1.2. Выбор и обоснование направления исследований и способов решения поставленных задач
На основе проведенного анализа технического состояния и доминирующих факторов аварийности, возникающих в ходе эксплуатации газотранспортных объектов Единой системы газоснабжения России, а также методов и аппаратных средств, используемых при мониторинге магистральных газопроводов, в данном параграфе приводится выбор и обоснование направлений исследований, и способы решения поставленных задач.
Аналитический обзор состояния и тенденций развития современных методов и средств мониторинга газотранспортных объектов показывает, что:
1. Надежность ЕСГ в настоящее время находится в критическом состоянии, в основном из-за длительного срока эксплуатации. Отсутствуют эффективные методы и средства для ее повышения и в основном они заключаются в замене дефектных участков газопроводов, однако и замена требует регулярного контроля состояния газопроводов в первые годы эксплуатации из-за сложных условий их эксплуатации и размещения в подповерхностном слое земли.
2. Особо вызывают опасность аварии линейной части МГ, связанные с нарушением герметичности газопроводов и утечкой газа, что создает благоприятные условия для взрыва на месте утечки и как, следствие, большие материальные потери и финансовые затраты на проведение восстановительных работы.
3. В ЕСГ используется много различных методов обнаружения дефектов ЛЧ МГ, однако из-за особенностей конструкции газопроводов (связанных с защитой от коррозии), способов размещения их глубоко под землей и огромной длительности трасс МГ, использование многих перечисленных методов дефектоскопии, несмотря на высокую точность обнаружения и оценки дефектов, малоэффективно. Почти все существующие методы рассчитаны в основном на применение их в непосредственной близости от газопроводов, тем самым практически и экономически исключается возможность обследования длинных участков МГ.
4. Известные электрические, тепловые, магнитные, оптические, вибродиагностические, радиационные, вихретоковые, акустические, внутритрубные и др. методы неразрушающего контроля не позволяют выявлять все скрытые дефекты, возникающие в ЛЧ МГ, так как существует ряд ограничений, например, таких как: 1) герметичность трубопровода; 2) специфика дефектов; 3) специфика измеряемых характеристик; 4) особенности конструкции и размещения газопроводов. Кроме того, традиционные методы и средства НК направлены на поиск и нахождения конкретного дефекта в определенном месте залегания газопровода и не позволяют осуществить сплошную диагностику газотранспортной магистрали.
Таким образом, существующие на сегодняшний день методы диагностирования и НК объектов МГ являются неэффективными, так как в отдельности позволяют получить лишь частные (хотя может и более точные) параметры тех или иных дефектов и не обеспечивают получения всего объема необходимой информации о состоянии элементов газотранспортной системы и динамике их изменения, эти методы неэффективны с позиции основных условий эксплуатации МГ.
5. Наиболее подходящими методами для выявления дефектов в ЛЧ МГ без вскрытия подземных коммуникаций являются аэрокосмические – дистанционные, в частности лазерные методы, позволяющие получить принципиально новую по качеству и полноте информацию не только в контрольных точках, но, что особенно важно, по всей трассе участка МГ в целом. Для применения в диагностике трубопроводных систем и мониторинге окружающей среды могут быть рекомендованы фотографическая и нефотографическая космо- и аэросъемка, а также аэровизуальные обследования. Приведенный анализ показал преимущества лазерного метода зондирования (с помощью лазерных локаторов), способного быстро и эффективно обнаруживать утечки газа из МГ с борта летательного аппарата, в связи с высоким уровнем чувствительности измерений при относительно малых габаритах лазерных локаторов.
Учитывая специфику диагностируемого объекта, измеряемых характеристик, большого количества методов, диагностируемого оборудования и оснастки, актуально стоит задача разработать такую систему, которая бы была способна в комплексе обеспечить безопасную эксплуатацию газопроводов. Эта система должна базироваться на применении дистанционного метода зондирования МГ, в основном с борта летательного аппарата, как наиболее оперативного, экономически доступного и, главное, способного обследовать большие участки трасс газопровода за короткое время и независимо от ландшафта земной поверхности. Дистанционные методы имеют еще одно важное достоинство – это возможность повышения точности диагностики за счет: увеличения периодичности обследования, совершенствования программно-аппаратного комплекса с учетом особенностей размещения линейной части МГ.
На основании вышеизложенного можно сформулировать главную цель и задачи, требующие решения в данной работе.
Целью работы является улучшение технико-экономических и эксплуатационных характеристик системы управления техническим состоянием газотранспортных объектов на основе создания мобильного устройства дистанционного зондирования подстилающей поверхности с использованием информационных технологий для обработки информации по мониторингу.
Для достижения цели в работе поставлены и должны быть решены следующие задачи:
Разработка метода дистанционного зондирования газотранспортных объектов на основе лазерных и наземных наблюдений.
Исследование характеристик поведения газового облака в окрестностях газотранспортной магистрали.
Разработка модели системы дистанционного зондирования и управления и компьютерное моделирование профилей концентрации стравливаемого газа.
Анализ чувствительности системы зондирования для мониторинга и управления техническим состоянием газотранспортных объектов.
Разработка теории оптимального компьютерного моделирования структуры базовых лазерных устройств.
Разработка программно-аппаратных средств комплекса дистанционного зондирования технического состояния объектов газотранспортной системы, на основе лазерно-информационных технологий.
Разработка компьютерной (с использованием нейронных сетей) модели работы разработанных устройств, программно-аппаратного комплекса в реальных условиях.
Разработка методики дистанционного зондирования газопроводов с применением программно-аппаратного комплекса.
Проведение калибровочных испытаний аппаратуры. Отладка и калибровка совместного функционирования всего аппаратного комплекса лазерного зондирования. Интеркалибровка комплекса технических средств лазерного локатора.
Разработка методики аттестации технических средств базового лазерного устройства.
Создание геоинформационной сети и формирование составляющих интегрированной базы данных.
Разработка автоматизированного рабочего места конструктора лазерных устройств ближнего действия.
Разработка автоматизированной информационно-справочной системы сбора и обработки данных мониторинга состояния МГ.
Разработка методов и программных средств оценки качества данных, полученных при дистанционном зондировании мобильным лазерным локатором.
Создание базы данных высотных профилей параметров концентрации метана вблизи МГ, адекватно отражающих пространственно-временные и районные изменения.
Разработка методов и алгоритмов для единообразной обработки данных дистанционного зондирования.
Проведение дистанционного зондирования мобильным лазерным локатором приземного слоя атмосферы и подстилающей поверхности вблизи газотранспортных объектов.
Исследование и прогнозирование динамики утечки углеводородов из газотранспортных объектов при различных условиях эксплуатации.
В процессе решения поставленных задач в работе будут использованы принципы системного подхода и объектно-ориентированного программирования, теории управления, вероятностей и математической статистики, теории оптимизации, математического моделирования и технической диагностики, лазерной спектроскопии и оптики, а также численные методы решения уравнений и экспериментальные методы исследования.
|
