Глава 3. Отладка и настройка оборудования, запуск аппаратуры в режим зондирования
3.1. Проведение калибровочных испытаний аппаратуры. Отладка и калибровка совместного функционирования всего аппаратного комплекса лазерного зондирования
Для определения и подтверждения действительных значений метрологических характеристик и пригодности к применению средств измерений (СИ) используются калибровка, которая является важным инструментом обеспечения достоверности и заданной точности измерительной информации. Под пригодностью средства измерения подразумевается соответствие его метрологических характеристик ранее установленным техническим требованиям, которые могут содержаться в нормативном документе или определяться заказчиком. При этом калибровка осуществляется с использованием средств, которыми могут являться эталоны, установки и другие средства измерений.
В общем виде задача калибровки средств измерений состоит в следующем. Пусть имеется некоторая переменная y, величину которой необходимо установить, при этом прямое измерение y по ряду причин невозможно. В то же время можно легко измерить другие величины: x=(x1, x2, x3,…), которые тесно связаны с искомой величиной y. Задача калибровки состоит в установлении количественной связи между переменными x и откликом y: y=f (x1, x2, x3,…| a1, a2, a3,…) +ε. (3.1)
На практике это означает, что необходимо подобрать вид зависимости f, и произвести оценку неизвестных параметров a1, a2, a3,… в этой калибровочной зависимости, при этом необходимо помнить, что в калибровке может участвовать не один показатель y (отклик), а несколько откликов y1, y2,..... yK, которые могут нас интересовать.
Пусть с одной стороны, имеется матрица Y, размерностью (I×K), где I – число стандартных образцов (СО) (сравнения), использованных в калибровке, а K – число одновременно калибруемых откликов. Матрица Y содержит значения откликов y, полученные из независимых экспериментов или являющиеся стандартными значениями.
С другой стороны, имеется матрица переменных X размерностью (I×J), где I – число СО, а J – число независимых переменных (каналов), используемых в калибровке. Матрица X состоит из альтернативных, как правило, многоканальных (J>>1) измерений. В результате используя калибровочные данные (X,Y), можно построить функциональную связь между матрицами Y и X, представить ее в виде математической модели и далее предсказывать значения показателей y1, y2,..... yK, по новой строке значений аналитического сигнала x.
Результатом калибровки является функция, которую называют «калибровочной характеристикой» (КХ) СИ, ее определяют по экспериментальным данным, полученным с использованием различных СО.
Стандартным образцом, согласно нормативной документаци, является средство измерений в виде определенного количества вещества или материала, предназначенное для воспроизведения и сохранения параметров величин, характеризующих состав или свойства этого вещества (материала). Значения СО устанавливаются в результате метрологической аттестации и используются для передачи размера единицы при поверке, калибровке средств измерений, аттестации методик выполнения измерений и т.д.
Для калибровки необходимо использовать СО, численность которых соответствует действующему стандарту: не менее трех согласно ISO 11095 и не менее пяти согласно МИ [15,22]. Данное требование обеспечивает адекватную проверку предположения о линейности калибровочной функции. Аттестованные значения экземпляров СО, входящих в комплект СО, должны быть распределены приблизительно равномерно в диапазоне измерения калибруемого СИ. Диапазон аттестованных значений СО должен совпадать с диапазоном измерения калибруемого СИ. Состав и структура материала СО должны быть как можно более близкими к составу и структуре проб материала, контролируемого с использованием калибруемых СИ.
Результаты измерений набора СО считаются независимыми и нормально распределенными величинами вместе с шумом измерений (переменной величиной, называемой в стандарте «остатком» модели).
Однако необходимо отметить, что разработанные нормативные документы по проведению калибровки измерительных средств на сегодняшний день носят рекомендательный характер, нет универсальной методики. На предприятиях используются различные калибровочные модели, что в некоторых случаях приводит к большому разбросу результатов измерений. В рамках работы был проведен анализ калибровочных моделей следующих методик: ISO 11095, РМГ 54-2002, метод минимаксного приближения.
