Трубопроводный транспорт является одним из распространенных способов транспортировки нефти, нефтепродуктов в России. На сегодняшний день 50 % транспорта углеводородного сырья приходится на трубопроводный транспорт.
Нефтепроводная транспортная сеть подвержена множеству рисков — внешняя и внутренняя коррозия, отложение парафина, природные явления, гидроудары, перепады давления и т. д. Всего на территории Российской Федерации находится в эксплуатации 350 тыс. км внутрипромысловых трубопроводов, на которых ежегодно происходит до 35–40 тыс. инцидентов, сопровождающихся выбросами нефти, в том числе в водоемы, причем их число ежегодно увеличивается, и не всегда обнародованы факты происшествия и результаты расследования [1].
Основной причиной аварий и трубопровода является утечка, возникающая не только по причине нарушения функциональности трубопровода, но и из-за несанкционированных врезок.
Существует несколько серьезных последствий утечки нефти и нефтепродуктов из трубопровода. Во-первых, это финансовые потери, которые включают в себя не только стоимость сырья, но и затраты на ремонт. По официальным данным потери нефти из-за аварий на магистральном трубопроводах превышают 1 млн тонн в год и это без учета потерь при прорывах внутрипромысловых трубопроводов [1].
Во-вторых, это влияние на экологическую безопасность окружающей среды и населения. Аварии сопровождаются большими потерями природных ресурсов и широкомасштабным загрязнением окружающей среды. Поэтому нефтяные компании ежегодно модернизируют и разрабатывают методы и системы обнаружения утечек, для увеличения их надежности, а также их точности. Как правило, прежде чем принять решение о последующих корректирующих действиях при обнаружении утечки в трубопроводе, необходимо обладать достаточно точной информацией о местоположении и размере утечки.
Существующие методы обнаружения утечек можно классифицировать по различным классификационным признакам.
В зависимости от положения оборудования и датчиков по отношению к детектируемому трубопроводу различают внешние и внутренние методы обнаружения утечек.
К внешним относятся системы, которые идентифицируют утечку на основе внешних проявлений сопровождающих ее возникновение и существование: просачивание перекачиваемого продукта на поверхность, уровень загазованности, акустические шумы и т. д.
К методам этой группы относятся патрулирование трассы, использование чувствительных кабелей, тепловизоров и т. д. Эти методы являются очень точными как в определении существования утечки, так и в обнаружении ее местоположения.
Методы визуального контроля основаны на наблюдении за изменениями, происходящими на трассе магистрального трубопровода. С помощью этих методов можно выявить только последствия утечки — выход нефти на поверхность земли или ее скопление в ближайших водоемах.
Патрулирование трассы относится к этой группе методов. Оно включает в себя обход или объезд трассы линейными трубопроводчиками. Кроме обхода также применяется вертолетное патрулирование. Облет позволяет обеспечить более быстрое и комплексное слежение за трассой, по сравнению с пешим или транспортным обходом.
Средства осмотра трассы постоянно модернизируются, появляются новые технологии, такие как спутниковое слежение, разработка беспилотных летающих объектов, новых систем видеонаблюдения. Существуют технологии анализа безопасности трубопроводов с использованием комплекса геологических и космических данных [2].
Одним из перспективных средств патрулирования относится тепловизионный метод. Такие системы способны фиксировать или оценивать уже произошедшие изменения и инциденты и поэтому не могут полностью обеспечить необходимую информацию для надежной и безопасной эксплуатации трубопроводных систем.
Методы этой группы являются наиболее простыми и доступными, но у них имеется ряд серьезных недостатков. Они не обеспечивают непрерывный контроль трубопровода, многие утечки фиксируются спустя значительный промежуток времени, некоторые вообще невозможно обнаружить этими методами.
Современные технологии позволяют развивать новые технологии обнаружения утечек, в частности, метод с использованием оптоволоконного кабеля.
Одним из вариантов такого методов является прокладка светочувствительного волоконного кабеля вдоль контролируемого трубопровода. При попадании на такой кабель перекачиваемого нефтепродукта, подается сигнал об утечке лазерным датчиком.
Другим вариантом методов этой группы обнаружения дефектов, является применение оптоволоконного кабеля внутри трубопровода. Идея заключается в проецировании на стенку трубопровода светового пятна и улавливания и анализа отраженного от стенки сигнала. С помощью такого метода возможно определение различных геометрических отклонений внутренней поверхности трубопровода, а именно вмятин, гофр, различных деформаций, неровностей, вызванных коррозионными разрушениями и т. д.
