акваториях.

В практике контроля обнаружения и мониторинга разливов нефти и нефтепродуктов на водной поверхности известны различные устройства.

Известен способ обнаружения нефтяной пленки на поверхности воды, в котором исследуемую водную поверхность облучают импульсным пучком оптического излучения, принимают отраженный сигнал и проводят сравнение сигналов, отраженных от поверхности чистой и исследуемой воды, выбирая в качестве параметра сравнения количество импульсных сигналов, превысивших порог срабатывания анализатора. Судят о наличии или отсутствии нефтяной пленки, а при ее отсутствии учитывается погрешность, характеризующаяся вероятностью приема отраженных сигналов в условиях волнения (Авторское свидетельство СССР №1354073, кл. G01N 21/55, 1987 г.).

Решение направлено на обнаружение нефтяной пленки на поверхности.

Наиболее близким по технической сущности является способ испытаний на стойкость к воздействию дестабилизирующих факторов внешней среды приборов, применяемых в системах управления и ориентации. Способ испытаний включает измерение параметров приборов до и после воздействия. Для обеспечения достоверности испытаний за счет приближения условий имитации воздействия внешних факторов к реальным условиям функционирования аппаратуры путем разработки метода испытаний, учитывающего влияние основных дестабилизирующих факторов (Патент RU №2169961, кл. H01L 21/66, 1999 г.).

Недостатком данного способа является то, что этот способ не позволяет обеспечить достоверность результатов испытаний при многофакторном воздействии на приборы. Кроме того, условия реализации способа не позволяют вводить коррективы в условия испытания, тем самым приближать их к условиям реальной эксплуатации. Так же как и способ, устройство для его осуществления не обеспечивает проведение испытаний при многофакторном воздействии на исследуемые приборы.

Задача изобретения - обеспечение достоверности испытаний за счет приближения условий имитации воздействия внешних факторов к реальным условиям эксплуатации приборов. Кроме того, было необходимо создать систему для осуществления способа, которая могла бы не только имитировать различные внешние факторы для различных условий, оперативно отражать коррективы в условия испытания, в зависимости от типов испытуемых приборов, но и проводить испытания одновременно различного типа приборов. При этом испытания должны проводиться для группы приборов, принцип действия которых основан на измерениях и индикации оптических параметров.

Технический результат - повышение достоверности испытаний приборов за счет максимального приближения условий имитации воздействия внешних факторов к натурным условиям эксплуатации приборов.

Для достижения технического результата в способе испытания приборов обнаружения и мониторинга разливов нефти и нефтепродуктов на водной поверхности в натурных условиях, включающем измерение параметров приборов до и после воздействия с последующей регистрацией и обработкой показаний приборов, сначала на водной поверхности создают ограниченное по периметру пространство, в которое помещают пленкообразующее вещество, имитирующее разлив нефти и нефтепродуктов, над которым на высоте 2-3 м размещают по крайней мере один испытуемый прибор с последующим горизонтированием его над водной поверхностью, при этом производят регистрацию условий окружающей среды, которые проводятся в различное время суток и при различных погодных условиях, причем в качестве пленкообразующего вещества используют - экологически безопасный заменитель, минимальная толщина слоя которого определена чувствительностью испытуемого прибора, а максимальная толщина слоя соответствует наименьшему объему нефти и нефтепродуктов, в созданном ограниченном пространстве, и которую регистрирует исследуемый прибор, после стабилизации измерений показания испытуемого прибора фиксируют с информацией о толщине слоя пленкообразующего вещества, при этом при отсутствии показаний испытуемого прибора в ограниченное по периметру пространство дозированно вводят дополнительное количество пленкообразующего вещества, операцию повторяют до появления соответствующих показаний прибора и на основании анализа зарегистрированных данных производят оценку качественных показателей испытуемого прибора.

При этом в качестве экологически безопасного заменителя используют растительное масло, а толщина слоя пленкообразующего вещества варьируется от 5×10^-7 до 1×10^-3 м.

В качестве условий окружающей среды определяют температуру воздуха, скорость и направление ветра, высоту волны, показатели освещенности или их комбинации.