Для построения линейной калибровочной функции в ISO используются две статистические регрессионные модели (модель 1 и 2), в общем виде имеющие следующий вид: yij = a + b*xi + εij, (3.2)
где xi - аттестованное (паспортное) значение выбранного компонента в i СО, i=1,…N; yij - результат j –ого измерения i –ого СО j=1,…,Ki ; Ki – число измерений i-ого СО; в случае, когда число измерений всех СО одинаково и равно K: , (3.3)
где a+b*xi - вычисленное значение измеренной величины для i – ого СО; εij - отклонение – разность между измеренными (yij) и вычисленными по формуле (a+b*xi) значениями. Это случайные величины, независимые, распределенные нормально со средним, равным нулю, и неизвестной дисперсией σ2, не зависящей от значений концентраций xi,
D(εij) = D( yij )=const, (3.4)
где a, b, σ 2 - три неизвестных параметра, которые оцениваются в модели.
Модель 1 предполагает постоянство дисперсии остатков отклонений данных измерений набора СО от калибровочного графика, т.е. ее независимость от аттестованных значений СО.
Численный аппарат для оценки параметров модели – метод наименьших квадратов (МНК), заключается в том, что для получения искомых оценок минимизируется функционал, равный сумме квадратов отклонений измеренных значений yij от вычисленных по модели a+b*xi соответствующих значений в калибровочных точках набора из i СО с паспортными значениями xi :  , (3.5)
где N – число СО; Ki – количество измерений i-ого СО.
На основе дисперсионного анализа ANOVA (Таблица 3.1), было оценено качество процесса калибровки измерительной системы локатора.
Оценка адекватности модели 1. Для заданного уровня значимости (1–α) сравниваем расчетное значение критерия Фишера F с табличным, выбранным для N-2 и NK2-N степеней свободы:  где NK - рассчитывается по ранее приведенной формуле, α – требуемая вероятность,  и  - значения из таблицы 3.1.
Таблица 3.1 – Калибровочная оценка
Если данное неравенство выполняется, то на этом уровне надежности калибровочное уравнение адекватно описывает исходные данные. Если наоборот, расчетное значение Fрас критерия Фишера больше табличного, то уравнение не адекватно, и следует искать другую калибровочную кривую.
Модель 2 используется в том случае, когда дисперсии остатков пропорциональны аттестованным значениям СО. Используемый математический аппарат для оценки параметров модели – взвешенный МНК.
Формула для калибровочной функции остается аналогичной формуле модели 1, а дисперсионное соотношение принимает вид:  ,
где τ2 - постоянная величина.
Разработана АС «Калибровка ЛУГ», предназначенная для калибровки измерительной системы ПАК «ЛУГ» по набору стандартных образцов. Основное назначение АС: автоматизация процесса получения, обработки, хранения калибровочных образцов; автоматизация процесса калибровки; сокращение времени, требующегося на вычисления при калибровке комплекса технических средств ПАК «ЛУГ»; снижение возможности ошибок при расчете показателей калибровочной функции к минимуму; представление и систематизация полученной информации в виде, удобном для отображения и дальнейшей обработки.
Главной целью создания АС является исключение постоянной систематической погрешности измерений, связанной с калибровкой измерительной системы лазерного локатора и снижение времени на выполнение калибровки за счет автоматизации процесса расчетов.
АС калибровки позволяет производить анализ адекватности полученных моделей согласно критерию Фишера, что, прежде всего, дает возможность устранить постоянную систематическую погрешность, связанную с неверным предположением о виде зависимости выходного сигнала прибора и значением измеряемой величины. Для анализа моделей ISO в программе предоставлена визуализация всех графиков и таблиц.
Весь процесс проведения калибровки разбит несколько этапов. Наглядно это выглядит как множество именованных прямоугольников-блоков, обозначающих какую либо часть работы, которые имеют входные и выходные параметры. Стрелки, входящие в верхнюю грань блока представляют собой различные правила, стандарты, предписания, ГОСТы, и прочие нормативные и методические документы, характеризующие корректное выполнение данной работы. Стрелки, входящие в нижние грани представляют собой ресурсы, в виде оборудования, а также человеческие ресурсы, которые необходимо привлечь для успешного проведения данного этапа работ. Стрелки, входящие в левую грань блока - это входная информация, которая подвергается обработке и преобразуется с течением выполнения данной работы. И, наконец, стрелки, выходящие с правой грани блока представляют собой результат проведения данной работы и переход к следующему этапу. Организационно-функциональная структура системы калибровки ПАК «ЛУГ» представлена и ее декомпозиция представлена на рисунке 3.1.
