Регистрация / Вход
Прислать материал

Автоматизированная система контроля дефектов трубопровода с помощью системы регистрации распределения температурных полей на основе оптоволоконных сетей

ФИО: Шульпин Н. С.

Направление: Информационные технологии

Научный руководитель: д.т.н., проф. Будадин Олег Николаевич

Институт: Институт информационных технологий и автоматизированных систем управления

Кафедра: Кафедра Автоматизации

Академическая группа: АРМ-10-1

С помощью теплового контроля на практике можно определить область дефектов подземного трубопровода, зная характер изменения температуры земли с учетом изменения определенного фактора. Как следствие это позволяет быстро обнаружить область поломки, в которой необходимо произвести ремонт. Соответственно уменьшаются экономические затраты связанные со временем и затратой ресурсов на обнаружение дефекта.

Так как, на практике всегда имеет место ошибка, то для обнаружения наиболее плохого участка, задаются фиксированным значением температуры и возможным отклонением от данного значения, по итогам смотрят какое значение наиболее сильно отклоняется от заданного. Как следствие, это и есть место поломки.

Трубопроводы являются ключевыми компонентами цепочки энергоснабжения, поэтому обеспечение мониторинга их состояния является основной задачей. В связи с большой удаленностью мест прокладки трубопроводов, главной угрозой их безопасной эксплуатации являются прохождение трубопровода в опасных оползневых районах и в суровых условиях окружающей среды, а также несанкционированный доступ третьих лиц. Широко известно, что устранение последствий поломки трубопровода наносят огромный экологический и экономический ущерб. В связи с ограниченными возможностями стандартных процедур визуального обследования трубопровода и измерения объема расхода жидкости, не всегда удается предотвратить такие неблагоприятные последствия, как разрушение трубопровода и последующие утечки. Даже малейшие признаки развития опасных процессов на трубопроводе, не будучи вовремя обнаруженными, могут привести к катастрофическим последствиям. Поэтому для оценки качества трубопровода на практике применяются системы регистрации распределения температурных полей на основе оптоволоконных сетей.

Объектом исследования в теоретической части служит трубопровод, имеющий слой теплоизоляции, и который залегает под землей, в экспериментальной части – трубопровод с протечкой. В теоретической части производится оценка температуры при изменении глубины залегания и толщины слоя теплоизоляции. Исследование производится виртуально, с помощью программ написанных с использованием пакета данных Matlab. В экспериментальной части производится оценка использования системы регистрации распределения температурных полей на основе оптоволоконных сетей.

На рисунке 1 представлена физическая модель цилиндрической стенки, которая представляет собой трубопровод.

Рисунок 1 – Физическая модель цилиндрической стенки

Целью исследования является определение возможности теплового контроля дефектов трубопровода, проложенного под землей, с помощью системы регистрации распределения температурных полей на основе оптоволоконных сетей.

Задача сводиться к проведению анализа изменения температуры подземного трубопровода с использованием данной системы на реальном объекте, получению экспериментальных данных, построению соответствующих зависимостей изменения температуры от наличия дефекта, сравнению полученных данных с теоретическими, с использованием статистических методов (критерия согласия). На основании полученных зависимостей сделать соответствующие выводы об эффективности использования данной систем.

Полученные результаты

1. Исследовано температурное поле и поле теплового потока вблизи внутреннего трубопровода (размещенного в грунте) от параметров теплоизоляции трубопровода и глубины залегания.

2. Разработана математическая модель трубопровода и программное обеспечение для проведения анализа температурного поля и поля теплового потока.

3. Определено пороговое значение температуры для автоматического обнаружения дефектов.

4. По результатам теоретического и экспериментального исследования получили:

4.1. При утолщении слоя теплоизоляции тепловой поток будет уменьшаться, аналогичный вывод следует при уменьшении слоя земли

4.2. В реальных условиях, когда проводятся замеры, мы будем получать не равномерное логарифмическое изменение теплового потока, а его хаотичное распределение, для того чтобы провести верный анализ необходимо задаваться каким-то средним значением, которое мы хотим поддерживать, и те значения, которые будут сильно отличаться от заданного, принимать за ошибку, а следовательно эту ошибку надо будет устранить. Устранение будет достигаться путем ремонта теплотрассы в данном месте.

4.3. Система регистрации распределения температурных полей на основе оптоволоконных сетей помогает обнаружить дефекты, связанные с протечкой в трубе и изменением толщины слоя теплоизоляции, так как оптоволокно сильно подвержено влиянию внешней среды. И при изменении температуры, система, из-за колебаний кварца, регистрирует изменения в температуре, что позволяет достоверно определить дефект.

4.4. Данная система регистрации температурных полей дает возможность определения места появления дефекта с высокой точностью.