Применение волоконно-оптической технологии во внутритрубной диагностике нефтегазопроводов | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 28 сентября, печатный экземпляр отправим 2 октября.

Опубликовать статью в журнале

Автор:

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №49 (235) декабрь 2018 г.

Дата публикации: 06.12.2018

Статья просмотрена: 172 раза

Библиографическое описание:

Задворный И. В. Применение волоконно-оптической технологии во внутритрубной диагностике нефтегазопроводов // Молодой ученый. — 2018. — №49. — С. 36-38. — URL https://moluch.ru/archive/235/54455/ (дата обращения: 18.09.2019).



В статье описаны волоконно-оптические датчики, принцип действия и применение.

Ключевые слова: волоконно-оптические датчики, нефть, газ, диагностика.

Fiber optic sensors, principle of operation and application.

Keywords: fiber optic sensors, oil, gas, diagnostics.

Нефтяная и газовая промышленность является одной из ведущих отраслей во всём мире. Она включает в себя добычу, транспортировку, хранение. В силу специфики данной отрасли к ней применяются повышенные требования, как в части безопасности, так и к экологическим показателям. Благодаря жестким требованиям нефтегазовая промышленность является одной из лидирующих отраслей по изобретениям и внедрением новейших систем контроля и сбора данных на всех этапах производства. Требования, предъявляемые к данному сектору на столько высоки, что оборудование спроектированное для большинства работ может конкурировать с космическими разработками и оборонной техникой по применяемым технологиям и решениям.

Одним из направлений которое является основным потребителем инновационных и прорывных решений это внутритрубная диагностика нефтегазовых трубопроводов, она является неотъемлемой частью транспортировки нефти и газа. Приборы, созданные для диагностики, вобрали в себя новейшие материалы, технологии и измерительные системы несущие на своем борту мини компьютеры для сбора данных и обработки информации. Существует множество измерительных систем на основе ультразвуковых, магнитных, вихретоковых и других датчиков. Одним из современных и новых направлений можно выделить волоконно-оптические технологии. Волоконно-оптические технологии существуют не первый день, но в нефтегазовой отрасли они появились позже других. Волоконно-оптические датчики (ВОД) открывают новые возможности для данной сферы в силу превосходства по определённым показателям другие датчики.

ВОД благодаря своим материалам могут быть диэлектриками, не проводящими электричество и не чувствительны к электромагнитным помехам, что позволяет использовать их во взрывоопасных средах. Так же ВОД могут работать в зоне высоких температур и давлений, что даёт возможность установки их там, где другие датчики не могут работать.

Волоконно-оптические датчики могут измерять почти все возможные параметры. Такие как температура, давление, магнитное поле, положение в пространстве, концентрацию газа, вибрацию, расстояние и многое другое.

Кроме отличных измерительных характеристик ВОД обладаю и другим не менее впечатляющими качествами такими как высокая надёжность, низким энергопотреблением, небольшими габаритами, невысокой стоимостью материалов для изготовления и длительным временем работы.

Принцип действия волоконно-оптических датчиков

Принцип действия волоконно-оптических датчиков основан на конвертировании измеряемой величин в световой сигнал. Далее полученный сигнал обрабатывается приемником, а приемник в свою очередь пересылает в обрабатывающий центр для интерпретации и использования полученных данных. Световой поток, передаваемый по оптическому волокну источником, может изменяться и отличаться по частоте, фазе, амплитуде импульсов и поляризации, также световой поток можно увеличивать или уменьшать.

Волоконно-оптические датчики можно разделить на два основных вида:

  1. Датчики, где оптическое волокно является передатчиком сигнала.

Такие датчики используют оптическое волокно в качестве элемента для передачи светового сигнала от источника света к датчику и от датчика к приемнику. Факторами, влияющими на результат измерения величин и характеристик, могут быть: изменение интенсивности светового потока, изменение длины волны и фильтрация длины волны светового потока, передаваемого по оптоволокну.

  1. Датчики, где оптическое волокно является чувствительным элементом.

В таких датчиках оптическое волокно изменяет свои передающие характеристики. Оптоволокно помимо передатчика являются датчиком. Параметр, который измеряется воздействует на характеристики волокна, что в свою очередь влияет на характеристики передаваемого по нему светового луча.

ВОД делятся на три типа датчиков:

1 тип — Регистрация изменения характеристик под внешним механическим воздействием;

2 тип — Регистрация изменения светового потока, проходящего через проводник;

3 тип — Регистрация изменения светового потока, проходящего через проводник чувствительным элементом, установленном на противоположном конце проводника от источника света.