Рисунок 3.1 - Декомпозиция организационно-функциональной структуры АС
Методика калибровки КТС заключается в следующем, после запуска системы оператором производится ввод необходимых данных: число образцов; число измерений каждого образца; данные измерений.
После ввода данных оператором выбирается модель калибровки: основной метод (модель 1 или модель 2), точечный метод или метод «заключения в скобки». На этом участие оператора в построении калибровочной функции заканчивается.
Далее ЭВМ выполняет построение калибровочной функции, осуществляет контроль справедливости (адекватности функции). Результатом работы являются: калибровочная функция, построенная согласно выбранной модели; вывод об адекватности функции и, соответственно, ее применимости к дальнейшему использованию; сохранение введенных данных, сохранение результатов (параметров калибровочной функции); графики полученных функций.
В АС реализован алгоритм поиска оптимальной калибровочной модели с учетом интервального значения аттестованных значений СО. Данный алгоритм применяется для моделей стандартных методик, которые при расчетах калибровочной функции используют точечные значения СО, что в свою очередь противоречит действительности. На практике, аттестованное значение образца для оценивания – это доверительный интервал, все точки внутри которого равновероятны. В случае, когда для калибровки используются аттестованные смеси с большими погрешностями значений величин, предположение о безошибочности принятых значений, уже не может считаться верным, что не позволяет применять методику с использованием точечного значения стандартного образца.
Использование пакета программ позволяет обеспечить: сокращение времени, необходимого для вычислений при калибровке измерительных комплексов; снижение требований к квалификации персонала, занимающегося калибровкой; снижение возможности возникновения ошибок при расчете показателей калибровочной функции до минимума.
Интерфейсная подсистема должна выполнять функции взаимодействия с пользователем и подсистемой расчетов.
Интерфейс пользователя должен предоставлять ряд форм для ввода и вывода информации о результатах измерений, аттестованных значениях стандартных образцов. Этот функциональный блок должен отображать результаты расчетов калибровочных функций в определенном виде.
Подсистема хранения данных должна реализовывать механизм структурирования информации, используемой в процессе калибровки, на жестком диске.
Генератор запросов должен осуществлять формирование входного блока данных для Подсистемы расчетов. Блок данных должен содержать требуемую калибровочную модель, аттестованные значения стандартных образцов, результаты их измерения, информацию о включении точки начала координат, необходимость использования интервального алгоритма поиска оптимальной модели или средних точек доверительного интервала.
Подсистема расчетов должна выполнять расчет параметров калибровочных функций, в зависимости от запроса. Менеджер расчетов анализирует запрос интерфейсной подсистемы. В зависимости от заданной модели данный блок выполняет те или иные расчеты.
Разрабатываемая система логически состоит из 7 подсистем:
1. Подсистема ввода статичных данных, выполняет следующие функции: ввод данных и контроль ввода данных; передача введённых данных в подсистему работы с БД для сохранения; загрузка данных из БД; проверка корректности введённых данных; ведение новых стандартных образцов; ведение учета зарегистрированных приборов-локаторов.
2. Подсистема ввода измерений, выполняет следующие функции: ввод данных и контроль ввода данных; автоматизированное добавление необходимого числа измерений.
3. Подсистема вычисления калибровочной функции, выполняет следующие функции: анализ введенных данных; вычисление калибровочной функции.
4. Подсистема вычисления результатов калибровки, выполняет следующие функции: анализ найденных калибровочных функций; нахождение области действия калибровочной функции; принятие решения об адекватности функции и применимости в работе; принятие решения о работоспособности локатора утечек газа; передача данных в подсистемы статистики и учета поверок.
5. Подсистема статистики, экспорта данных и учета поверок, выполняет следующие функции: формирование и вывод отчёта о результатах калибровки\поверки; сохранение результатов проведенных калибровок и поверок для каждого прибора; сохранение отчёта; вывод отчёта на печать в табличном виде и в виде графиков; вывод сохраненных ранее результатов диагностики; вывод объяснений о выданном отчёте; экспорт данных в табличном и графическом виде; учет периодичности проведения плановых калибровок и поверок.
