Комплекс дистанционного коррозионного мониторинга подводных трубопроводов
UNDERWATER PIPELINES REMOTE CORROSION MONITORING COMPLEX

Изобретение относится к электрохимической защите сооружений от коррозии и может применяться для дистанционного коррозионного мониторинга подводных сооружений, в частности трубопроводов, в стационарной точке контроля.
Известен комплекс телеуправляемого необитаемого подводного аппарата (патент РФ №130292, B63C 11/49, опубл. 20.07.2013), используемый для инспектирования трубопроводов. Комплекс содержит установленную на обеспечивающем судне бортовую часть, соединенную кабель-тросом с забортной подводной частью, и включающий надводный модуль, содержащий блок отображения информации, блок питания, блок обработки гидроакустической информации, блок отображения видео- и гидроакустической информации, пульт управления, антенну системы подводного позиционирования, кабель-трос на кабельной вьюшке с токосъемником. Подводная часть комплекса выполнена в виде модуля телеуправляемого подводного аппарата, который содержит несущую раму с блоком плавучести. Подводная часть оснащена телекамерами, источниками освещения и маяком-ответчиком системы подводного позиционирования, гидролокатором, навигационным блоком, распределительным блоком, движителями, манипулятором. Подводная часть содержит, по меньшей мере, пять движителей, горизонтальные движители расположены по векторной схеме, наклонную платформу, содержащую, по меньшей мере, одну видеокамеру и/или светильник. Подводная часть содержит, по меньшей мере, две видеокамеры. Недостатком известного комплекса является недостаточная информативность о коррозионном состоянии сооружения, обусловленная возможностью передачи информации на надводный модуль комплекса только путем видеопотоков. Кроме того, указанный комплекс позволяет осуществлять только визуальный контроль и не позволяет выполнять контроль уровня катодной защиты трубопровода.
Наиболее близким техническим решением (прототипом) является система коррозионного мониторинга и электрохимической защиты магистральных трубопроводов и подземных сооружений (патент РФ №59071, C23F 13/22, опубл. 10.12.2006), включающая в себя два блока питания, основной и резервный, блок автоматического ввода резерва, две установки катодной защиты, основную и резервную, глубинное анодное заземление, блок совместной защиты, блок коммутации и измерения параметров защиты и по числу трубопроводов: датчики поляризационного потенциала, датчики скорости коррозии, датчики наводороживания, протяженные анодные заземления, расположенные вдоль каждого трубопровода, электроды сравнения, блок управления и связи, обрабатывающий информацию с блока измерения, включающий в себя модем сотовой связи, и передающий обработанную информацию на диспетчерский пункт, оснащенный автоматизированным рабочим местом. Известное решение не обеспечивает получения достаточного объема информации о коррозионном состоянии сооружения, что обусловлено типами применяемых датчиков и количеством измеряемых параметров. Кроме того, применение указанной системы исключает возможность проведения дистанционного коррозионного мониторинга подводных сооружений.
Как правило, коррозионный мониторинг подводных сооружений выполняют либо с использованием телеуправляемых необитаемых подводных аппаратов, либо путем обследования с использованием водолазов.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является разработка альтернативного устройства, позволяющего осуществлять дистанционный коррозионный мониторинг подводных сооружений.
Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, является повышение эффективности коррозионного мониторинга подводных трубопроводов и повышение надежности трубопроводов на подводных и морских участках за счет получения информации по большому количеству контролируемых параметров, характеризующих коррозионное состояние трубопровода, а также расширение арсенала технических средств для проведения коррозионного мониторинга подводных и морских участков трубопроводов.