Применение волоконно-оптических датчиков

В нефтяной отрасли ВОД активно применяются и позволяют создавать волоконно-оптические системы мониторинга для оборудования, задействованного в нефтедобыче, строительстве скважин и месторождений.

В газовой отрасли применение датчиков давления, температуры, деформации и коррозии для диагностики технического состояния газопроводов позволяет оперативно получать достоверную информацию. Это позволяют формировать оперативные данные о техническом состоянии трубопроводной обвязки компрессорных станций не зависимо от температуры окружающей среды, радио и электропомех, что дает возможность определить остаточный ресурс газопровода и минимизировать затраты на обслуживание и ремонт газотранспортной системы.

Мировыми производителями волоконно-оптических датчиков для нефтегазовой отрасли являются Weterford, Backer Hughes, Halliburton, Schlumberger и российские предприятия «Омега», «Оптолинк», «Интел-Системы». Объем рынка продаж волоконно-оптических датчиков для тяжелых условий, за последние 5 лет, вырастет до $3,5 млрд с $1,5 млрд.

Перспективность применение волоконно-оптических датчиков для внутритрубной диагностики

На базе современных волоконно-оптических датчиков могут создаваться приборы контроля для внутритрубной диагностики, способные работать в экстремальных условиях и получать информацию не доступную другим типам датчиков. Помимо геометрических данных трубопровода, приборы, снабженные датчиками, созданными на оптоволоконной технологии способны получать данные о химическом составе нефти и нефтепродуктов на объектах нефтехимии, поскольку для оптимизации процесса необходима точная и своевременная информация о состоянии нефтепродуктов.

Так же для бесконтактных измерений сильных магнитных полей и токов применяются волоконно-оптические датчики на магнитооптическом эффекте Фарадея. Для определения пространственного местоположения используются волоконно-оптические гироскопы кольцевого типа, основанные на эффекте Саньяка, отличающиеся от механических гироскопов отсутствием подвижных элементов, высокой чувствительностью и линейной характеристикой измерения, практически мгновенным временем запуска. Данные гироскопы не восприимчивы к электромагнитным помехам.

Литература:

  1. «Волоконно-оптические датчики» / Окоси Т. и др., пер с японского: Энергоатомиздат, 1990 г.
  2. Системы технического зрения (принципиальные основы, аппаратное и математическое обеспечение) / А. Н. Писаревский, А. Ф. Чернявский, Г. А. Афанасьев и др.; Под общ. ред. А. Н. Писаревского, А. Ф. Чернявского. Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1988. 424 с.
  3. Прикладная оптика: Учеб. пособие / Л. Г. Бобчук, Ю. В. Богачев, Н. П. Заказнов и др.; Под общ. ред. Н. П. Заказнова. М.: Машиностроение, 1988. -312 c.
  4. Мониторинг технического состояния арктического магистрального газопровода / Буймистрюк Г. Я., Мелехов Ю. С., Гулиянц Р. Ц. и др.: Oil&Gas Journal Россия, 2008. № 6.
  5. Advanced systems for in-well optical fi bre sensing / Shiach G., Nolan A.: J. of Physics. 2007. v. 76.
  6. ГОСТ Р 8.673–2009 «Датчики и системы измерительные интеллектуальные».
  7. Принципы построения интеллектуальных волоконно-оптических датчиков / Буймистрюк Г. Я.: Фотон-Экспресс. 2011. № 6 (43)
Основные термины (генерируются автоматически): датчик, световой поток, оптическое волокно, принцип действия, световой сигнал, сбор данных, Регистрация изменения, нефтегазовая отрасль, источник света, чувствительный элемент.


Похожие статьи

Оптические световоды волоконно-оптических систем передачи...

В многомодовом волокне со ступенчатым профилем свет, вводимый в сердцевину оптического волокна (1), испытывает полное внутреннее отражение от границы раздела сердцевины и оболочки (2) и возвращается в сердцевину, как показано на схеме рис. 1а.

Применение и возможности оптоволоконного кабеля

Оптоволоконный (он же волоконно-оптический) кабель — это принципиально иной тип кабеля по сравнению с рассмотренными двумя типами

Никакие внешние электромагнитные помехи в принципе не способны исказить световой сигнал, а сам этот сигнал принципиально не...

