Чувствительный оптический кабель для системы детектирования утечек продукта

Чувствительный оптический кабель для системы детектирования утечек продукта

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области систем обеспечения безопасности эксплуатации транспортных средств, в том числе трубопроводов, а также хранилищ различных продуктов, в том числе опасных химических веществ, и может быть использовано в системах детектирования утечек, содержащих волоконно-оптические чувствительные кабели.

Под «продуктом» в настоящей заявке подразумеваются жидкие и газообразные вещества.

На сегодняшний день разработаны и используются разнообразные системы детектирования, пригодные для быстрого обнаружения крупных и средних утечек опасных химических веществ (см., например, US 4,487,057, опубл. 12/11/1996, G01R 31/11, G01M 3/04; US 4,487,057, опубл 11/12/1983, G01M 3-04; US 5177996, опубл. 12/01/1993, G01M 3-16, RU 2184306, F17D 005/02 и др.).

Вместе с тем для обнаружения малых утечек с объемами, оцениваемыми как несколько литров в час, на настоящий момент предложено лишь несколько систем.

Так, из уровня техники известно устройство обнаружения утечки жидкости, включающее токопроводящий проводник в виде кабеля, выполненного из двух спиральных проводников, разделенных изоляцией с обеспечением винтообразного зазора между ними, изоляцию и датчики утечек, выполненные с использованием материалов, многократно увеличивающих свой объем при пропитке контролируемой жидкостью (RU 2121179, Н01В 7/10, опубл. 20.06.1999 г.). В электроцепи проводников кабеля имеется сигнальное средство и источник питания. Проводники кабеля отделены друг от друга изоляцией. При утечке контролируемого продукта (нефти) датчик насыщается нефтью и значительно увеличивается в объеме, при этом он оказывает давление на элемент, сжимающий кабель, что вызывает соприкосновение проводников и замыкание электроцепи. По наличию тока в цепи судят об утечке.

Недостатком известной конструкции является ограниченность длины кабеля (не более 1 км), что связано со значительным затуханием электрического сигнала при передаче его на расстояние и вследствие этого сложностью получения достоверных сведений о произошедшей аварии. Наращивание длины кабеля возможно только построением сложной системы из километровых сегментов, каждый из которых должен быть снабжен своим электронным блоком.

Необходимо отметить, что известное устройство также может представлять потенциальную опасность из-за наличия электрических токов в кабеле, если при внешнем воздействии, повлекшем утечку, была повреждена изоляция кабеля. Кроме того, поскольку чувствительная полимерная оболочка находится снаружи, кабель легко подвержен влиянию внешних воздействий, что увеличивает как вероятность ложных срабатываний системы детектирования, так и вероятность повреждения самого кабеля. Более надежными и обеспечивающими получение информации с высокой точностью являются системы детектирования аварийных ситуаций, включающие, оптиковолоконные кабели.

В качестве примеров указанных решений можно привести US 5.636.021, US 5.046.848, US 5.355.208 и др.

Наиболее близким по технической сущности заявляемому изобретению (прототипом) является решение чувствительного оптического кабеля системы детектирования утечки продукта, раскрытой в US 6,876,786, кл. G02B 6/00.

Волоконно-оптический кабель известной системы детектирования содержит оболочку из полимера, изменяющего свой объем при контакте с контролируемым продуктом (жидким или газообразным), на которой закреплено оптическое волокно (снаружи или внутри оболочки). Оптическое волокно изменяет оптические свойства при изменении объема полимера.

Основным недостатком известного кабеля также является его физическая незащищенность от внешних воздействий, что, в свою очередь, увеличивает как вероятность ложных срабатываний системы детектирования, так и вероятность повреждения самого кабеля.

Необходимо отметить, что малые утечки практически не регистрируются действующими системами контроля расхода нефтепродуктов (в том числе и с использованием решения-прототипа), а регистрация утечек с помощью датчиков сильно зависит от их расположения, структуры грунта, расположения водоносных слоев и т.п. Неудачное расположение чувствительных элементов может привести к значительной задержке в регистрации либо к пропуску утечки.

Изобретение направлено на устранение отмеченных недостатков, для чего:

кабель, содержащий оптическое волокно, закрепленное на оболочке, выполненной из материала, изменяющего свой объем при контакте с контролируемым продуктом (чувствительный материал), дополнительно снабжен элементом жесткости (силовым элементом), перфорированной защитной оболочкой, и абсорбирующим материалом, примыкающим к указанной оболочке, выполненной из чувствительного материала. Перфорацию предпочтительно выполнять в виде прорезей или отверстий.

