автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.16, диссертация на тему:Информационно-измерительная система оценки состояния противокоррозионной защиты линейной части магистрального газопровода

На правах рукописи

АРТЮШИН Геннадий Степанович

УДК 681.518:622.691

1ШФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛБНАЯ СИСТЕМА ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ ПРОТИВОКОРРОЗИОННОЙ ЗАЩИТЫ ЛИНЕЙНОЙ ЧАСТИ МАГИСТРАЛЬНОГО ГАЗОПРОВОДА

Специальность 05. И. 16 - информационно-измерительные системы

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Самара - 1997

Работа выполнена в проектном и научно-исследовательском институте по объектам газовой промышленности, стройиндустрии и стройматериалов "ГАЗНИИПРОЕКТ"

Научный руководитель-д.т.н., профессор, действительный член Российской инженерной Академии ЯГУДИН A.M.

Официальные оппоненты - д.т.н., профессор СЕМЕНОВ B.C., к.т.н., КОРОБОВ А.П.

Ведущее предприятие - Всероссийский научно-исследовательский институт по разработке и эксплуатации нефтепромысловых труб ("ВНИИТНЕФТЬ")

Защита состоится: 28 мая 1997г. в 10 часов

на заседании диссертационного совета Д 063.16.01 Самарского государственного технического университета (СамГТУ) по адресу: 443010, г.Самара. ул.Галактионовская 141. в ауд.23.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета, ул.Первомайская, 18 ^

Автореферат разослан 26 апреля 1997г.

Ученый секретарь

диссертационного совета, к.т.н., доцент

В.Г.Жиров

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Газовая промышленность является крупнейшей составляющей топливного комплекса России. Она обеспечивает поставки газа как внутренним потребителям, так и на экспорт. Газовая промышленность - это сложный комплекс, осуществляющий добычу газа, его обработку, транспорт газа по трубопроводам, распределение газа. Перемещение добычи газа в новые удаленные и труднодоступные районы приводит к росту затрат на добычу и транспорт газа.

В настоящее время особо важное значение приобретает проблема обеспечения надежной и эффективной работы действующих и вновь вводимых в действие газопроводов, увеличение срока их службы.

Однако ряд причин приводит к снижению уровня надежности эксплуатируемых газопроводов, среди этих причин основной является почвенная коррозия труб магистральных газопроводов. Статистические данные показывают, что удельный вес аварий, обусловленных этой причиной, достигает 50-60%.

В значительной степени надежное и эффективное функционирование газопроводных систем зависит от безотказности и фактического состояния противокоррозионной защиты трубопровода, представляющей собой комплекс из средств активной электрохимической защиты (катодной поляризации) и пассивной защиты (защитных изоляционных покрытий труб).

Возникает необходимость в контроле за функционированием средств электрохимической защиты (за работой станций катодной защиты) и за состоянием защитных изоляционных покрытий.

Однако известные и используемые в настоящее время методы оценки состояния системы противокоррозионной защиты магистрального газопровода обладают рядом недостатков. Во-первых, измерения параметров производятся периодически и через большие интервалы времени. Во-вторых, при проведении измерений переносными приборами всегда существует неравная нулю вероятность наличия ошибок в полученных данных. В-третьих, результаты измерений параметров содержат значительные погрешности. В-четвертых, сбор информации о состоянии противокоррозионной защиты газопровода сопряжен со значительными затратами. В-пятых, информация накапливается в виде отчетов, что затрудняет ее систематический анализ.

Таким образом, существующие средства и методы контроля за состоянием противокоррозионной защиты магистрального газопровода неэффективны и не отвечают современным требованиям.

Решение перечисленных вопросов и создание информационно-измерительной системы, предназначенной для автоматического сбора, передачи, обработки информации

с целью получения и выдачи оценок состояния противокоррозионной зашиты магистрального газопровода является актуальной задачей.

Цель работы и задачи исследования. Целью работы является создание информационно-измерительной системы, предназначенной для измерения параметров, характеризующих состояние противокоррозионной защиты магистрального газопровода; передачи результатов измерения в ЭВМ системы, обработки данных, их хранения и представления необходимой информации специалистам газотранспортного предприятия.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Разработать методы контроля состояния противокоррозионной защиты магистрального газопровода.

2. На основании анализа возможных вариантов определить оптимальный состав и взаимосвязи компонентов ИИС.

3. Произвести распределение функций между программными и аппаратными средствами системы.