Известен также метод с использованием оптоволоконного кабеля, направленным на борьбу с несанкционированными врезками на нефте- и нефтепродуктопроводах. Оптоволоконный кабель прокладывается сверху контролируемого трубопровода.
Метод основан на фазовой чувствительности оптоволоконного кабеля к внешним воздействиям (рефлектометрического принципа), что позволяет определять место и тип воздействия [3].
Недостатками методов этой группы является ограниченный диапазон интенсивностей обнаруживаемых утечек, крупными капитальными затратами при прокладке кабеля, невозможность применения для подземных трубопроводов, сложности восстановления при обрывах связи, высокая стоимость оборудования.
Внутренние методы, в свою очередь отличаются тем, что основаны на мониторинге внутренних параметров трубопровода, таких как давление, расход и температура. Для группы данных методов характерны простота, непрерывность контроля, низкие эксплуатационные и капитальные затраты, гибкость, оперативность реагирования на возникновение утечки. Методы этой группы используют показания измерителей и датчиков, уже установленных на трубопроводах в составе системы сбора и передачи информации. Стоимость их внедрения существенно меньше по сравнению с внешними методами.
К этой группе методов относятся метод материального баланса и метод отрицательных ударных волн.
Балансовый метод основан на законе сохранения массы. На двух сечениях контролируемого участка трубопровода устанавливаются датчики измерения расхода и давления. Массы или объемы жидкости сравниваются и при обнаружении рассогласования установленного предела, делается вывод о наличии утечки.
Среди недостатков можно выделить невозможность определения места утечки, применимость только при стационарных условиях, низкая помехозащищенность. Метод являются достаточно точными в определении объема потерянных нефтепродуктов, но используется в комбинации с другими, что позволяет локализовать утечку.
Метод определения утечки по отрицательной волне давлений заключается в том, что при утечке в трубопроводе давление жидкости резко падает и в месте утечки генерируется отрицательная волна давления, которая распространяется с определенной скоростью по направлению и против направления течения нефти. Датчики давления, которые принимают волну отрицательного давления, установлены на начальной и конечной станциях. С помощью обработки полученных сигналов, а именно по времени прихода волны к станциям, можно определить наличие и координаты утечки в трубопроводе. Метод эффективен для оперативного обнаружения значительных утечек, позволяет вести непрерывный контроль и располагать оборудование в пределах насосной станции. Однако, если осуществляется последовательная перекачка различных продуктов по трубопроводу чувствительность метода значительно снижается. Также данный метод несет за собой высокие эксплуатационные расходы.
Проанализировав существующие методы обнаружения утечек, а именно методы, представленные классификацией по местоположению оборудования, можно сделать следующие выводы: имеется множество методов обнаружения утечек жидкости, однако ни один из них не обладает достаточной универсальностью, надежностью и приемлемой стоимостью.
Основными недостатками большинства существующих методов является их ограниченная применимость, например, только при стационарном режиме работы нефтепровода (балансовые методы); периодичность контроля (патрулирование); значительные капитальные и эксплуатационные затраты, низкая помехозащищенность (балансовые методы).
Таким образом, стоит сказать, что методы нуждаются в совершенствовании и вопросы обнаружения утечек нефти в трубопроводе необходимо исследовать и дальше, для того чтобы решить проблемы трубопроводного транспорта.
Литература:
1. Мамонтова Т. Е. Учет геометрического профиля нефтепровода при определении параметров утечки// Нефтегазовое дело. — 2012. –№ 2. — С.85–103
2. Ушаков С. К., Хомяков С. Ф., Севастьянов Д. Н. Использование спутниковых систем наблюдения мониторинг угроз безопасности оценка состояния защиты объектов// Глобальная безопасность. — 2005. — № 3. — С.40–43
3. Эксплуатация магистральных нефтепроводов: Учебное пособие. 2-ое изд./Под общей редакцией Ю. Д. Земенкова — ТюмГНГУ, 2001. — 623 с.
4. http://www.dslib.net/nefte-gazoprovody/sovershenstvovanie-tehnologij-obnaruzhenija-utechek-nefti-iz-truboprovodov.html