Причем, когда в качестве испытуемых приборов используют приборы, реализующие фотографический метод, в качестве условий окружающей среды определяют угол расположения солнца относительно горизонта, а также его азимут, при этом установку приборов осуществляют последовательно в нескольких точках наблюдения.

Кроме того, дополнительно проводится испытание на эффект «ложного срабатывания», при котором проводят снятие показаний приборов на фиксирование инородных предметов в зоне ограниченного водного пространства, причем в качестве материала инородных тел используют дерево, пенополистирол, полиэтилен, полиэтилентерефталат, стекло, плавающие объекты с металлическими вставками из железа и алюминия или их комбинацию.

Система испытания приборов обнаружения и мониторинга разливов нефти и нефтепродуктов на водной поверхности в натурных условиях, состоящая из связанных между собой блока испытуемых приборов, блока приема сигналов, блока анализатора, дополнительно содержит блок имитации разлива нефти и нефтепродуктов, блок подачи пленкообразующего вещества, персональный компьютер, при этом блок имитации разлива нефти и нефтепродуктов связан с блоком испытуемых приборов, блоком приема сигнала и через блок подачи пленкообразующего вещества блок имитации разлива нефти и нефтепродуктов связан с блоком анализатора, причем блок испытуемых приборов установлен на неподвижной платформе и выполнен в виде кронштейна, на верхней штанге которого закреплен по крайней мере один испытуемый прибор.

Неподвижная платформа выполнена в виде причала или плавсредства.

Блок анализатора содержит узел определения температуры воздуха, скорости и направления ветра, высоты волны, показателей освещенности, угла расположения солнца относительно горизонта, азимута солнца.

Блок имитации разлива нефти и нефтепродуктов выполнен в виде бонового заграждения и снабжен устройством закрепления бонового заграждения.

При этом блок подачи пленкообразующего вещества выполнен в виде дозирующего устройства.

Кроме того, кронштейн блока испытуемых приборов установлен с возможностью поворота вокруг оси, при этом на кронштейне размещены регулировочные механизмы для горизонтирования испытуемого прибора.

Размещение прибора или приборов на высоте 2-3 м над водной поверхностью определяется несколькими обстоятельствами. Во-первых, техническими характеристиками приборов, ограничивающими высоту, на которой прибор способен обнаружить разлив нефти и нефтепродуктов. Во-вторых, высота определяется потенциальными условиями дальнейшей эксплуатации, т.е. теми высотами, на которых планируется установка прибора на объектах мониторинга - подводных переходах магистральных нефте- и нефтепродуктопроводов и акваториях нефтеналивных портов. Расстояние может варьироваться в зависимости от указанных выше обстоятельств.

Толщина слоя пленкообразующего вещества в виде экологически безопасного заменителя варьируется в следующих пределах. Минимальная толщина определяется чувствительностью испытуемого прибора, а максимальная величина толщины слоя устанавливается согласно поставленным в исследовании целям, т.е. наименьшему объему разлива нефти и нефтепродуктов, в созданном ограниченном пространстве, который должен быть обнаружен испытуемым прибором. При отсутствии сигналов об обнаружении от испытуемого прибора при прохождении испытаний в установленных пределах толщины слоя пленкообразующего вещества прибор считается не прошедшим испытания.

Исследование необходимо проводить в стабильных пространственных условиях для возможности контроля толщины пленки, в связи с этим в конструкции присутствует устройство для закрепления боновых заграждений.

Экспериментально было установлено, что при испытаниях толщина слоя пленкообразующего вещества варьируется от 5×10^-7 до 1×10^-3 м.

Испытания проводят для группы приборов, принцип действия которых основан на измерениях и индикации оптических параметров.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена блок схема, реализующая способ испытания приборов обнаружения и мониторинга разливов нефти и нефтепродуктов на водной поверхности в натурных условиях, на фиг. 2 представлено конструктивное решение системы испытания приборов.