4. Разработать математическое и алгоритмическое обеспечение ИИС, определить состав и разработать ее программное обеспечение.

5. Разработать информационное обеспечение ИИС.

6. Разработать структуру ИИС и ее аппаратурную реализацию.

7. Сделать оценку погрешностей системы.

8. Создать опытный образец ИИС и провести его испытания.

Методы исследования. В работе используются теоретические и экспериментальные методы. Применен системный подход к построению ИИС и теория проектирования информационно-измерительных систем. Применены и адаптированы к задачам оценки состояния противокоррозионной защиты магистрального газопровода методы классификации. При разработке метода оценки состояния противокоррозионной защиты магистрального газопровода применена теория аппроксимации функций. В результате использования методов проектирования корректирующих кодов обеспечена высокая помехоустойчивость передачи информационных сигналов по каналам связи. Проведена экспериментальная проверка полученных результатов.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Комплексном решении проблемы измерения параметров, характеризующих состояние противокоррозионной защиты магистрального газопровода, передачи и обработки сигналов о значениях этих параметров.

2. Разработаны принципы построения ИИС оценки состояния противокоррозионной защиты магистрального газопровода.

3. Предложен метод анализа измерительной информации для оценки состояния противокоррозионной защиты магистрального газопровода.

4. Разработан метод прогнозирования, позволяющий на основе измерительной шформации определить момент времени, когда будет необходимо произвести замену ши ремонт анодного заземлителя на станции катодной защиты.

5. Предложен метод прогнозирования надежности станций катодной защиты, ис-юльзутощий при реализации информацию, получаемую с помощью ИИС.

Практическая ценность. На основе проведенных исследований разработана ИИС щенки состояния противокоррозионной защиты линейной части магистрального газо-фовода, применение которой обеспечивает в реальном масштабе времени и в автоматическом режиме получение, сбор, передачу, обработку и представление информации, >тображающей процесс функционирования средств противокоррозионной защиты га-опровода. Разработаны алгоритмы и программы обработки данных в ЭВМ ИИС и в шкропроцессорных периферийных устройствах системы. Разработана база данных 1ИС, предназначенная для накопления результатов измерения параметров и использо-1ания их при решении задач оценки состояния противокоррозионной защиты маги-трального газопровода. Применение базы данных в составе ИИС позволит сосредото-тть в ней всю информацию о системе противокоррозионной защиты магистрального азопровода и за минимальное время получать исчерпывающую информацию о ее функционировании.

Применение разработанной ИИС в практике эксплуатации магистрального газо-фовода повысит безотказность и эффективность его противокоррозионной защиты, а ледовательно, будет способствовать замедлению или прекращению коррозионных |роцессов,и, соответственно, уменьшению вероятности аварий по причине коррозион-юго разрушения трубопровода.

Реализация и внедрение результатов исследования. Результаты диссертационной |аботы в виде информационно-измерительной системы диагностирования и прогноза остояния противокоррозионной защиты ЛЧ МГ (стационарной ИИС, стационарно-юбильной ИИС и мобильной ИИС, а также комплекса программных средств, обеспе-ивающего взаимодействие всех частей ИИС и реализующего алгоритмы выявления ризнаков дефектов и прогноза состояния средств защиты) внедрены в газотранспортом предприятии "Самаратрансгаз", "Приволжских нефтепроводах". Получен эффект >т внедрения за счет снижения затрат на техническое обслуживание средств противо-оррозионной защиты, а также от увеличения объема обследований трубопровода.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладываясь и обсуждались на: 53-ей научно-технической конференции "Исследования в облас-и архитектуры, строительства и охраны окружающей среды". Самара, 1996 г.; на 54-й аучко-технической конференции "Исследования в области архитектуры, строитель-тпа и охраны окружающей среды". Самара, 1997 г.; на научных семинарах кафедры 1ИТ Самарского Государственного Технического Университета, 1996 г., 1997 г.; на

пленарных заседаниях Самарского филиала секции "Строительство" инженерной академии РФ в декабре 1995, июне 1996 и январе 1997 годов,; на заседании научно-технического центра Метрологической академии РФ в декабре 1996 года.

Публикации. Основное содержание работы отражено в 9 печатных работах. Работа выполнена в научно-исследовательском институте 'ТазНИИпроект" предприятия "Самаратрансгаз". Автор пользовался консультациями к.т.н. Звягина Г.М.