6. Подсистема редактирования БД, выполняет следующие функции: выбор и просмотр таблиц базы данных; редактирование записей в таблице; добавление записей; удаление записей; контроль корректности вводимых данных. При вводе некорректных данных будет выведено соответствующее предупреждение.
7. Подсистема администрирования, выполняет следующие функции: добавление новых пользователей; назначение и изменение уровня доступа пользователей; удаление пользователей.
Для хранения всей информации, необходимой для работы системы используется реляционная БД. Спроектированная база данных включает в себя следующие таблицы: справочник «Локаторы», таблица содержит основные данные по имеющимся локаторам утечки газа; справочник «Эталонные образцы», содержит эталонные образцы измерений и ссылку на таблицу с эталонным набором (к которому отнесен данный эталон); справочник «Эталонный набор», содержит основные данные по имеющимся в системе эталонным наборам; таблица «Поверка локаторов», содержит данные о датах проведенных поверок, является связующей между остальными справочниками; таблица «Данные замеров», содержит данные проведенных замеров и их соответствие к прибору, образцу и т.п.; таблица «Результаты калибровки», содержит результаты построений калибровочных моделей ISO 11095.
Программный продукт обладает интуитивно понятным, удобным и универсальным интерфейсом. Разрабатываемая система предполагает два режима работы: «режим администратора системы» и «режим пользователя». Режимы работ предлагают различные функции для различных видов работ. Функции разных режимов не пересекаются и не дублируются.
Режим администратора позволяет осуществлять технические настройки системы, проводить работу с пользователями системы и т.п. Режим Пользователя предполагает непосредственную работу с инструментами калибровки приборов, работу со статистикой. На рисунке 3.2 изображена форма «Приборы», которая отображает зарегистрированные приборы. Предоставляемая на форме информация дает пользователю возможность однозначно определить конкретный прибор среди других. Для удобства работы есть возможность ограничить вывод имеющихся приборов: по типу прибора.
Рисунок 3.2 - Форма «Приборы»
Если пользователь установит чекбокс «Тип прибора» в активное положение и выберет тип в выпадающем списке, в таблице окажутся только те приборы, которые совпадают по заданному условию «Тип прибора»; по требованию поверки. По умолчанию считается, что поверка должна быть проведена раз в год. Таким образом, чекбокс «Показать только требующие поверки» ограничит вывод приборов – будут показаны только те, дата последней поверки которых окажется старше одного года от текущей даты. Кнопка «Подробно» выводит подробную информацию о выбранном приборе. На закладке «Характеристики» указаны основные данные прибора. Информация является сугубо справочной.На закладке «Документы» показаны все документы, зарегистрированные в системе для данного прибора. Предполагаемые документы: Акты поверки, Инструкция по пользованию прибором, инструкция проведения калибровки и.т.д. На закладке «Поверки» выводится информация о пройденных поверках, результатах поверок, дат проведения и т.п. На форме «Линейная калибровка» производится ввод данных, полученных от поверяемого прибора в ходе измерения стандартных калибровочных образцов. По горизонтали задано число стандартных образцов, по вертикали – число измерений, имеется возможность менять количество измерений «на лету». Результатом калибровки средств измерений с применением АС является калибровочная зависимость, выраженная алгебраически и графически, из данной информации формируется отчет, который при необходимости можно распечатать. График калибровочной зависимости средства измерения и уравнение калибровочной функции можно распечатать. Необходимо отметить, что использование разработанного программного комплекса метрологами и другими специалистами позволяет исключить погрешности связанные с неправильным выбором вида калибровочной функции, и ошибками при ее расчете, снизить затраты времени на выполнение калибровки средств измерений посредством автоматизации расчетов, унифицировать процесс калибровки измерительных приборов за счет использования стандартных алгоритмов.
Для обеспечения достоверности и заданной точности информации получаемой при дистанционном зондировании используется АС «Калибровка ЛУГ», реализующий алгоритмы построения калибровочных функций на основе моделей ISO, которые в свою очередь были заложены в универсальную методику калибровки КТС системы локатора.
Необходимо отметить, что использование разработанного программного комплекса метрологами и другими специалистами позволяет исключить погрешности связанные с неправильным выбором вида калибровочной функции, и ошибками при ее расчете, снизить затраты времени на выполнение калибровки средств измерений посредством автоматизации расчетов, унифицировать процесс калибровки измерительных приборов за счет использования стандартных алгоритмов.
