Способ прогнозирования дефектов подземных трубопроводов

Способ прогнозирования дефектов подземных трубопроводов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области технической диагностики подземных трубопроводов, в частности к прогнозированию дефектов подземных трубопроводов методами дистанционного зондирования с применением аэрокосмической съемки в различных спектральных диапазонах.

Диагностика подземных трубопроводов является важной задачей в силу широкой распространенности подобных объектов, их повышенной аварийной опасности и, при этом, подверженности их воздействию многочисленных источников возникновения дефектов как природного, так и техногенного (антропогенного) характера.

Вместе с тем использование современных методов диагностики имеет ряд существенных ограничений, основным из которых является высокая стоимость.

Детальную оценку состояния трубопровода обеспечивают наземные (на поверхности труб) методы диагностики, обладающие наивысшей чувствительностью контроля. При этом они характеризуются очень низкой производительностью из-за необходимости проведения предварительных мероприятий, таких как, например, земельные работы по вскрытию трубопровода или шурфование, и сложности реализации измерений.

Удешевление и ускорение диагностики с сохранением ее полноты и достоверности возможно за счет точного прогнозирования дефектов, заключающегося в определении зон их возможного возникновения, что позволит сократить объем наземных работ.

Частично данную задачу решают методами внутритрубной дефектоскопии. Она способна выявлять отдельные крупные дефекты трубопроводов, что позволяет предполагать наличие поблизости и более мелких. Вместе с тем на других участках трубопровода невыявленные мелкие дефекты могут иметь большую скорость развития, обусловленную воздействием определенных источников. В результате при отсутствии повторной диагностики может произойти неожиданная авария трубопровода. Указанные обстоятельства снижают достоверность оценки и прогнозирования состояния трубопровода и требуют высокой периодичности контроля. Кроме того, ограничения в применении внутритрубной дефектоскопии связаны с необходимостью наличия специальных камер приема и запуска; узкой специализацией снарядов по типам дефектов, диаметрам труб; высокой стоимостью работ.

Высокой оперативностью, полнотой и достоверностью распознавания некоторых наземных и подземных объектов обладают методы дистанционного зондирования с использованием аэрокосмической съемки. К тому же картографические свойства большинства получаемых изображений обеспечивают высокую точность привязки.

Известны классические способы оценки состояния подземных трубопроводов с вертолетов и самолетов (см., например, Правила технической эксплуатации магистральных газопроводов, ВРД-39-1.10-006-2000, приложение 17). В качестве метода дистанционного зондирования обычно используется визуальный контроль, дополнительно могут применяться локальное фотографирование и видеосъемка. Указанные способы предназначены, в первую очередь, для обнаружения районов крупных повреждений, аварий трубопроводов. Задача прогнозирования мест возможного возникновения дефектов трубопроводов решается выявлением грубых нарушений режимов охранной зоны и зон минимальных расстояний, являющихся потенциальными источниками дефектов.

Достоинством визуальных методов контроля является высокая оперативность получения информации.

К недостаткам относятся:

ограниченный состав получаемой и фиксируемой информации;

низкая достоверность, обусловленная субъективным восприятием и оценкой оператора.

Известен способ дистанционного (с самолета или вертолета) обнаружения утечек экологически опасных газов, предназначенный для обнаружения мест утечек из магистральных газопроводов (см. Андреева Н.П., Барашков М.С. и др., патент №2158423, РФ, 2000 г.). Способ включает последовательное облучение места предполагаемого появления опасных газов лазерным излучением с длиной волны, попадающей в полосу поглощения опасных газов, регистрацию отраженного излучения и формирование видеосигналов. Техническим результатом является увеличение вероятности обнаружения опасных газов при одновременном уменьшении вероятности ложных срабатываний (тревог).

Данный способ направлен на выявление только одного из последствий аварии (повреждения) трубопровода, при этом местоположение и размеры повреждения точно не определяются. Кроме того, невозможно определить источник (причину) возникновения дефекта, развитие которого привело к аварии, и спрогнозировать возможность дальнейшего разрушения трубопровода.

Известны также способы дистанционного обнаружения утечек нефти и жидких углеводородов (см. Алеев P.M., Алешко Е.И., Чепурский В.Н., патенты №№2073816, 2079772, РФ, 1996 г.).

Оба способа включают:

аэросъемку теплового поля трассы трубопровода;

определение пороговых значений яркости;

определение местоположения локальных участков с аномальной температурой;

фиксирование значения яркости теплового поля локальных участков.

Дополнительно проводится лазерное зондирование подстилающей поверхности трассы трубопровода на нескольких определенных длинах волн.

Место течи определяют по местоположению локального участка с аномальной температурой, для которого различия логарифмов яркостей или интенсивности рассеяния лазерного излучения превышают заданный пороговый уровень.