Структура н объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 228 страницах машинописного текста, иллюстрируется 45 рисунками и 11 таблицами, состоит из введения, пяти разделов, заключения, списка литературы и тремя приложениями.

Основные положения, представляемые к защите.

1. Метод контроля состояния противокоррозионной защиты магистрального газопровода, реализуемый комплексным использованием стационарной, стационарно-мобильной и мобильной частей информационно-измерительной системы.

2. Метод анализа измерительной информации для оценки состояния противокоррозионной защиты магистрального газопровода.

3. Метод прогнозирования, позволяющий на основе измерительной информации определить момент времени, когда будет необходимо произвести замену или ремонт анодного заземлителя на станции катодной защиты.

4. Аппаратно-программные средства получения, сбора, передачи и обработки информации о состоянии противокоррозионной защиты магистрального газопровода.

5. Метод прогнозирования надежности станций катодной защиты, использующий при реализации информацию, получаемую с помощью ИИС.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулирована цель работы, перечислены методы исследования, приведены основные положения, представляемые » защите.

В первом разделе рассмотрены особенности, отличающие трубопроводные конструкции, т.е. линейные части магистральных газопроводов, от других технически? объектов и сооружений.

Во-первых, трубопровод недоступен для постоянного осмотра и обслуживания Во-вторых, магистральные газопроводы относятся к ответственным энергетически;! сооружениям и к их надежности предъявляются повышенные требования. В-третьих линейная часть магистрального газопровода является линейно-протяженным объекгои с трассой длиной в сотни и тысячи километров. В-четвертых, нагрузки и воздействия ш уложенный в земле трубопровод представляют собой случайные процессы, характе;

(тих воздействий и нагрузок имеет широкий спектр и различную природу, воздействия 1 нагрузки изменяются вдоль трубопровода.

С течением времени магистральные газопроводы подвергаются старению и соррозионному разрушению, что может привести к аварии. Полная или частичная страта газопроводом его работоспособности сопровождается значительным экономи-¡еским ущербом; опасна для населения, проживающего на территориях, прилегающих к грассе газопровода; сопровождается отрицательным воздействием на окружающую :реду.

Основным эксплуатационным критерием магистрального газопровода является (адежность его линейной части, под которой понимают способность линейной части магистрального газопровода выполнять свои функции, сохраняя эксплуатационные :войства в течение требуемого промежутка времени.

Одна из основных причин снижения уровня надежности линейной части газо-троводов - это почвенная коррозия труб.

Для защиты магистральных газопроводов от коррозии применяют средства активной электрохимической защиты (катодную поляризацию) и пассивную защиту защитные изоляционные покрытия). От того, насколько надежно и эффективно функ-шонирует система противокоррозионной защиты газопровода зависит безотказность :го работы.

Однако существующие методы контроля за состоянием противокоррозионной ащиты газопровода имеют серьезные недостатки. Посещение объектов противокорро-нонной защиты не могут быть слишком частыми, а отсюда, большое запаздывание в >бнаружении отклонений от заданных режимов. Сбор информации с удаленных объек-ов сопряжен со значительными материальными затратами. Результаты измерений со-(ержат большие погрешности. Накопление информации приводит к образованию гро-гоздких архивов и поиск в них нужных сведений со временем становится невозможным. Отсутствуют математические методы, которые позволяли бы анализировать соби->аемук> информацию и получать объективные оценки, выводы и рекомендации по подержанию высокой коррозионной устойчивости газопровода. Таким образом, су-иествующие средства и методы контроля за состоянием противокоррозионной защиты мгистрального газопровода неэффективны и не отвечают современным требованиям.

Для контроля за функционированием противокоррозионной защиты маги-трального газопровода должна применяться информационно-измерительная система, >существляющая сбор информации о работе рассредоточенных по трассе газопровода >бъектов противокоррозионной защиты, анализ собранной информации и получение >ценок состояния защиты.

К настоящему времени разработано большое количество ИИС для получения амой разнообразной информации в различных областях промышленного производ-

ства. Однако проведенный анализ показал, что существующие ИИС не могут быть применены или адаптированы к задачам контроля и оценки состояния противокоррозионной защиты магистрального газопровода.

Второй раздел посвящен разработке методов контроля состояния противокоррозионной защиты магистрального газопровода.