3.2. Разработка методики аттестации базового лазерного устройства
Аппаратура лазерно-информационной системы (ЛИС) не относится к сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений, поэтому нет необходимости внесения ее в Госреестр продукции РФ, а тем более в Госреестр средств измерения РФ. С целью повышения конкурентоспособности аппаратура ЛИС и достоверности результатов зондирования МГ, достаточно выдавать на аппаратуру сертификат о калибровке, утвержденный в организации эксплуатирующей данную аппаратуру, тем более что перед каждым циклом обследования, из-за сложных условий эксплуатации ЛИС, она нуждается в аппаратной калибровке, в основном оптического тракта аппаратуры. Поэтому достаточно, если метод аттестации базового лазерного устройства будет содержать методики по калибровке оптического тракта ЛИС – в терминах Госстандарта – периодическая аттестация и измерения концентрации вытекаемого газа из МГ – первичная аттестация, поскольку транспортирующие организации ООО «Газпром» интересуют два фактора: наличие утечки газа и его объем потерь.
Калибровка оптического тракта лазерного устройства заключается в анализе способности предлагаемого детектора метана обнаруживать наличие газа метана вблизи поверхности Земли, при заданной концентрации метана в 2мм по объёму и основан на расчёте величины локаторного отклика, как функции некоторых параметров локатора, а так же в расчёте величины вклада факторов мешающих обнаружению сигнала от метана. Исходя из представлений о том, что предлагаемый прибор должен быть, с одной стороны достаточно компактным но, в то же время, позволяющим решать задачу обнаружения утечки метана с помощью одного зондирующего излучения, в данном варианте расчёта мы зафиксировали диаметр приёмной оптики на уровне (приведенной к 10см), а варьировали фокусное расстояние приёмной оптики и мощностью зондирующего лазерного излучения.
Из факторов, оказывающих мешающее обнаружению воздействие учитываются фон, создаваемый солнечным светом, отражённым от поверхности земли в направлении приёмной оптической системы локатора установленного на борту летательного аппарата. При этом необходимо отметить, что расчёт приводится для самого неблагоприятного случая, когда поверхность земли покрыта белым снегом, небосвод не покрыт облаками и солнце находится на высоте 22 над горизонтом. Во всех других ситуациях по фону от солнца его мешающее влияние будет очевидно слабее.
В расчётах предполагается, что лазерный луч фокусируется на поверхность земли с высоты 100 метров, что позволяет снизить уровень фона солнечного света отражённого от поверхности земли и собираемого приёмной аппаратурой локатора. Алгоритм расчета обнаружительной способности локатора ЛУГ проведен с использованием пакета программ для математических расчетов MATHCAD.
Методика измерения концентрации вытекаемого газа базируется на известных экспоненциальных зависимостях мощности излучения, возвращаемого назад (отраженного от приземной поверхности) и адаптивной модели лазерного устройства дистанционного зондирования при этом существующие методики измерения концентрации метана были уточнены за счет учета влияния коэффициента рассеяния подстилающей поверхности, закона квадрата расстояния и флуктуации рассеяния.
При первичной обработке результатов эксперимента, результаты оценки определенной концентрации коррелировали для всех режимов работы локатора, т.е. лазерный локатор позволял определять концентрацию газа в 2 реперных точках газового факела с его обеих границ, по величине сигнала на длинах волн 1 и 2.
В результате эксперимента и проводимых обследований МГ ОАО «Газпром» были получены дополнительные результаты - возможности увеличения вероятности выделения или исключения предполагаемой утечки за счет результатов корреляционной обработки аналоговой и цифровой информации.
Измерение объема утечки газа из МГ осуществляется по математической модели процесса истечения газа из газопровода. Для задач обнаружения и определения величины утечки метана из трубопровода с помощью лазерного локатора представляет интерес величина, представляющая собой проинтегрированную по высоте h концентрацию метана в факеле выброса.
На рисунке 3.3 приведены результаты компьютерных расчетов и моделей на мощной графической станции Aquarus с использованием величины  для случая, когда диаметр отверстия трубы составлял D=1мм, а скорость ветра u=2м/с. В общем случае в работе проводилась исследования для 2-х значений диаметров отверстия в трубе (D=1мм; 3мм) и 3-х значений скорости ветра (u=2м/с; 5м/с; 10м/с). По изолиниям можно оценить диапазон чувствительности лазерного локатора.