Абсорбирующий материал расположен таким образом, что может абсорбировать вытекающую контролируемую субстанцию на некотором расстоянии от кабеля и транспортировать ее к чувствительному материалу. Кроме того, абсорбирующий материал одновременно защищает оболочку из чувствительного материала от влияния нежелательных субстанций, например воды. Указанные функции абсорбирующего материала могут быть реализованы за счет размещения части абсорбирующего материала в перфорации оболочки с выходом его наружу, за пределы кабеля.

Изобретение иллюстрируется графическим материалом - фиг.1 и 2.

На Фиг.1 представлено схематическое изображение разреза заявляемого чувствительного оптического кабеля. Кабель содержит элемент жесткости 1, оболочку 2 из чувствительного материала, оптическое волокно 3, средство крепления 4 оптического волокна 3 к оболочке 2, защитную оболочку 5 с перфорацией 6 (прорези или отверстия) и абсорбирующий материал 7. Материал 7 располагается на наружной поверхности оболочки 2, а через прорези (отверстия) 6 выходит на наружную поверхность и может располагаться вблизи контролируемого объекта (например, нефтепровода - не показан). Фиг.1 иллюстрирует расположение элементов кабеля в отсутствие утечки контролируемого продукта.

На Фиг.2 представлено схематическое изображение разреза заявляемого чувствительного оптического кабеля, характеризующее рабочее состояние кабеля (т.е. в период, когда регистрируется утечка контролируемого продукта). При этом материал 7 значительно увеличивает объем и через прорези (отверстия) 6 выдавливается на наружную поверхность оболочки 5.

Для регистрации утечек чувствительный кабель располагают в непосредственной близости от хранилища или транспортной трубы, например зарывают в землю рядом с подземным нефтепроводом. Абсорбирующий материал 7 через прорези (отверстия) 6 обеспечивает быструю транспортировку просочившихся в грунт нефтепродуктов к оболочке 2, что существенно уменьшает время регистрации утечки и повышает надежность регистрации. Одновременно с транспортировкой детектируемого продукта абсорбирующий материал 7 предохраняет оболочку 2 от влияния нежелательных химических субстанций. Например, при использовании в качестве материала 7 достаточно плотной намотки ленты из полипропилена можно обеспечить беспрепятственную транспортировку нефтепродуктов к оболочке 2, но существенно затруднить проникновение воды, так как полипропилен хорошо смачивается нефтепродуктами, но практически не смачивается водой.

В предлагаемом устройстве оптическое волокно 3 соединено с оболочкой 2 с помощью средства 4, в качестве которого может быть использована, например, медная проволока, навитая вдоль контакта оптического волокна 3 с оболочкой 2. Под действием нефтепродуктов оболочка 2 набухает и меняет оптические свойства - пропускание, отражение или спектральные свойства волокна 3. В представленной на Фиг.2 схеме набухающая оболочка 2 изгибает волокно 3 в местах его контакта с медной проволокой, внося дополнительные потери в месте утечки нефтепродуктов, что может быть детектировано и локализовано с помощью стандартного оптического рефлектометра (не показан).

Для реализации заявляемого решения можно использовать следующие материалы:

Для защитной оболочки - полипропилен.

Для элемента жесткости - коррозионностойкую проволоку, например, из меди.

Для оболочки 2 -

Для абсорбирующего материала - полипропилен.

Технический результат заключается в повышении надежности кабеля и всей системы детектирования утечек продукта и обеспечении регистрации малых утечек.

1. Чувствительный оптический кабель для системы детектирования утечек продукта, включающий оптическое волокно, закрепленное на оболочке, выполненной из материала, изменяющего объем при контакте с контролируемым продуктом, отличающийся тем, что дополнительно снабжен элементом жесткости, защитной перфорированной оболочкой и абсорбирующим материалом, примыкающим к оболочке, выполненной из материала, изменяющего объем при контакте с контролируемым продуктом, при этом абсорбирующий материал расположен с возможностью абсорбирования вытекающего контролируемого продукта на некотором расстоянии от кабеля и транспортирования его к оболочке, выполненной из материала, изменяющего объем при контакте с контролируемым продуктом.

2. Чувствительный оптический кабель по п.1, отличающийся тем, что перфорация выполнена в виде прорезей.

3. Чувствительный оптический кабель по п.1, отличающийся тем, что перфорация выполнена в виде отверстий.

4. Чувствительный оптический кабель по п.1, отличающийся тем, что абсорбирующий материал не смачивается нежелательными для детектирования жидкостями.

5. Чувствительный оптический кабель по п.1, отличающийся тем, что абсорбирующий материал выполнен из тканого материала, легко смачиваемого контролируемым продуктом.

6. Чувствительный оптический кабель по п.1, отличающийся тем, что абсорбирующий материал выполнен из пористого материала, легко смачиваемого контролируемым продуктом.