Перед компанией «СМИС Эксперт» организациями-заказчиками дистанционных систем мониторинга нефтегазовых объектов была поставлена задача: определить и разработать методы мониторинга конструктивного состояния опор трубопроводов, которые позволят своевременно обнаруживать и предотвращать негативные последствия морозного пучения

С целью разработки и внедрения эффективных методов мониторинга конструктивного состояния опор трубопроводов, позволяющих своевременно обнаруживать и предотвращать негативные последствия морозного пучения, специалистами «СМИС Эксперт» и ее партнерами отраслевой науки был выполнен НИОКР по следующим направлениям:

- Изучение воздействия пучения на конструктив опоры трубопроводов

- Разработка методики мониторинга напряженно-деформированного состояния объекта, включая цифровую математическую модель     объекта мониторинга

- Создание матрицы граничных значений характеристик состояния несущих конструкций объекта, соответствующих нарушению нормальной эксплуатации и предаварийному изменению состояния с учетом атмосферных, геологических, эксплуатационных и др. воздействий на несущие конструкции

Морозное пучение оказывает значительное влияние на устойчивость и долговечность опор трубопроводов. При замерзании влаги в грунте происходит неравномерное увеличению его объема, что приводит к неравномерному распределению нагрузок на опоры трубопроводов, вызывая различные последствия пучения

Деформации. Замерзший грунт оказывает давление на опору, что может привести к ее изгибу, искривлению или другим видам деформации

Повреждения. Если опора не рассчитана на нагрузку от морозного пучения, она может треснуть или разрушиться, что приведет к потере несущей способности

Смещение. Под воздействием давления опора может сместиться из первоначального положения, что изменит угол наклона или направление трубопровода

Усталость материала. Повторяющиеся циклы замерзания и оттаивания могут вызвать усталость материала опоры, снижая его прочность и долговечность

Деструктивные процессы. Коррозия, трещины

Методика мониторинга напряженно-деформированного состояния опор 

Проектирование системы мониторинга конструкций опор трубопроводов производилось «СМИС Эксперт» на основании разработанной в рамках НИОКР методики мониторинга напряженно-деформированного состояния

Ключевым элементом методики мониторинга является цифровая математическая модель объекта мониторинга, которая точно отражает конструктивные особенности реального объекта, что позволяет определить максимально уязвимые элементы и задать точные критерии мониторинга

Методика мониторинга раскрывает физические характеристики объекта, определенные в отчете научно-исследовательской работы методического обеспечения разработки проектных решений системы мониторинга напряженно-деформированного состояния объекта 

Цель методики - определение способов фактической реализации мониторинга.

Задачи методики мониторинга конструкций опор

- контроль механической (конструктивной), безопасности за счет выявления на ранней стадии изменений: деформационного состояния несущих конструкций, их частей и узлов, и локализации мест таких изменений в пределах части строительного объема или конструкции

- обеспечение безопасности и эксплуатационной надежности объекта капитального строительства

Система мониторинга конструкций на базе измерительного комплекса КИД-С

Система мониторинга технического состояния несущих конструкций (в том числе опор) магистральных трубопроводов  -  это программно-аппаратный комплекс, предназначенный для непрерывного удаленного мониторинга напряженно-деформированного статуса несущих конструкций (в том числе опор) участков магистральных нефтепроводов, нефтепродуктопроводов и газопроводов, эксплуатируемых в криолитозоне

Целью  системы мониторинга технического состояния трубопроводных конструкций является предупреждение аварийного разрушения и контроля безопасной эксплуатации трубопроводов в зоне многолетней мерзлоты

Задачи системы мониторинга опор трубопроводов

-    Мониторинг напряженно-деформированного состояния (НДС) определенного в ТЗ участка магистрального трубопровода (МТ)

- Оценка текущего и прогнозируемого НДС состояния участка МТ на базе его предварительной цифровой модели, определяющей предельные напряжения, деформации или перемещения элементов конструкций

- Индикация деформаций в грунте, вмещающем датчики  СВОДД

-Прогнозирование аварийных ситуаций на участке трубопровода, связанных с состоянием несущих конструкций и грунтов

- Выявление процессов и событий, требующих оперативного реагирования и принятия решений

Принцип работы системы мониторинга на базе КИД-С

Диспетчер просматривает интерфейс и отмечает сигнал - изменение цветовой индикации по одному или нескольким из установленных датчиков с зеленого на желтый, что свидетельствует о нарушении нормального технического состояния контролируемых конструкций трубопровода

