Бибин К.А. 21.06 Защита

1.

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯРОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
КАФЕДРА МЕТРОЛОГИИ, ПРИБОРОСТРОЕНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ
Тема: «Дистанционный контроль магистральных нефтепроводов с использованием радиолокатора
бокового обзора»
ВЫПОЛНИЛ: СТУДЕНТ ГР.
ПМ-21
(шифр группы)
РУКОВОДИТЕЛЬ РАБОТЫ:
Доцент
(должность)
Бибин Константин Александрович
(Ф.И.О)
Кацан Игорь Федорович
(Ф.И.О)
САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
2023

2.

Актуальность
• значительная трудоёмкость контроля трубопроводов в удалённых и
малонаселённых районах, т.к. существующие средства неразрушающего
контроля не позволяют осуществить такой контроль дистанционно;
Рис. 1. Карта нефтегазового трубопроводного транспорта России
2

3.

Актуальность
• своевременное предотвращение аварий и чрезвычайных ситуаций во
время эксплуатации трубопроводов, а также экономия кадрового
ресурса и увеличение скорости контроля;
• практически все повреждения трубопроводов оказывают воздействие
на корневую систему растительности. Одно из немногих технических
решений дистанционного обнаружения таких повреждений –
радиолокатор бокового обзора, установленный на беспилотный
летательный аппарат;
Исходя из вышесказанного дистанционный контроль повреждений
трубопроводов по косвенным параметрам (поражения корневой системы)
является актуальным исследованием.
3

4.

Цель работы
Цель: разработка системы дистанционного контроля, предназначенной
для определение поражения корневой системы растительности в результате
повреждения трубопровода, что позволит своевременно обнаружить
нарушение целостности трубопровода.
Рис. 2. Повреждение нефтепровода в Коми 2020 г
4

5.

Новизна
Использование данных изменения корневой системы, полученных при
сканировании земной поверхности радиолокатором бокового обзора, установленного
на беспилотный летательный аппарат, для дистанционного контроля повреждений,
вызывающих утечку сырья из действующих трубопроводов.
Объект исследования – процесс дистанционного контроля нефтепроводов.
Предмет исследования – использование радиолокатора бокового обзора для
контроля повреждения нефтепроводов.
Рис. 3. БВС ВТ 45
5

6.

Задачи
1. Анализ применяющихся технических решений методов
контроля;
2. Описать теоретические основы формирования сигнала
радиолокатора бокового обзора;
3. Обосновать выбор БПЛА и радиолокатора бокового обзора,
необходимых для проведения эксперимента;
4. Разработка проекта методики проведения эксперимента.
6

7.

Анализ применяющихся технических решений
методов контроля
На данный момент времени в данной области исследования применяются следующие
методы контроля повреждений магистральных трубопроводов:
1. предлагает лаборатория неразрушающего контроля ООО «Диагностические
системы» (ООО «ДИАС»), а именно систему контроля магистральных трубопроводов
на основе метода дистанционного магнитометрического контроля.
2. предлагает ООО НТЦ «Транскор-К», а именно применение метода магнитной
томографии (МТМ) с помощью магнитометра бесконтактного сканирующего «СКИФ»
МБС-04;
3. основные методы контроля магистральных трубопроводов.
7

8.

Анализ применяющихся технических решений
методов контроля
Метод дистанционного магнитометрического мониторинга трубопроводов - это
бесконтактное обследование земной поверхности по всей длине подземных и
подводных трубопроводов с сохранением целостности конструкции.
Рис. 4. Магнитометр СКИФ «МБС-04»
8

9.

Анализ применяющихся технических решений
методов контроля
Достоинства и недостатки магнитометрического метода:
Вероятность обнаружения дефектных участков близка к
90%, вероятность степени интерпретации степени опасности
стремится к 77,5%, а вероятность пропуска опасного
дефекта немного превышает 2%, что, несомненно,
подчеркивает их достоинства.
Недостатки:
1. непосредственное участие оператора в процессе контроля,
что увеличивает время проведения контроля, а также
критично в случае чрезвычайной ситуации;
2. значительная дороговизна контроля.
Рис. 5 Проведение контроля
методом магнитной томографии
9

10.

Теоретические основы работы радиолокаторов
Радиоволновый контроль основан на регистрации изменения параметров
сверхвысокочастотных (СВЧ) электромагнитных волн радиодиапазона (от 300 МГц до
1ГГц), после взаимодействия их с объектом контроля.
Рис. 6. Диапазоны частот и длин волн, используемые в радиолокации
Электромагнитная волна – это совокупность быстропеременных электрического (Е)
и магнитного (Н) полей, распространяющихся в определенном направлении z. В
свободном пространстве эта волна поперечна, т.е. векторы Е и Н перпендикулярны ее
распространению.
При радиоволновом контроле диэлектрических материалов необходимо знать:
1
Ф
ε – диэлектрическую проницаемость;
10
36
м
tg δ – тангенс угла диэлектрических потерь;
tg
10
μ – магнитную проницаемость. 4 10 7 Гн
0
0
9
0
м