Система испытания приборов обнаружения и мониторинга разливов нефти и нефтепродуктов на водной поверхности в натурных условиях состоит из 1 - блок испытуемого прибора (или приборов, или аппаратуры), 2 - блок имитации разлива нефти и нефтепродуктов, 3 - блок приема сигнала, 4 - блок анализатора, 5 - персональный компьютер, 6 - блок подачи пленкообразующего вещества, 7 - исследуемый прибор или приборы (датчик обнаружения разлива нефти или нефтепродуктов), 8 - боновое заграждение, 9 - пленкообразующее вещество (экологически безопасный заменитель нефти или нефтепродуктов), 10 - устройство закрепления бонового заграждения, L - высота 2-3 м.

Причем как конструкция блока испытуемого прибора 1, так и система обработки показаний, позволяют проводить испытания не только одновременно нескольких приборов одной системы, но и различного типа приборов. Испытания проводят для группы приборов, принцип действия которых основан на измерениях и индикации оптических параметров.

Способ испытания приборов обнаружения и мониторинга разливов нефти и нефтепродуктов на водной поверхности в натурных условиях осуществляется следующим образом.

Пример 1. Способ испытания приборов, основанных на фотографическом принципе работы.

В качестве прибора, основанного на фотографическом принципе работы, испытания по способу проходила тепловизионная камера NEC (производитель - Япония). На камеру 7 производилась съемка пятна пленкообразующей жидкости 9 с различных расстояний и углов оптической оси камеры к водной поверхности, далее происходила передача снимка последовательно на блоки 3, 4, 5. На блоке 5 изображение на снимке визуально оценивалось и анализировалось. По результатам испытаний результативность обнаружения разлива прибором составила 53,3%. Посредством реализации способа было установлено, что оперативное обнаружение разливов нефти и нефтепродуктов с помощью камеры зависит от множества факторов, в т.ч. угла между водной поверхностью и оптической осью тепловизора; выявлена необходимость дополнительной инфракрасной подсветки поверхности мониторинга в условиях ночи, пасмурной погоды, дождя, тумана, а также для обнаружения разлива на больших расстояниях. Была отмечена возможность «ложного срабатывания» в связи со сходством индикации пятен пленкообразующего вещества и участками ветрового сглаживания поверхности моря.

Пример 2. Способ испытания приборов, основанных на флуоресцентном принципе работы.

В качестве приборов, основанных на флуоресцентном принципе работы, испытания по способу проходили дистанционный бесконтактный сенсор нефтяных загрязнений ROW (производство - Эстония) и флуоресцентный лидар BlueHawk (производство - Эстония). Данные приборы 7 крепились на блоке 1 таким образом, чтобы их оптическая ось была перпендикулярна водной поверхности. Производилась подача пленкообразующего вещества 9 в блок 2, ограниченный боновыми заграждениями 8, посредством блока 6. Приборы 7, излучая вспышки флуоресценции, принимая ответные вспышки с водной поверхности от пятна пленкообразующей жидкости 9 и обрабатывая их согласно внутреннему алгоритму, подавали сигнал последовательно на блоки 3, 4, 5. Посредством программного обеспечения, входящего в комплект приборов 7, на блоке 5 отображались показания приборов 7 об обнаружении пятна или его отсутствии. При отсутствии сигнала об обнаружении блок 6 подавал дополнительный объем пленкообразующей жидкости 9 в блок 2. По результатам испытаний результативность обнаружения разлива приборами составила 51,5% и 27,2% соответственно. Посредством реализации способа было установлено, что приборы, основанные на флуоресцентном принципе работы, показали свою надежность при обнаружении нефтяных пятен, однако они недостаточно чувствительны для раннего обнаружения пятен нефтепродуктов. На примере ROW была отмечена тенденция к ухудшению способности раннего обнаружения разлива нефти или нефтепродуктов в облачную погоду и погоду с осадками (дождь, туман).

Пример 3. Способ испытания приборов, основанных на лазерном принципе работы.