Указанный технический результат достигается за счет того, что комплекс дистанционного коррозионного мониторинга подводных трубопроводов включает в себя блок измерений для измерения параметров, характеризующих коррозионное состояние трубопровода, контрольный протектор, подключенный к блоку измерений, контактное устройство, ретранслятор, выполненный с возможностью приема/передачи данных по каналам GSM-связи и по гидроакустическому каналу связи, автоматизированное рабочее место (АРМ) оператора, оснащенное антенной и модемом GSM-связи, и монтажную площадку. На монтажной площадке закреплены размещенные в герметичных корпусах модуль питания, гидроакустическая антенна и приборный модуль, содержащий блок запроса и обработки данных, блок хранения данных, модем гидроакустической связи и датчик наличия влаги. Контактное устройство, блок измерений, блок хранения данных, модем гидроакустической связи, датчик наличия влаги и первый выход модуля питания подключены к блоку запроса и обработки данных, первый выход которого соединен с входом блока хранения данных, а второй выход через первый вход модема гидроакустической связи по гидроакустическому каналу связи соединен с ретранслятором, который по каналам GSM-связи соединен с АРМ оператора. Второй выход модуля питания подключен ко второму входу модема гидроакустической связи, выход которого соединен с гидроакустической антенной.
На чертеже представлена функциональная схема комплекса дистанционного коррозионного мониторинга подводных трубопроводов.
Комплекс коррозионного мониторинга подводных трубопроводов включает в себя:
- блок измерений 1, расположенный вблизи контролируемого трубопровода (сооружения) 19 и содержащий необходимый и достаточный набор известных датчиков для измерения параметров, характеризующих коррозионное состояние трубопровода, включая параметры среды, в которой находится данный трубопровод: сопротивления контрольной пластины датчика скорости коррозии, градиента электрического поля, переменного тока на трубопроводе, постоянного тока на трубопроводе (тока катодной защиты), тока свободной коррозии стали в эксплуатационной среде, потенциала вспомогательного электрода под действием катодной защиты, естественного потенциала вспомогательного электрода, скорости движения и направления потока водной среды, солесодержания водной среды, температуры водной среды, тока контрольного протектора 2;
- ретранслятор 13 со встроенным программируемым контроллером (на схеме не показан), содержащий модемы гидроакустической связи 12, GSM-связи 14 и блок питания (на схеме не показан). Ретранслятор оснащен гидроакустической антенной 11 и антенной GSM-связи 15. В качестве оборудования гидроакустической связи могут применяться серийно выпускаемые комплексы гидроакустического оборудования с диапазоном рабочих частот от 7 до 35 кГц, соотношением сигнал/шум не более 6 дБ, оснащенные антеннами сферической направленности с частотой излучения 18000 Гц (в зависимости от условий эксплуатации и необходимой дальности передачи гидроакустического сигнала). В качестве оборудования GSM-связи может применяться серийно выпускаемое оборудование, работающее в диапазонах EGSM 900/1800, передающее данные типа HSPA+, EDGE, GPRS со скоростью не менее 5,5 Мбит/сек;
- автоматизированное рабочее место (АРМ) оператора 18, оснащенное модемом GSM-связи 17, антенной GSM-связи 16 и персональным компьютером, позволяющим хранить принятые данные, осуществлять визуализацию накопленной информации в виде таблиц и графиков, выполнять статистическую обработку данных, осуществлять расчеты для оценки эффективности системы противокоррозионной защиты (защищенность сооружения по времени, текущая и прогнозная скорость коррозии, интегральное сопротивление изоляционного покрытия на контролируемом участке, остаточный ресурс протекторов и пр.) с учетом коррозионной агрессивности окружающей среды и условий эксплуатации сооружения;
- монтажную площадку (на схеме не показана), на которой закреплены размещенные в прочных герметичных корпусах из полимерного материала модуль питания 8, включающий аккумуляторные батареи, гидроакустическая антенна 10 и приборный модуль 7. В прочных корпусах предусмотрен двойной резиновый контур уплотнения по поверхности, сопрягающейся с крышками корпусов, обеспечивающий герметичность внутреннего пространства. В крышках корпусов предусмотрены герметичные вводы электрических кабелей для соединения датчиков, модулей и блоков. Корпус модуля питания 8 снабжен герморазъемом для подключения к зарядному устройству (для зарядки аккумуляторных батарей). Монтажную площадку устанавливают либо на трубопроводе 19 с помощью установочных элементов, например хомутов, либо в непосредственной близости от трубопровода 19. Приборный модуль 7 содержит блок запроса и обработки данных 5, блок хранения данных 6, модем гидроакустической связи 9, соединенный с гидроакустической антенной 10, и датчик наличия влаги 4. Блок запроса и обработки данных 5 выполнен на базе программируемого контроллера. Блок хранения данных 6 может быть реализован на базе микрокомпьютера;
- контактное устройство 3 к трубопроводу для обеспечения электрической связи между трубопроводом 19 и блоком запроса и обработки данных 5, выполненное, например, в виде изолированного кабеля, приваренного к трубопроводу.