На рисунке 3.4 приведены результаты расчетов функции отклика локатора на факел выброса метана, для случая, когда диаметр отверстия трубы составлял D=1мм, а скорость ветра u=2м/с. В общем случае в работе проводилась исследования для 2-х значений диаметров отверстия в трубе (D=1 мм; 3 мм) и 3-х значений скорости ветра (u=2 м/с; 5 м/с; 10 м/с). Функция отклика локатора определялась при условиях пересечения зондирующим лазерным лучом локатора факела выброса в направлении перпендикулярном оси факела (вдоль оси y).
Рисунок 3.3 - Изолинии величины в слое воздуха
По функции отклика можно судить о величине сигнала в локаторе, вызванного пересечением лазерным лучом факела выброса.
Рисунок 3.4 - Функция сигнала с пересекающего облако газа (утечки) локатора (вдоль оси y)
Результаты эксперимента показали, что луч локатора должен проходить в диапазоне: минимум 5-20 м и максимум – 35-80 м от места выброса газа, что большая скорость ветра существенно ухудшает обнаружение утечки.
3.3. Проведение дистанционного зондирования мобильным лазерным локатором приземного слоя атмосферы
Результаты научных исследований и разработанный на их основе программно-аппаратный комплекс дистанционного обнаружения утечек газа «ЛУГ» прошли апробацию при вертолетном зондировании протяженных участков МГ обслуживаемых дочерними предприятиями ОАО «Газпром».
Основные результаты внедрения в практику метода дистанционного зондирования приведены на примере обследования технического состояния магистральных газопроводов предприятия ООО «Таттрансгаз».
1. Основания для проведения вертолетных обследований. Вертолетные обследования лазерным локатором утечек газа технического состояния МГ предприятия ООО «Таттрансгаз» проводились на основании «Комплексных мероприятий по повышению устойчивости ЕСГ к системным авариям». Согласно Договору № СП-05/04 о проведения летных работ, а также согласно календарному плану, позволяющему провести вертолетные обследования на выделенном участке работ, выявить дефекты, проанализировать и систематизировать результаты обследования технического состояния линейной части магистрального газопровода, провести компьютерную обработку данных за весь период обследования.
2. Объект вертолетных обследований - участки МГ и отводы предприятия ООО «Таттрансгаз». Обследование проводилось комплексом дистанционного зондирования «ЛУГ», установленным на борту вертолета, послеполетная обработка информации осуществлялась АРМ «Оператор».
3. Задачи вертолетных обследований объектов МГ ООО «Таттрансгаз»: 3.1. Ревизия ТС объектов ЛЧ МГ, КС, КУ, ГРС и ГИС.
3.2. Обнаружение утечек газа на объектах МГ в реальном масштабе времени с применением ПАК «ЛУГ», а также обнаружение мест их возможного появления на основе анализа результатов компьютерной обработки информации, собранной в процессе обследования.
3.3. Проведение статистического анализа и компьютерной обработки данных, полученных за весь период вертолетного обследования объектов МГ.
3.4. Создание БД выявленных дефектов и состояния подстилающей поверхности в местах прокладки МГ.
3.5. Уточнение трассы МГ посредством записи траектории движения вертолета.
3.6. Использование информации, полученной в процессе обследования ПАК «ЛУГ», для контроля и документирования отклонений от режимов полета с целью определения необследованных участков трассы МГ.
3.7. Определение необследованных участков трассы и оценка эффективности вертолетных обследований посредством контроля и документирования нарушений паспортных требований к режиму обследования на основе анализа данных вертолетных обследований.
3.8. Оценка отклонений траектории вертолета от маршрута обследования трасс газопровода.
4. Подготовка к обследованию.
4.1. Установка ПАК «ЛУГ» в летательное средство.
4.2. Предварительное тестирование аппаратуры ПАК «ЛУГ» на земле.
4.3. Проверка работоспособности, подстройка устройств лазерного локатора ЛУГ и калибровка GPS приемника в полете над модельной утечкой газа.