Система противокоррозионной защиты газопровода - это объект контроля, параметры которого должна измерять создаваемая ИИС. В качестве измеряемых параметров были выбраны:

а) на станциях катодной защиты (СКЗ): сила защитного тока /, выпрямленное (выходное) напряжение СКЗ, значение поляризационного потенциала Е;

б) на контрольно-измерительных пунктах (КИП), расположенных вдоль трассы газопровода между соседними СКЗ: значение поляризационного потенциала Е\

в) на трассе газопровода между соседними контрольно-измерительными пунктами измерения с малым шагом трех значений поляризационного потенциала:

Е\,Ег,Ег.

Система противокоррозионной защиты может быть представлена в виде электрической цепи, состоящей из нескольких элементов. В результате анализа возможных значений сопротивлений этих элементов, была получена эквивалентная схема, с включенным в нее эквивалентным сопротивлением

„ „„ 0 (ЯцНл) + Ки(л))(11тр<1«р) + Кл,(пр))

К. — К сп + КА +-

11тр(л) + Нлр(пр) + Ни(л) + Яи(пр) , (1)

где Я" сп - сопротивление проводов, соединяющих СКЗ с анодным заземлением;

Яа - сопротивление анодного заземления;

Ятр(л), Лтр(пр) - продольное сопротивление соответственно левого и правого плеча трубопровода;

Ки(л), Ял(пр) - электрическое сопротивление изоляционного покрытия соответственно левого и правого плеча трубопровода.

При более строгом подходе трубопровод, как электрическая цепь, по аналогии с проводными линиями для передачи телемеханических сигналов и сигналов электросвязи, является однородной линейной цепью с распределенными первичными параметрами. Могут быть определены волновое сопротивление 2с и коэффициент распространения у , а также входные сопротивления 2ех для различных состояний изоляци-

онного покрытия (хорошая изоляция, имеется один или несколько дефектов изоляции и Т.д.).

Параметры измеряемые ИИС могут быть использованы для оценки состояния противокоррозионной защиты газопровода.

Первая задача может быть названа задачей определения работоспособности СКЗ. Ее решение основывается на выполняемом системой анализе силы защитного тока/ и выходного напряжения СКЗ U. Значения / и U сравниваются с допустимыми для данной СКЗ значениями, т.е. с /min, U min, U max. В результате анализа ИИС выдает одно из трех сообщений: а) "СКЗ функционирует нормально (работоспособно)"; б) "СКЗ находится находится в неработоспособном состоянии"; в) "Значительное увеличение сопротивления в цепи анода или обрыв анодной или катодной цепей". Следствием сообщений б) или в) должен быть выезд персонала на данную СКЗ для выяснения причин и проведения ремонта.

Вторая задача состоит в анализе характера изменения силы защитного тока I. При этом используются текущее значение I и значения силы защитного тока за некоторый интервал прошлого времени.

Основные причины изменения силы защитного тока: увеличение сопротивления анода Ra из-за его старения; естественное старение изоляционного покрытия, приводящее к образованию в нем трещин, к растрескиванию покрытия; природно-климатические причины, представляющие собой сезонные изменения атмосферных условий в течение года; порыв изоляционного покрытия с образованием участка с открытой поверхностью металла. ИИС должна определить причину отклонения силы защитного тока за допустимые для данной СКЗ пределы.

В процессе анализа ИИС строит границы четырех классов: "Прямая линия", "Промежуточный класс", "Нелинейная область", "Ступенчатая функция". В результате применения метода классификации определяется причина, вызвавшая изменение силы защитного тока. По мере поступления новых данных о силе тока I границы классов корректируются.

Третий параметр, который ИИС измеряет на СКЗ - это поляризационный потенциал Е. Стальной трубопровод считают защищенным, если Е по абсолютной величине больше Е min = - 0,85В. Максимальное значение Е по абсолютной величине не должно превышать Е max = - 1,5В. Таким образом, регулярное измерение Е имеет исключительно важное значение, так как превышение (по абсолютной величине) Е шах приводит к разрушению изоляционного покрытия, а при Е меньшем (по абсолютной величине) чем Е min на поверхности трубопровода начинаются коррозионные процессы.

ИИС оценки состояния противокоррозионной защиты газопровода содержит в своем составе вычислительную машину. В базе данных ЭВМ ИИС будет накапливаться

информация о значениях параметров, измеряемых на СКЗ, контрольно-измерительных пунктах, на участках трассы между соседними СКЗ. На основания этих накапливаемых данных ИИС должна решать задачи прогнозирования.