Определение механических воздействий гидротехнических...

Волоконно-оптические датчики, в которых чувствительным элементом является само волокно, оптические свойства которого изменяются под действием внешних факторов. Интегрально-оптические датчики, использующие в качестве чувствительного элемента...

Определение физических параметров радиационных процессов...

Волоконно-оптический датчик (ВОД) — датчик физических величин, в конструкции которого в качестве чувствительного элемента и передающее оптическое излучение среды, используется волоконный световод. Чувствительный элемент ВОД преобразует...

Применение и перспективы использования легированных...

В обычных волокнах происходит только поглощение и рассеяние светового излучения, в оптических волокнах, легированных некоторыми элементами, создаются условия для его усиления. Обычно для этих целей используются одномодовые волокна со ступенчатым...

Разработка трекера для солнечных модулей | Статья в журнале...

В представленной статье рассмотрены устройство и принцип работы солнечного трекера (датчика положения Солнца) для использования совместно

солнечный свет, люминесцентный солнечный концентратор, солнечный спектр, элемент, критический угол, солнечная энергия...

Оценка целесообразности и актуальности разработки методов...

В статье рассмотрена концепция моделирования жизненного цикла создания автоматизированных систем, представлены схемы процесса разработки и архитектура системы. Выбрана перспективная среда разработки и дано заключение о потенциальной...

Анализ возможности применения интеллектуальных систем...

Данные источники освещения позволяют не только включать лампу при наличии людей в помещении, тем самым повышая уровень энергосбережения, но и выполняют функции интегрированной охранной системы передавая сигнал о проникновении на пост охраны.

Современные методы мониторинга коррозии | Статья в журнале...

Принципы работы датчика. Электрическое сопротивление металла, элемента или сплава

Полезная толщина чувствительного элемента датчика – это эффективная толщина чувствительного элемента, в котором металлическая потеря (изменение сопротивления)...

Похожие статьи

Оптические световоды волоконно-оптических систем передачи...

В многомодовом волокне со ступенчатым профилем свет, вводимый в сердцевину оптического волокна (1), испытывает полное внутреннее отражение от границы раздела сердцевины и оболочки (2) и возвращается в сердцевину, как показано на схеме рис. 1а.

Применение и возможности оптоволоконного кабеля

Оптоволоконный (он же волоконно-оптический) кабель — это принципиально иной тип кабеля по сравнению с рассмотренными двумя типами

Никакие внешние электромагнитные помехи в принципе не способны исказить световой сигнал, а сам этот сигнал принципиально не...

Определение механических воздействий гидротехнических...

Волоконно-оптические датчики, в которых чувствительным элементом является само волокно, оптические свойства которого изменяются под действием внешних факторов. Интегрально-оптические датчики, использующие в качестве чувствительного элемента...

Определение физических параметров радиационных процессов...

Волоконно-оптический датчик (ВОД) — датчик физических величин, в конструкции которого в качестве чувствительного элемента и передающее оптическое излучение среды, используется волоконный световод. Чувствительный элемент ВОД преобразует...

Применение и перспективы использования легированных...

В обычных волокнах происходит только поглощение и рассеяние светового излучения, в оптических волокнах, легированных некоторыми элементами, создаются условия для его усиления. Обычно для этих целей используются одномодовые волокна со ступенчатым...

Разработка трекера для солнечных модулей | Статья в журнале...

В представленной статье рассмотрены устройство и принцип работы солнечного трекера (датчика положения Солнца) для использования совместно

солнечный свет, люминесцентный солнечный концентратор, солнечный спектр, элемент, критический угол, солнечная энергия...

Оценка целесообразности и актуальности разработки методов...

В статье рассмотрена концепция моделирования жизненного цикла создания автоматизированных систем, представлены схемы процесса разработки и архитектура системы. Выбрана перспективная среда разработки и дано заключение о потенциальной...

Анализ возможности применения интеллектуальных систем...

Данные источники освещения позволяют не только включать лампу при наличии людей в помещении, тем самым повышая уровень энергосбережения, но и выполняют функции интегрированной охранной системы передавая сигнал о проникновении на пост охраны.

Современные методы мониторинга коррозии | Статья в журнале...

Принципы работы датчика. Электрическое сопротивление металла, элемента или сплава

Полезная толщина чувствительного элемента датчика – это эффективная толщина чувствительного элемента, в котором металлическая потеря (изменение сопротивления)...

Задать вопрос