11. Теоретические основы работы радиолокаторов

Е пад Е а е х
Еотр Е0 Г е х
Е Е пад Е отраж .
Происходит наложение 2-х волн: падающей и отраженной.
Е0 – напряжение поля в зоне источника,
γ - коэффициент распространения равный
i 2
1
с
f
Где: α – коэффициент затухания колебаний вдоль линии,
λ – длина волны;
Г – коэффициент отражения;
i – мнимая единица;
х – расстояние направления распространения волны.
Где: с – скорость света; ε и μ относительные
диэлектрическая и магнитные проницаемости.
11

12. Теоретические основы работы радиолокаторов

1.
Для анализа процессов распространения СВЧ колебаний используют:
Коэффициент бегущей волны (КБВ), который равен:
Еmin
КБВ
Emax
Где: /Еmax/ и /Emin/ модули максимальной и минимальной напряженности электрического
поля.
2.
Постоянную составляющую аргумента (фазы) коэффициента отражения, задаваемую нагрузкой
(объектом контроля):
1
2
arg
(Z н Z л )
(Z н Z л )
Где: н – нагрузка; л – линия.
Эта величина определяется расстоянием от нагрузки до точки минимума.
1 l min
2 (
)
4 контроля носит сложный характер. Поэтому
Процесс взаимодействия СВЧ излучения с объектом
вопросы взаимодействия СВЧ излучения с материалами чаще всего решаются экспериментально.
12

13.

Теоретические основы работы радиолокаторов
Радиолокатор — система для обнаружения воздушных, морских,
наземных и подземных объектов, а также для определения их
дальности, скорости и других параметров. Использует метод
радиолокации, основанный на излучении радиоволн и регистрации их
отражений от объектов.
В состав радиолокатора входят:
Антенна (А). - включает
круглый волновод
и
ферритовый
вращатель
плоскости поляризации (Ф).
СВЧ-моноблок (М). включает
основной (П) и резервный
приемопередатчики,
волноводный коммутатор (К) и
узел управления коммутатором.
Электронный блок (ЭБ).
Блок питания (БП).
Рис. 7. Структурная схема радиолокатора бокового обзора
13

14.

Теоретические основы работы радиолокаторов
Рис. 8. Геометрия функционирования радиолокатора бокового обзора
14

15.

Теоретические основы работы радиолокаторов
Таким образом, можно говорить о том, что используя радиолокаторы, можно засечь угнетённые
растения, в первую очередь траву, так как она очень быстро реагирует на какие-либо изменения в
окружающей среде. Эту методику можно применить в контроле целостности магистральных
трубопроводов по косвенным параметрам.
Рис. 7. Корневые системы растений в период вегетации и после сбора
урожая
15

16. АО «НПП «Радар ммс»

Максимальная взлетная
45
масса, кг
Масса аппаратуры
10
целевой нагрузки, кг
Максимальная
2,5
длительность полета, ч
Максимальная дальность
60
полета, с возвратом в
точку взлета, км
Диапазон воздушных
от 0 до 75
скоростей
горизонтального полета,
км/ч
Рис. 8. БВС ВТ 45
Практический потолок, м
2 000
16
Тип управления
Автопилот

17. МАЛОГАБАРИТНЫЕ РЛС СЕКТОРНОГО ОБЗОРА X-ДИАПАЗОНА «МРЛС-01» И «МРЛС-02»

Рис. 9. МРЛС-01 МРЛС-2
17

18. Проект методики диагностирования

Порядок дистанционного определения повреждения нефтепровода на основе
предлагаемых технических средств будет выглядеть следующим образом:
1. подготовка системы контроля к использованию: настройка РСА, проверка БВС ВТ, а
именно его технического состояния перед полётом, подготовка взлётной площадки для
запуска;
2. загрузка максимально точной карты расположения нефтепровода;
3. задание необходимого маршрута БВС ВТ и согласование полёта;
4. запуск БВС ВТ;
5. передвижение БВС ВТ по заложенному маршруту, в то время как радиолокационная
станция производит съемку заданного маршрута;
6. наложение изначально загруженной в БВС ВТ карты расположения нефтепровода
на результаты съемки радиолокационной системы;
7. прилёт БВС ВТ на НПС;
8. сбор информации с РСА;
18
9. анализ полученных данных оператором.

19. Результат

Потенциальная
авария
Изменение
корневой
системы
БПЛА с
радиолокатором
бокового обзора
Передача данных
бригаде
1.Возможность диагностировать в труднодоступных местах
2.Сократить время и затраты на диагностику
3.Сократить время реагирования на аварийную ситуацию
4.Сократить кадровый ресурс
19

20.

Заключение
1. Проанализированы основные технические решения методов контроля, выявлены
достоинства и недостатки рассмотренных методов;
2. Описаны теоретические основы формирования сигнала радиолокатора бокового
обзора, представлена структурная схема радиолокатора и геометрия
функционирования;
3. Для контроля целостности МТ была предложена радиолокационная станция
бокового обзора с синтезированной апертурой «МРЛС-02», т.к. она разработана для
контроля земной поверхности и грунта. Также была подобрана беспилотная
авиационная система вертолетного типа БВС ВТ 45, т.к. по своим характеристикам
наиболее подходит для использования радиолокационной станции;
4. Разработанная методика контроля целостности трубопровода позволит обеспечить
ежедневный дистанционный контроля какого-либо участка МТ. Это, в свою очередь,
поможет своевременно обнаружить и устранить утечку сырья, а также
минимизировать потери.
19

21.

Спасибо за внимание!
21

22. Сертификат о публикации

22