Одна из задач - это определение момента времени, когда будет необходимо произвести замену или ремонт анодного заземлителя. Задача решается поочередно для всех контролируемых СКЗ. Дело в том, что в сипу ряда причин может происходить увеличение сопротивления анодного заземления.

В этом случае для поддержания необходимого защитного потенциала по всей зоне данного СКЗ приходится увеличивать выходное напряжение СКЗ. Однако каждое СКЗ (применяются станции различных типов) имеет предельное значение U =■ U шах. Необходимо определить момент времени, когда дальнейшее увеличение выходного напряжения U на данной СКЗ станет невозможным. Аргументом, по которому осуществляется прогнозирование, является время. Анализируется функция 1л — f(t). Зависимости Ra = f(t) для различных СКЗ могут отличаться друг от друга. Требуется найти функцию, которая наилучшим образом описывала бы изменения Ra = f(t) и, следовательно, могла использоваться для прогнозирования.

Выбор функции ЭВМ ИИС производит из следующего набора: линейная функция, квадратичная, кубическая, экспоненциальная, показательная, логарифмическая, степенная. В табличной форме формируются аппроксимирующие функции.

Для сравнения аппроксимирующей функции с исходной определяются суммы квадратов отклонений между истинными значениями функции Ra - f (ti) ti eT\, /=0,1,2,...П и значениями F(ti), полученными с помощью аппроксимирующих функций, т.е. для каждой аппроксимирующей функции определяется

A=hMti)-F(t,)f, (2)

/= 1

где// еТх, i =0,1,2,...П .

В качестве функции для прогнозирования и определения in + 1 еТ7,Т2 >Т\, при котором Ra = RaK ( критическое значение Ra) выбирается аппроксимирующая функция, для которой сумма квадратов отклонений Д имеет минимальное значение. Для данной СКЗ эта функция является прогнозирующим уравнением.

СКЗ представляет собой сложное техническое изделие. Регулярный контроль за работой СКЗ - одна из функций ИИС. На основании собираемой и накапливаемой в базе данных ИИС информации об отказах СКЗ решается задача прогнозирования надежности с целью планирования профилактических работ на станциях катодной защиты.

Для СКЗ характерны аппаратурные отказы, вызванные тем,что элементы аппаратуры станции переходят в отказовое состояние.

Вычислительная машина ИИС ведет временную диаграмму потока отказов по всем СКЗ, на основании которой регулярно заполняется таблица, содержащая данные об интервалах времени между двумя последовательными отказами. Производится сортировка значений интервалов времени между двумя последовательными отказами в порядке возрастания значений интервалов, т.е. формируется ряд: П < т2 <...< Тп, где Л - количество интервалов времени. Полученная последовательность представляет собой вариационный ряд. Система формирует вариационные ряды для каждой СКЗ и один ряд - для всей совокупности СКЗ.

Далее в табличной форме строятся гистограммы и определяются значения наработки на отказ То и среднего времени восстановления СКЗ после отказа Тв. Числовые значения критериев надежности являются важными характеристиками эксплуатационной надежности и качества обслуживания станций катодной защиты.

Статистические данные об отказах СКЗ, хранящиеся в базе данных ИИС в виде временного ряда, позволяют построить в табличной форме график интенсивности отказов. Подобрав аппроксимирующую функцию и использовав ее как прогнозирующее уравнение, ЭВМ ИИС решает задачу определения интенсивности отказов в будущих интервалах времени.

В третьем разделе рассмотрены вопросы разработки ИИС оценки состояния противокоррозионной защиты магистрального газопровода.

ИИС определена как система предназначенная для измерения параметров на СКЗ, контрольно-измерительных пунктах и на участках трассы газопровода между соседними пунктами; сбора данных о результатах измерений; обработки информации и решения задач оценки состояния противокоррозионной защиты магистрального газопровода. ИИС представляет собой совокупность целесообразно организованных взаимосвязанных и совместно действующих компонентов: математического, программного, информационного и организационного обеспечения и комплекса технических средств.

При разработке математического, алгоритмического и программного обеспечений приняты во внимание следующие основные особенности функционирования этих компонентов в разрабатываемой ИИС:

а) задачи получения, сбора, передачи, обработки, представления информации решаются в режиме реального времени;

б) большое разнообразие функций, выполняемых комплексами программ системы при относительной неизменности их состава в течение всего периода эксплуатации ИИС;

в) обмен информацией с десятками периферийных устройств системы через ее каналы связи;

г) необходимость обеспечения высокой программной устойчивости в связи с непрерывным автоматическим режимом работы;

д) обработка информации должна быть распределена между уровнями ИИС: предварительная обработка - в периферийных устройствах, окончательная - в ЭВМ ИИС.