Блок измерений 1, контактное устройство 3, датчик наличия влаги 4, блок хранения данных 6, модем гидроакустической связи 9 и первый выход модуля питания 8 подключены к блоку запроса и обработки данных 5, первый выход которого соединен с блоком хранения данных 6, а второй выход через первый вход модема гидроакустической связи 9, гидроакустические антенны 10, 11 и модем гидроакустической связи 12 соединен с ретранслятором 13. Ретранслятор 13 посредством модемов GSM-связи 14, 17 и антенн GSM-связи 15, 16 соединен с АРМ оператора 18. Второй выход модуля питания 8 соединен со вторым входом модема гидроакустической связи 9, выход которого соединен с гидроакустической антенной 10.
Предлагаемый комплекс работает следующим образом.
Блок запроса и обработки данных 5, который работает на электроэнергии, поступающей из модуля питания 8, находится в энергосберегающем режиме. В предварительно заданный момент времени блок запроса и обработки данных 5 выходит из энергосберегающего режима и с помощью встроенной в него программы выполняет последовательный опрос датчиков, входящих в блок измерений 1, и датчика наличия влаги 4, после чего осуществляет предварительную обработку измеренных параметров: перевод из аналогового в цифровой формат полученных данных и расчет скорости коррозии контрольной пластины, плотности тока катодной защиты на пластине и плотности переменного тока. Обработанные данные из блока запроса и обработки данных 5 в цифровом формате поступают в блок хранения данных 6, где хранятся до начала сеанса связи с оператором. Периодичность сеансов связи с оператором задается в соответствии со встроенной в блок запроса и обработки данных 5 программой. При наступлении времени сеанса связи пакет данных из блока хранения данных 6 посредством блока запроса и обработки данных 5 передается на модем гидроакустической связи 9, где цифровой сигнал преобразуется в гидроакустический сигнал, который поступает на гидроакустическую антенну 10, а затем на погруженную в воду гидроакустическую антенну 11 ретранслятора 13. Ретранслятор 13 расположен на поверхности воды (на плавсредстве) и работает с постоянно включенным модемом гидроакустической связи 12. Гидроакустический сигнал в ретрансляторе 13, поступивший на модем гидроакустической связи 12, посредством программируемого контроллера преобразуется в цифровой сигнал и поступает на модем GSM-связи 14, откуда по беспроводному каналу GSM-связи поступает на модем GSM-связи 17 АРМ оператора 18.
Модемы гидроакустической связи 9, 12 и GSM-связи 14, 17 работают на прием и передачу сигнала, что позволяет обеспечить двухстороннюю связь оператора с блоком запроса и обработки данных 5 и дистанционно изменять режим опроса датчиков (проводить внеочередной опрос датчиков).
При поступлении на блок запроса и обработки данных 5 сигнала с датчика 4 о появлении влаги в приборном модуле 7 блок запроса и обработки данных 5 выходит из энергосберегающего «спящего» режима и обеспечивает внеочередной сеанс передачи информации оператору для принятия решения.
Предлагаемый комплекс позволяет обеспечить дистанционный коррозионный мониторинг глубоководных сооружений без использования водолазов, при этом объем получаемых данных многократно превышает объем, получаемый при использовании известных технических решений. Предлагаемый комплекс, установленный на потенциально-опасном участке сооружения, позволяет в течение продолжительного времени (определяемого емкостью аккумуляторных батарей) одновременно получать информацию, позволяющую контролировать не только текущее коррозионное состояние сооружения, но и электрические параметры коррозионной среды, в которой находится данное сооружение. Последующий анализ всего объема полученной информации позволяет определять причину возникновения коррозии и принимать своевременные меры по ее предотвращению, независимо от глубины расположения сооружения и его удаленности от береговой линии.
Опытный образец комплекса дистанционного коррозионного мониторинга трубопроводов прошел испытания на участке магистрального газопровода «Джубга-Лазаревское-Сочи» в акватории Черного моря.