В качестве прибора, основанного на лазерном принципе работы, испытания по способу проходил лазерный регистратор разливов нефтепродуктов «Краб-1» (Производство РФ). Прибор 7 крепился к блоку 1 таким образом, чтобы его оптическая ось была перпендикулярна водной поверхности. Производилась подача пленкообразующего вещества 9 в блок 2, ограниченный боновыми заграждениями 8, посредством блока 6. Прибор 7, испуская лазерный пучок на водную поверхность, принимая отраженный лазерный свет посредством входящей в его конструкцию собирающей линзы и обрабатывая с помощью внутреннего алгоритма, подавал сигнал последовательно на блоки 3, 4, 5. Посредством числового отображения сигнала на блок 5 делался вывод об обнаружении разлива или его отсутствии. При отсутствии сигнала об обнаружении блок 6 подавал дополнительный объем пленкообразующего вещества 9. По результатам испытаний результативность обнаружения разлива прибором составила 100%. Посредством реализации способа было установлено, что способность к раннему обнаружению разливов нефти и нефтепродуктов у регистратора стабильна и не зависит от условий окружающей среды. Была установлена особенность данного прибора, связанная с необходимостью закрепления регистратора таким образом, чтобы его оптическая ось была максимально перпендикулярна зеркалу воды, также была отмечена тенденция к общему снижению уровня сигнала прибора при увеличении волнения с сохранением отношения уровня сигнала на пленку к уровню сигнал по чистой воде.

В результате осуществления способа с использованием предлагаемой системы было установлено следующее.

- Испытуемые приборы, основанные на фотографическом принципе работы, не соответствуют требованиям, предъявляемым к приборам обнаружения и мониторинга разливов на магистральных нефте- и нефтепродуктопроводов и акваториях нефтеналивных портов.

- Испытуемые приборы, основанные на флуоресцентном принципе работы, не соответствуют требованиям, предъявляемым к приборам обнаружения и мониторинга разливов на магистральных нефте- и нефтепродуктопроводов и акваториях нефтеналивных портов.

- Испытуемые приборы, основанные на лазерном принципе работы, соответствуют требованиям, предъявляемым к приборам обнаружения и мониторинга разливов на магистральных нефте- и нефтепродуктопроводов и акваториях нефтеналивных портов, и могут использоваться на подобных объектах.

Таким образом, при реализации предложенного способа и системы было достигнуто повышение достоверности испытаний приборов за счет максимального приближения условий имитации воздействия внешних факторов к натурным условиям эксплуатации приборов.

Изобретение предназначено для испытания приборов обнаружения и мониторинга разливов нефти и нефтепродуктов на водной поверхности в натурных условиях. Сущность: измеряют параметры приборов до и после воздействия с последующей регистрацией и обработкой их показаний. При этом сначала на водной поверхности создают ограниченное по периметру пространство (8), в которое помещают пленкообразующее вещество (9), имитирующее разлив нефти и нефтепродуктов. Причем в качестве пленкообразующего вещества используют экологически безопасный заменитель, минимальная толщина слоя которого определена чувствительностью испытуемого прибора (7), а максимальная толщина слоя соответствует наименьшему объему нефти и нефтепродуктов в создаваемом ограниченном пространстве, который регистрирует испытуемый прибор. Испытуемый прибор размещают над ограниченным пространством на высоте 2-3 м (L) с последующим горизонтированием его над водной поверхностью. Регистрируют условия окружающей среды в различное время суток и при различных погодных условиях. После стабилизации измерений показания испытуемого прибора фиксируют вместе с информацией о толщине слоя пленкообразующего вещества. При отсутствии показаний испытуемого прибора в ограниченное по периметру пространство дозированно вводят дополнительное количество пленкообразующего вещества. Операцию повторяют до появления соответствующих показаний прибора. На основании анализа зарегистрированных данных оценивают качественные показатели испытуемого прибора. Система для осуществления данного способа состоит из блока (1) испытуемых приборов, блока (2) имитации разлива нефти и нефтепродуктов, блока (3) приема сигналов, блока (4) анализатора, персонального компьютера (5), блока (6) подачи пленкообразующего вещества. Технический результат: повышение достоверности испытаний приборов за счет максимального приближения условий имитации воздействия внешних факторов к натурным условиям эксплуатации приборов. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ испытания приборов обнаружения и мониторинга разливов нефти и нефтепродуктов на водной поверхности в натурных условиях, включающий измерение параметров приборов до и после воздействия с последующей регистрацией и обработкой показаний приборов, отличающийся тем, что сначала на водной поверхности создают ограниченное по периметру пространство, в которое помещают пленкообразующее вещество, имитирующее разлив нефти и нефтепродуктов, над которым на высоте 2-3 м размещают по крайней мере один испытуемый прибор с последующим горизонтированием его над водной поверхностью, при этом производят регистрацию условий окружающей среды, которые проводятся в различное время суток и при различных погодных условиях, причем в качестве пленкообразующего вещества используют экологически безопасный заменитель, минимальная толщина слоя которого определена чувствительностью испытуемого прибора, а максимальная толщина слоя соответствует наименьшему объему нефти и нефтепродуктов в создаваемом ограниченном пространстве, который регистрирует испытуемый прибор, после стабилизации измерений показания испытуемого прибора фиксируют с информацией о толщине слоя пленкообразующего вещества, при этом при отсутствии показаний испытуемого прибора в ограниченное по периметру пространство дозированно вводят дополнительное количество пленкообразующего вещества, операцию повторяют до появления соответствующих показаний прибора и на основании анализа зарегистрированных данных производят оценку качественных показателей испытуемого прибора.