Математическим обеспечением ИИС является вся совокупность уравнений, полученных в разделе 2.

По всем устройствам системы и всем задачам обработки информации разработаны алгоритмы и программы: для ЭВМ ИИС, контролируемых пунктов СКЗ и КИП, для мобильной ИИС.

В качестве примера на рис.1 приведен один из алгоритмов ИИС - алгоритм работы аппаратуры контролируемого пункта СКЗ, а на рис.2 показана структура программного обеспечения ЭВМ ИИС.

На рис.2 использованы следующие обозначения: 1 - подпрограмма time; 2 -ввод сигналов из стационарной ИИС; 3 - ввод сигналов из стационарно-мобильной ИИС; 4 - ввод сигналов из мобильной ИИС; 5 - ввод директив оперативного персонала; 6 - вывод на организацию циклического опроса СКЗ; 7 - вывод на монитор; 8 - вывод на принтер; 9 - программа-диспетчер; 10 - программа опроса СКЗ; 11 - программа построения графиков распределения поляризационных потенциалов вдоль газопровода; 12 - массив на индикацию; 13 - определение физических значений измеряемых параметров; 14 - массив на регистрацию; 15 - программа определения работоспособности СКЗ; 16 - программа анализа причин отклонения силы защитного тока от номинальных значений; 17 - оценка текущего состояния противокоррозионной защиты газопровода; 18 - программа прогнозирования состояния противокоррозионной защиты газопровода; 19 - формирование массива из баз данных ИИС; 20 - формирование массива в базу данных ИИС; 21 - каталог базыы данных ИИС; 22 - система управления базой данных (СУБД); 23 - база данных ИИС.

Основу информационного обеспечения ИИС составляет совокупность данных, которые необходимы для функционирования системы и используются при преобразовании входной информации в выходную информацию ИИС. Совокупность элементов информационного обеспечения образует базу данных ИИС (БД ИИС). Создание БД ИИС стало возможным в связи с применением в составе ИИС вычислительной машины.

подключить трубопровод к ДЭХП

К>3

Да

Нет

Конец

Рис. 1. Алгоритм работы аппаратуры контролируемого пункта СКЗ

Рис. 2. Структура программного обеспечения ЭВМ ИИ С

В базе данных будут храниться наборы значений 1,11 ,Е, полученные системой в точках измерения этих параметров. Результаты измерений параметров дополняются указанием места измерений (адреса); момента времени измерения; наименованием параметра; единицей измерения.

Следующая группа данных - данные об объектах системы противокоррозионной зашиты газопровода. Особое значение имеют данные об изоляционном покрытии газопровода (тип, дата нанесения, толщина, удельное электрическое сопротивление и т.д.). В этом же блоке размещены данные о состоянии изоляционного покрытия, видах и местах повреждений, времени возникновения и устранения повреждений.

Также в БД ИИС хранятся данные о характеристиках грунта по трассе газопровода (агрессивность, удельное электрическое сопротивление и т.д.).

Важное значение имеют данные о параметрах анодного заземления. Кроме того, в БД ИИС постепенно накапливаются данные о работе самой информационно-измерительной системы.

Следующим этапом работы был поиск наилучших решений по структуре ИИС.

Задача синтеза структуры ИИС представляет собой генерацию допустимых вариантов структуры и выбор среди них наиболее рационального по некоторому критерию. Наиболее обоснованным является критерий стоимости системы при обеспечении заданных требований по надежности, точности, быстродействию и условиям эксплуатации.

При разработке структуры ИИС принимались во внимание топология объектов, возможность организации каналов связи, наличие линий электроснабжения и ряд других факторов. Была разработана функциональная структура системы, а затем -структура аппаратного обеспечения ИИС. На рис.3 показана структурная схема ИИС (основные элементы) оценки состояния противокоррозионной защиты газопровода.

Система состоит из нескольких частей: стационарной ИИС; мобильной ИИС (МИИС) и стационарно-мобильной ИИС (СМИИС).

В состав стационарной ИИС входят: аппаратура контролируемого пункта СКЗ, пункт сбора информации (ПСИ) и центральные устройства системы, размещаемые в диспетчерском пункте.