Начальник службы эксплуатации трубопровода, проинформированный о событии инициирует визуальный осмотр состояния конструкций по месту установки датчиков,  привлекает разработчика системы мониторинга для анализа базы данных по инцидентам

При необходимости проводится инструментальное обследование, по итогам которого осуществляются мероприятия по восстановлению исправного состояния конструкций объекта в плановом или оперативном порядке

Таким образом, система позволяет службе эксплуатации объекта оперативно принять решение, исключив внеплановое (аварийное) ограничение эксплуатации трубопровода

Методика мониторинга использованием волоконно-оптических датчиков деформации

Появление дефектов строительных конструкций с точки зрения физических процессов (независимо от источника природного или техногенного воздействия, или нагрузки на конструкции) связано с деформацией (перемещением, растяжением /сжатием) элементов конструкций

Основным показателем, лежащим в основе оценки прочности, прогнозирования надежности и безопасности эксплуатируемых трубопроводных систем является напряженно-деформированное состояние (НДС) конструкций

Одним из основных факторов перераспределения НДС трубопровода – и появление деформаций, являются взаимодействия в системе «трубопровод – грунт». Сезонные подвижки (просадка) грунтов, морозное пучение, циклические подмерзания и другие неконтролируемые природные явления могут привести к возникновению критического уровня НДС в трубопроводе и, как следствие, к его разрушению и утечке транспортируемого агента        

-  параметры в норме

- превышение предупредительных границ (обратить внимание руководства)

- превышение предаварийных границ (надо проводить обследование)

Контроль НДС несущих конструкций (в том числе опор) трубопроводов проводится компанией «СМИС Эксперт»

с использованием высокоточного комплекса измерения деформации КИД-С, состоящего из двух конструктивных частей: стержневого волоконно-оптического датчика деформации (СВОДД) и измерителя сигнала волоконно-оптического датчика (ИСВОД), которые соединяются с помощью волоконно-оптического кабеля (ВОК).

- ИСВОД (печатная плата измерительного модуля) предназначен для регистрации  и передачи на сервер для обработки цифровых сигналов с СВОДД, установленных в контрольных точках (потенциальных источниках деструкции) - на опорах и других определенных методикой мониторинга несущих конструкциях (например, на теле труб, фундаменте под опоры, фермах, площадках для обслуживания запорной арматуры и т.п.)

Данные о фиксируемых деформациях поступают в формате sms- или email- сообщений на удаленное автоматизированное рабочее места (APM) оператора и визуализируется на дисплее в режиме «светофора»:

- зеленый - параметры в норме

- желтный - превышение предупредительных границ (обратить внимание рук-ва)

- красный - превышение предаварийных границ (надо проводить обследование)

Преимущества внедрения системы мониторинга опор трубопроводов

В результате внедрения предлагаемого решения заказчик получает:-

- Возможность перманентного контроля напряженно-деформированного статуса (НДС) трубопровода на многолетнемерзлых грунтах (ММГ) как на отдельных участках, так и по всей его протяженности

- Возможность контроля несущей способности грунтов в местах расположения опор трубопроводной системы

- Возможность превентивного обнаружения зон деградации (деформации) трубопровода в местах превышения параметров НДС

- Возможность оперативного обнаружения утечек транспортируемого агента вследствие разрушения конструкций трубопровода

- Разработка эффективной контрольно-измерительной системы оценки напряженно-деформированного состояния трубопроводов позволит  прогнозировать возникновение аварийных ситуаций на трубопроводе

Внедрение нового экономически-эффективного метода мониторинга состояния трубопровода позволит с высокой долей вероятности прогнозировать сроки его безаварийной эксплуатации, проведения ремонтно-восстановительных работ и снизить затраты на ликвидацию последствий разрушения и капитальный ремонт

В результате внедрения решения, заказчик кардинально снизит риски, связанные с эксплуатацией трубопроводов в криолитозоне.

В том числе, будут оперативно контролироваться следующие риски:

- риск просадки опор и вызванные этими просадками повреждения металла трубопровода (снижение риска повреждения на 90%)

- риск просадки опоры трубопровода в условиях ММГ за счет процессов сезонного подтаивания (контроль риска, превентивное принятие мер)

риск возникновения и длительной реализации утечки транспортируемого агента (обнаружение утечки с точностью до 5 м, с вероятностью не хуже  0.99, в течение нескольких секунд в зависимости от внутритрубного давления)

Обсудим ваш проект мониторинга конструкций? 

Стоимость услуги мониторинга определяется объемом и сложностью работ. Чтобы узнать условия и стоимость внедрения системы мониторинга для вашего объекта, позвоните нам, отправьте электронное письмо или оставьте заявку на обратный звонок.