2. Способ испытания приборов по п.1, отличающийся тем, что в качестве экологически безопасного заменителя используют растительное масло.

3. Способ испытания приборов по п.1, отличающийся тем, что при проведении испытаний толщина слоя пленкообразующего вещества варьируется от 5×10^-7 до 1×10^-3 м.

4. Способ испытания приборов по п.1, отличающийся тем, что в качестве условий окружающей среды регистрируют температуру воздуха, скорость и направление ветра, высоту волны, показатели освещенности или их комбинацию.

5. Способ испытания приборов по п.1, отличающийся тем, что в качестве испытуемых приборов используют приборы, реализующие фотографический метод, при этом в качестве условий окружающей среды определяют угол расположения солнца относительно горизонта, а также его азимут, при этом установку приборов осуществляют последовательно в нескольких точках наблюдения.

6. Способ испытания приборов по п.1, отличающийся тем, что дополнительно проводят испытание на эффект “ложного срабатывания”, при котором проводят снятие показаний испытуемых приборов на фиксирование инородных предметов в зоне ограниченного водного пространства, причем в качестве материала инородных предметов используют дерево, пенополистирол, полиэтилен, полиэтилентерефталат, стекло, плавающие объекты с металлическими вставками из железа и алюминия или их комбинацию.

7. Система испытания приборов обнаружения и мониторинга разливов нефти и нефтепродуктов на водной поверхности в натурных условиях, состоящая из связанных между собой блока испытуемых приборов, блока приема сигналов, блока анализатора, отличающаяся тем, что дополнительно содержит блок имитации разлива нефти и нефтепродуктов, блок подачи пленкообразующего вещества, персональный компьютер, при этом блок имитации разлива нефти и нефтепродуктов связан с блоком испытуемых приборов, блоком приема сигнала и через блок подачи пленкообразующего вещества блок имитации разлива нефти и нефтепродуктов связан с блоком анализатора, причем блок испытуемых приборов установлен на неподвижной платформе и выполнен в виде кронштейна, на верхней штанге которого закреплен по крайней мере один испытуемый прибор.

8. Система испытания приборов по п.7, отличающаяся тем, что неподвижная платформа выполнена в виде причала или плавсредства.

9. Система испытания приборов по п.7, отличающаяся тем, что блок анализатора содержит узел определения температуры воздуха, скорости и направления ветра, высоты волны, показателей освещенности угла расположения солнца относительно горизонта, азимута солнца.

10. Система испытания приборов по п.7, отличающаяся тем, блок имитации разлива нефти и нефтепродуктов выполнен в виде бонового заграждения.

11. Система испытания приборов по п.7, отличающаяся тем, что блок имитации разлива нефти и нефтепродуктов снабжен устройством закрепления бонового заграждения.

12. Система испытания приборов по п.7, отличающаяся тем, что блок подачи пленкообразующего вещества выполнен в виде дозирующего устройства.

13. Система испытания приборов по п.7, отличающаяся тем, кронштейн блока испытуемых приборов установлен с возможностью поворота вокруг оси, при этом на кронштейне размещены регулировочные механизмы для горизонтирования испытуемого прибора.