Условные обозначения блоков: ИУ - измерительные устройства, АЦП - аналого-цифровой преобразователь, КУ - кодирующее устройство, РС -радиостанция, А -антенна, БОИ - блок обработки информации, МД - модулятор-демодулятор (модем), М - монитор, П - принтер, Кл - клавиатура, И - интерфейс.

Мобильная ИИС (МИИС) агрегируется из следующих преобразователей: ИУ, АЦП, УО - устройство обработки; ОП - оперативная память ; И - интерфейс.

В стационарно-мобильной ИИС КП КИП - это стационарная часть системы, а переносной компьютер (ПК) - мобильная ее часть.

Рис. 3. Структурная схема аппаратного обеспечения ИИС оценки состояния противокоррозийной защиты магистрального газопровода

Анализ погрешностей преобразователей, включенных в измерительные каналы системы, позволил найти результирующую погрешность. Для канала измерения силы защитного тока она оказалась равной 8'1 - 1,2%, а для каналов измерения выходного напряжения СКЗ и поляризационного потенциала 8\ = Зе = 1,0%.

Однако при проведении экспериментальных исследований ИИС, были получены более высокие значения фактической погрешности. В результате в качестве погрешности ИИС оценки состояния противокоррозионной защиты газопровода было принято значение 81 = 2,5%.

В четвертом разделе приведены материалы об изменениях в системе противокоррозионной защиты газопровода, вызываемых применением в ее структуре информационно-измерительной системы.

Аналитически с высокой точностью исследовать сложные процессы коррозии и функционирования системы противокоррозионной защиты газопровода достаточно сложно. В связи с этим были исследованы вопросы имитационного моделирования процесса работы системы противокоррозионной защиты газопровода. В результате появилась возможность, используя данные от ИИС и из базы данных, изучать поведение системы противокоррозионной защиты при возможных случайных воздействиях и при целенаправленном изменении ее параметров.

Рассмотрены перспехтивьг включения разработанной ИИС в структуру комплексной системы диагностирования линейной части магистрального газопровода.

В результате обработки собранной информации и сравнении ее с информацией о поле эталонных моделей формируется представление о состоянии диагностируемого объекта

1(Р.И) =х

2(01] (3) (?<Аэ) ]•

где Ь - оператор, оценивающий состояние объекта;

- информация о поле эталонных моделей; В - оператор определения значений параметров, характеризующих состояние объекта; К - оператор преобразования информации в ИИС; V - оператор, описывающий взаимодействие полей

у ( /) - сигналы на выходе объекта; Ч*2(Т) - помехи, действующие на сигналы У (О-

Пятый раздел посвящен практической реализации результатов проведенных исследований.

Разработана ИИС оценки состояния противокоррозионной защиты линейной части магистрального газопровода. Ее структурная схема приведена на рис.3.

Разработанная ИИС обеспечивает в автоматическом режиме и в реальном масштабе времени получение, сбор, передачу, обработку и представление информации о значениях параметров объектов противокоррозионной защиты и решение задач оценки ее состояния.

ИИС оценки состояния противокоррозионной защиты линейной части магистрального газопровода имеет следующие основные характеристики:

-диапазон изменения выходного напряжения станций

катодной защиты... О-100В;

- диапазон изменения защитного тока... 0 - 100А;

- диапазон изменения защитного потенциала... от 0 до минус 3 В;

- число пунктов сбора информации (ПСИ)... до 4;

- число СКЗ, подключаемых к одному ПСИ... до 8;

- общее число СКЗ, подключаемых к одному

комплексу.... до 32;

- число контрольно-измерительных пунктов (КИП)... до 300;

- интервал времени между циклами сбора

измерительной информации............Зчаса55 мин;

- продолжительность цикла сбора информации

со всех СКЗ.... 5 мин;

- погрешность системы.... 2,5%;

- масса мобильной ИИС без массы электродов..........4 кг;

- мощность потребляемая аппаратурой стационарно-

мобильной ИИС..............50 мВт;

- мощность потребляемая аппаратурой стационарно-мобильной ИИС..........30 Вт.

Опытный образец разработанной ИИС внедрен на участке магистрального газопровода Челябинск-Петровск. Аппаратура КП СКЗ ИИС установлена и функционирует на трех станциях катодной защиты (№№ СКЗ 355,357,358). Центральные устройства ИИС размещены в компрессорной станции Тольяттинского ЛПУ.