Несмотря на сложный состав задействующейся аппаратуры два последних способа, как и предыдущий, являются узконаправленными, не способными дать комплексную оценку состояния подземных трубопроводов, позволить осуществить прогноз возникновения, развития дефектов и образования новых повреждений, определить сроки и места проведения детальной наземной и(или) внутритрубной диагностики.

В качестве прототипа принят способ по патенту РФ №2079772.

Цель настоящего изобретения: повысить достоверность и точность прогнозирования дефектов подземных трубопроводов методами дистанционного зондирования с использованием материалов аэрокосмической съемки видового и инфракрасного спектральных диапазонов.

Обозначенная цель достигается решением следующих задач:

учетом влияния всех возможных источников, расположенных в зоне прокладки трубопровода, приводящих к возникновению его дефектов;

определением зон возможного возникновения дефектов трубопроводов;

картированием всех выявленных объектов.

Для решения поставленных задач производят аэрокосмическую съемку трубопроводов в видимом и инфракрасном диапазонах электромагнитного спектра.

На материалах инфракрасной съемки дешифрируют подземный трубопровод по характерному тепловому следу, представляющему собой тоновые отличия линейной формы, обусловленные разностью температур транспортируемого продукта и окружающей среды.

Ось теплового следа, являющуюся наземной проекцией оси подземного трубопровода, переносят и обозначают на изображении видимого диапазона, формируя тем самым карту трубопровода.

Откладывают от оси по карте расстояния, соответствующие половине ширины охранной зоны, определяют и обозначают на изображении видимого диапазона границы охранной зоны и переносят их на инфракрасное изображение.

На изображении видимого диапазона дешифрируют и обозначают объекты, для которых нормативными документами предписаны минимальные расстояния до трубопроводов, считая их потенциальными источниками дефектов.

В границах охранной зоны на изображениях инфракрасного и видимого диапазонов дешифрируют природные и техногенные потенциальные источники возникновения дефектов, для которых нормативами не определены минимальные расстояния от трубопровода, переносят и обозначают их на упомянутой карте.

Измеряют расстояния по карте от проекции оси трубопровода до каждого из выявленных потенциальных источников дефектов и сравнивают их с предельным расстоянием воздействия на трубопровод, полученным экспериментальным, расчетно-статистическим путем, либо определенным существующими нормативами.

Потенциальные источники, измеренное расстояние до которых от трубопровода меньше предельного расстояния воздействия, считают источниками возникновения дефектов. Для них определяют и наносят на карту зоны их негативного воздействия, ограниченные внешним контуром, удаленным от контура источника на предельное расстояние его воздействия.

Проекции указанных зон на ось трубопровода считают зонами возможного возникновения дефектов трубопровода и выделяют их на карте.

Повышение достоверности и точности прогнозирования возникновения дефектов трубопровода достигается:

учетом влияния дополнительных факторов, в качестве которых выступают техногенные и природные источники возникновения дефектов трубопровода, расположенные в зоне его прокладки;

сравнением и комплексированием результатов дешифрирования материалов съемки различных спектральных диапазонов;

использованием картографических свойств аэрокосмических снимков с точностью привязки на местности, определяемой линейным разрешением изображения видимого диапазона.

Возможность осуществления способа рассматривается на примере прогнозирования возникновения дефектов магистрального газопровода.

На фиг.1 изображена схема геотехнической системы, основным объектом которой является магистральный газопровод.

На фиг.2 - классификация техногенных источников дефектов газопровода.

На фиг.3 - классификация природных источников дефектов газопровод.

На фиг.4 - вариант построения зон возможного возникновения дефектов.

Подземный трубопровод 1 (фиг.1) на материалах инфракрасной съемки дешифрируют по характерному тепловому следу, представляющему собой тоновые отличия линейной формы, более светлые по отношению к окружающему фону, обусловленные превышением температуры транспортируемого газа над температурой окружающей среды.

Охранная зона магистрального газопровода установлена в переделах участка земли, ограниченного условными линиями, проходящими в 25 м от оси трубопровода с каждой стороны.

К числу объектов, являющихся потенциальными источниками возникновения дефектов магистральных газопроводов, для которых установлены минимальные расстояния, относятся, например, опоры воздушных линий электропередачи 2, притрассовые автодороги, магистральные оросительные каналы и коллекторы, реки и водоемы, вдоль которых прокладывается трубопровод. Эти объекты обычно распознают по набору прямых дешифровочных признаков.

