Проблема обеспечения надежности и безаварийности магистральных трубопроводов  трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов является важным и актуальным вопросом, т.к. общая протяженность линейной части магистральных трубопроводов РФ составляет более 250,6 тыс. км.

По статистическим данным в  2012 г. на произошли 21 авария связанные с эксплуатацией трубопроводом (из которых 1 несчастный случай со смертельным исходом).

Ущерб от аварий превысил  154 833,4 тыс. руб.

В связи с этим проблема диагностирования технического состояния магистральных трубопроводов при их эксплуатации входит в число первоочередных задач, благодаря чему появляется возможность снижения потенциальной опасности и статистики аварийных ситуаций на трубопроводном транспорте.

Как правило, причины утечек перекачиваемых нефти и нефтепродуктов связаны с возникновением и развитием дефектов, которые могут привести к многочисленным авариям с образованием взрывоопасных смесей. Это обусловлено множеством причин конструктивного, технологического и эксплуатационного характера.

Потери нефти и нефтепродуктов зависят от места и размеров повреждения, а также от времени его обнаружения и устранения. Количество вытекшей нефти и нефтепродуктов может оказаться значительным даже при относительно небольших повреждениях, если они остаются незамеченными в течение длительного времени, что приводит к загрязнению почв. По этой причине к актуальной относится задача сокращения времени от момента возникновения утечки до момента ее обнаружения, включая определение координат места разгерметизации трубопровода и максимально быстрого введения в действие механизмов борьбы с утечкой, тем самым сокращая количество разлившегося нефтепродукта и уменьшая затраты на ликвидацию аварии.

В настоящее время для обнаружения утечек разработано большое количество методов, основанных на различных физических законах и явлениях:

1.  Измерение давления и расхода жидкости на концах  контролируемого   участка   трубопровода, определение распределения давления по его длине в течение фиксированного промежутка времени, вычисление среднеквадратичной разности между найденными распределениями давления для каждой точки контролируемого участка. По минимальному значению указанной разности фиксируют площадь сечения утечки. Недостатком данного способа — низкая достоверность определения утечек в случае протекания переходных процессов в трубопроводе.

2.   Регистрация  спектра  акустических  шумов среды, заполняющей трубопровод, в области его высокочастотных компонент, а также дополнительного высокочастотного компонента, появившегося после возникновения однократного импульса давления. При этом по амплитуде дополнительного высокочастотного компонента и разности времени прихода импульса давления и акустических колебаний к датчикам определяют местонахождение и геометрические размеры не герметичности. Недостаток данного способа заключается в том, что он не дает однозначного ответа на вопрос о взаимосвязи высокочастотных компонентов в составе спектра акустических шумов с фактом возникновения свища в стенке магистрального трубопровода.

3. Визуальный осмотр поверхности трассы с помощью тепловизионной аппаратуры. Если тепловое излучение на участке трассы превысит заданную уставку, то тепловизионная система выдаст аварийный сигнал. Данный способ позволяет дистанционно и непрерывно контролировать состояние магистрального трубопровода,  оперативно обнаруживать местоположение появляющихся утечек перекачиваемого продукта,  визуально оценивать масштаб аварии и быстро локализовать аварийный участок. Такой контроль - дорогостоящий и не всегда осуществим из-за сложных природно-климатических условий.

4. Использование устройства, включающего акустические датчики (выполнены в виде параметрического преобразователя), приемник, усилители, фильтры, аналого-цифровые преобразователи, дисплей, узкополосный фильтр и фильтр низких частот.

5. Применение устройства, содержащего пункт контроля,   снабженного   усилителем,   фильтром, аналого-цифровым преобразователем, коррелятором и приемником. Устройство позволяет не только расширить функциональные возможности за

 счет передачи по радиоканалу тревожного сигнала о месте возникновения утечек, но и увеличить длину контролируемых участков магистральных трубопроводов.

6. Математическое моделирование гидродинамических параметров потока. Данный способ основан на непрерывном сравнении измеренных гидравлических параметров с параметрами, смоделированными в реальном времени с помощью электронных вычислительных машин. При рассогласовании между этими параметрами делают вывод о возникновении аварии на трассе нефтепровода, оценивают местоположение утечки и ее масштабы.

Несмотря на большое число разработок и предложений, до сих пор не существует универсального способа, пригодного для обнаружения всех видов утечек. Одни методы позволяют распознавать только крупные утечки и совершенно не чувствительны к малым; другие годятся лишь тогда, когда утечка вызывает волны разрежения с достаточно крутым фронтом и совершенно не подходят в случае плавного истечения жидкости; третьи надежны лишь при стационарных режимах работы нефтепровода и дают ложные сигналы об утечке, если в трубопроводе возникают волны.

В настоящее время все большее распространение получают автоматические системы обнаружения утечек (далее СОУ) из трубопроводов. Это позволяет не только значительно сократить время реакции аварийных служб и, как следствие, значительно уменьшить экологический ущерб от разлива перекачиваемых продуктов, а также опасность взрывов и пожаров, но и свести к минимуму время вынужденного простоя трубопровода.

Существует программно-технический комплекс СОУ с использованием акустических датчиков в качестве чувствительных элементов системы и анализа информации с использованием Фурье.

Алгоритм обнаружения утечек условно поделен на три уровня: обработка сигналов, анализ информации, принятие решений.

Также используют СОУ по волне давления. Принцип ее работы заключается в следующем. При утечке в нефтепроводе образуются «отрицательные» волны давления, распространяющиеся по обе стороны от места разрыва со скоростью примерно 1000 м/с. Датчики избыточного давления улавливают эти волны и формируют токовые сигналы, пропорциональные давлению в нефтепроводе. Модули ввода аналоговых сигналов контроллеров телемеханики обрабатывают данные сигналы в соответствии с заложенным алгоритмом и принимают решение

о факте наличия утечки из магистрального нефтепровода.

К недостатку большинства используемых СОУ относится то, что решающий алгоритм наличия или отсутствия утечки основан лишь на одном из многих существующих методов детектирования: акустический метод поиска утечек, акустико-эмиссионный, параметрический метод анализа давления. Каждый из методов в отдельности имеет некоторые ограничения, сказывающиеся на возможности обнаружить тот или иной тип утечки, а также на времени, которое необходимо для ее обнаружения. При одновременном воздействии нескольких негативных факторов (повышенный шумовой фон, наличие переходного процесса в трубе, движение очистительного скребка) возможна ситуация, когда повреждение участка магистрального нефтепровода не будет обнаружено или будет обнаружено со значительной временной задержкой. Используемое в СОУ оборудование имеет высокую стоимость. Все существующие СОУ разработаны для магистральных трубопроводов большой протяженности и не учитывают особенности трубопроводов промышленных предприятий (большое число разветвленных трубопроводов при их небольшой протяженности).

Таким образом, ни один из рассмотренных выше методов обнаружения утечек не удовлетворяет полностью всем предъявляемым к ним требованиям.

Практика эксплуатации СОУ показывает, что использование только одного из методов обнаружения утечек при построении подобных систем не позволяет добиться хороших результатов по точности определения координат утечек и малого количества ложных срабатываний. Кроме того, не все методы (например, метод сравнения расходов) позволяют вычислять местоположение утечек.

Для максимальной эффективности система должна включать комбинацию различных методов. Например, комбинированная гидроакустическая система обнаружения утечек нефтепродукта объединяет положительные особенности акустического и гидравлического методов.