Результаты проведенных испытаний, апробации и практического применения разработанной ИИС показали, что ее применение на магистральных газопроводах обеспечит повышение эффективности и безотказности системы противокоррозионной

защиты, будет способствовать продлению срока службы газопроводов и снижению риска их эксплуатации.

В заключении сформулированы основные результаты работы.

В приложении приведены алгоритмы и программы обработки информации, документы о внедрении.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ.

1. Выполнен анализ системы противокоррозионной защиты газопровода как электрической цепи, получены ее эквивалентные схемы и уравнения для входных сопротивлений.

2. Предложен метод анализа измерительной информации для определения причин изменения силы защитного тока на станциях катодной защиты.

3. Комплексно решена проблема измерения параметров, характеризующих состояние противокоррозионной защиты магистрального газопровода, передачи и обработки сигналов о значениях этих параметров.

4. Разработан метод прогнозирования, позволяющий определить момент времени, когда будет необходимо произвести замену или ремонт анодного заземлителя на станции катодной защиты.

5. Разработан метод прогнозирования надежности станций катодной защиты, использующий при реализации информацию, получаемую с помощью ИИС.

6. Разработаны алгоритмы и программы по всем вычислительным задачам

ИИС.

7. Разработана аппаратная реализация ИИС оценки состояния магистрального газопровода. ИИС создана как система, состоящая из трех взаимосвязанных частей: стационарной ИИС, стационарно-мобильной ИИС, мобильной ИИС.

8. Разработана база данных ИИС, предназначенная для накопления информации о работе средств противокоррозионной защиты газопровода и значениях измеряемых параметров и использования этой информации для решения задач оценки состояния защиты.

9. Метод экспертной оценки относительного риска эксплуатации линейной части магистрального газопровода адаптирован для применения в ИИС оценки состояния противокоррозионной защиты.

10. Изготовлен, внедрен и испытан как в лабораторных, так и в промышленных условиях опытный образец ИИС оценки состояния противокоррозионной защиты магистрального газопровода. Результаты испытаний подтвердили результаты исследований и теоретические выводы. Апробация разработанной ИИС показала, что ее приме-

нение повышает эффективность системы противокоррозионной защиты магистрального газопровода, что обеспечивает более высокую его надежность и безопасность.

Основные положения диссертационной работы достаточно полно изложены в следующих публикациях:

1. Артюшин Г.С. Состав информационно-поисковой системы для проектирования объектов газовой промышленности II Труды Самарского филиала секции "Строительство" РИА. - Самара, 1996. - № 2 с.67-74.

2. Артюшин Г.С., Авдеев A.A., Нуякшин Ю.К., Романов И.Г Новый метод обнаружения повреждений изоляции как часть информационно-измерительной системы диагностирования линейной части магистральных газопроводов // Труды Самарского филиала секции "Строительство" РИА. - Самара, 1996. - № 4 с.45-52.

3. Артюшин Г.С., Нуякшин Ю.К., Романов И.Г. Анализ систематической погрешности метода изменения ИИСТД JT4 МГ // Труды Самарского филиала секции "Строительство" РИА. - Самара, 1996. 4 с.52-58.

4. Артюшин Г.С., Звягин Г.М., Романов И.Г. Использование информационно-измерительных систем при диагностировании линейной части магистрального газопровода (JT4 МГ) // Диагностика оборудования и трубопроводов. -М.: ИРЦ ГАЗПРОМ, 1997. - № 1.

5. Артюшин Г.С., Звягин Г.М., Романов И.Г. Применение СДК СКЗ как элемента ИИС для повышения надежности эксплуатации J14 МГ // Диагностика оборудования и трубопроводов. -М.: ИРЦ ГАЗПРОМ. 1997. - № 1.

6. Артюшин Г.С. Концепция построения коррозионной защиты линейной части для повышения надежности эксплуатации магистрального газопровода с использованием информационно-измерительной системыУ/ Самарский филиал секции "Строительство" РИА - Самара. 1997.

7. Артюшин Г.С., Романов И.Г. Метод машинного моделирования при оценке состояния ЛЧ МГ // Диагностика оборудования и трубопроводов. -М.: ИРЦ ГАЗПРОМ. 1997.-№3.

8. Артюшин Г.С., Звягин Г.М., Романов И.Г. Информационно-измерительная система диагностирования линейной части магистрального газопровода. В кн.Автоматизированные информационные системы при строительстве и эксплуатации зданий, сооружений и объектов жизнеобеспечения. Самара.: Самарская государственная архитектурно-строительная академия, Самара, 1996г.,с.6.