К потенциальным источникам возникновения дефектов в охранной зоне газопровода относят все техногенные объекты, нарушающие режим указанной зоны или проложенные с нарушением норм проектирования. Например, источниками дефектов могут являться несанкционированные переезды и стоянки техники, пересекающие трубопровод железные дороги 3 и другие трассы коммуникации с нарушениями норм прокладки. Классификация техногенных источников дефектов магистральных газопроводов представлена на фиг.2, где обозначено: 7 - техногенные (антропогенные) источники; 8 - нарушения правил эксплуатации оборудования; 9 - нарушения минимальных допустимых расстояний; 10 - нарушения режима охранной зоны; 11 - нарушения технологии строительных и ремонтных работ; 12 - опоры ЛЭП до 35 кВ (ближе 5 км); 13 - притрассовые дороги (ближе 10 км); 14 - магистральные оросительные каналы и коллекторы (ближе 200 м); 15 - реки и водоемы (ближе 200 м); 16 - переезды и стоянки техники; 17 - переходы через автомобильные и железные дороги; 18 - пересечения трасс коммуникаций.

К природным потенциальным источникам возникновения дефектов в охранной зоне газопровода относят, в частности, поверхностные 4 и подпочвенные водотоки 5, водоемы или области аккумуляции воды 6. Классификация природных источников дефектов магистральных газопроводов представлена на фиг.3, где обозначено: 19 - природные источники; 20 - атмосферные процессы и явления; 21 - сейсмические смещения; 22 - смещения, определяемые гравитационными и другими силами; 23 - воздействие подземных вод; 24 - воздействие поверхностных вод; 25 - области аккумуляции воды; 26 - подпочвенные водотоки; 27 - участки повышенной влажности грунта; 28 - поверхностные водотоки.

Наземные природные и технические объекты дешифрируют обычно на изображениях видимого диапазона по набору характерных дешифровочных признаков. Подземные объекты, как правило, имеют прямое проявление на инфракрасных изображениях в виде тоновых отличий, обусловленных различными температурами и коэффициентами излучения увлажненных участков почв над объектами, участков с измененной структурой почв, характером растительности и т.п.

Предельное расстояние воздействия выявленных источников на трубопровод принимают равным установленным минимальным допустимым расстояниям. Предельное расстояние воздействия объектов, для которых не установлены минимальные расстояния (в частности, для большинства природных объектов), определяют предварительно экспериментальным или расчетно-статистическим путем с учетом различных условий прокладки и эксплуатации трубопровода. При этом предполагают, что поскольку минимальные допустимые расстояния для них не определены, предельное расстояние воздействия указанных объектов на трубопровод не превышает половины ширины охранной зоны однониточного газопровода.

Зоны негативного воздействия всех выявленных объектов, ограниченные внешним контуром, удаленным от контура источника на предельное расстояние воздействия, наносят на карту, после чего определяют проекции указанных зон на ось трубопровода.

Результатом прогнозирования является карта зон возможного возникновения дефектов трубопровода с указанием вызывающих их источников.

Таким образом, решение поставленных задач обеспечивает достижение цели: получены значительно более достоверные и точные данные о зонах возникновения дефектов, по которым можно осуществить прогнозирование состояния газопровода, провести выборочное планирование наземной диагностики, сократив тем самым общие сроки и стоимость выполнения работ.

Способ прогнозирования дефектов подземных трубопроводов, включающий аэрокосмическую съемку трубопроводов в видимом и инфракрасном диапазонах спектра, дешифрирование на инфракрасном изображении теплового следа трубопровода, отличающийся тем, что ось теплового следа, являющуюся наземной проекцией оси трубопровода, переносят и обозначают на изображении видимого диапазона, формируя тем самым карту трубопровода, откладывают от оси по карте расстояния, соответствующие половине ширины охранной зоны, определяют и обозначают на изображении видимого диапазона границы охранной зоны и переносят их на инфракрасное изображение, на изображении видимого диапазона дешифрируют и обозначают объекты, для которых предписаны минимальные допустимые расстояния до трубопроводов, считая их потенциальными источниками дефектов, в границах охранной зоны на изображениях инфракрасного и видимого диапазонов дешифрируют природные и техногенные потенциальные источники возникновения дефектов, для которых нормативами не определены минимальные допустимые расстояния от трубопровода, переносят и обозначают их на упомянутой карте, измеряют расстояния по карте от проекции оси трубопровода до каждого из выявленных потенциальных источников дефектов и сравнивают их с предельным расстоянием воздействия на трубопровод, полученным экспериментальным расчетно-статистическим путем, либо определенным существующими нормативами, потенциальные источники, измеренное расстояние до которых от трубопровода меньше предельного расстояния воздействия, считают источниками возникновения дефектов, определяют и наносят на карту зоны их негативного воздействия, ограниченные внешним контуром, удаленным от контура источника на предельное расстояние его воздействия, проекции указанных зон на ось трубопровода считают зонами возможного возникновения дефектов трубопровода и выделяют их на карте.