4.4. Выводы по результатам подготовки к обследованию: лазерный локатор работоспособен; ошибка в привязке GPS навигатора по высоте на стоянке составила почти 6м; ошибка показаний высоты GPS и радиовысотомера МИ-8МТ вертолета Ка-26 составила: показания МИ-8МТ (при зависании), м - 60+5; показания GPS, фут - 215-230; ошибка измерения высоты (с учетом привязки на земле) составила в пределах, м - +(5-10); относительная ошибка привязки координат GPS, м - ±4.
5. План обследования газопроводов. Согласно техническому заданию объектом вертолетных обследований также являлись участки МГ и отводы предприятия ООО «Таттрансгаз» общей протяженностью 998,38км.
На рисунке 3.5 изображена карта и GPS-трек маршрута полета вертолета согласно техническому заданию. Красным цветом на рисунке приведены полеты вертолета, выполненные по плану технического задания, зеленым цветом - повторные обследования изображенных участков (данные обследования проводились, как правило, при возвращении с конечного пункта маршрута полета), а черным цветом – полеты без обследования (возврат из конечного пункта маршрута, перелет на другой маршрут, посадка и возвращение представителя ЛПУ, возвращение на дозаправку вертолета).
Рисунок 3.5 - Карта обследования участка МГ предприятия
ООО «Таттрансгаз»
6. Перечень и содержание выполненных работ.
6.1. Компьютерная обработка результатов вертолетных обследований участков МГ ООО «Таттрансгаз» с целью выявления дефектов проводилась посредством ПО ПАК «ЛУГ» - АРМ «Оператор», а именно: ввод данных в ЭВМ, т.е. создание баз данных: утечек; GPS треков обследованных участков; цифровая обработка данных с целью обнаружения утечек газа из МГ и утечек из оборудования КС, КУ, ГРС; обработка фотоснимков в диалоговом режиме ПО «Оператор»; оцифровка карт трасс газопроводов в масштабе 1:100000; привязка фотоснимков и трассы газопровода; корреляционный анализ информации об утечках газа; векторная обработка данных; совместная обработка результатов поиска утечек газа и цифровой обработки фотоснимков.
6.2. Анализ результатов вертолетных обследований.
6.3. Оценка характеристик выявленных дефектов, привязка мест их положения на технологической схеме МГ и к километровым меткам на трассе газопровода.
7. Результаты вертолетных обследований, полученные посредством ПАК «ЛУГ» показали, что на участках МГ предприятия ООО «Таттрансгаз» выявлены утечки газа (Рисунок 3.6, 3.7), ниже приведена более подробная информация об обнаруженных утечках газа.
Дополнительная обработка информации полученной с ПАК «ЛУГ» с помощью ПО, позволила уточнить наличие утечки газа на участках №3 (Рисунок 3.6), а также подтвердить и уточнить место утечки №7 (Рисунок 3.7) МГ предприятия ООО «Таттрансгаз».
Рисунок 3.6 - Утечка №3
Характеристика утечек газа и мест их расположения на участке МГ предприятия ООО «Таттрансгаз» представлены ниже:
утечка №3 (Рисунок 3.6). Участок МГ Оренбург-Заинск, крановый узел 376км. Утечка газа выявлена над крановым узлом при первичном пролете вертолета, это видно по изображению GPS- трека, при повторном пролете вертолета (всего два раза) через 56мин. ПАК «ЛУГ» не подтвердил утечку газа из МГ;
утечка №7 (Рисунок 3.7). Отвод на Муслюмово-НПС «Белая» (Муслюмово), 2,500км газопровода предприятия ООО «Таттрансгаз». Утечка подтверждена при повторном пролете, всего было выполнено два пролета вертолетом данного участка МГ. Результаты измерений при вторичном пролете указали на высокую точность определения координат места утечки. Дополнительный ориентир 160м от автодороги на Юго-запад от места утечки газа. В результате посадки вертолета в месте предполагаемой утечки газа из МГ было проведено дополнительное обследование прибором «ПОМ-01», в результате которого утечка газа была подтверждена.
Рисунок 3.7 - Утечка №7
В результате проведения вертолетных обследований дополнительно были получены фотографии (Рисунок 3.8, 3.9), на которых изображены дефекты на МГ, а также указаны: время проведения обследования и координаты места дефекта.
Рисунок 3.8 - Размыв участка трубы
 
Рисунок 3.9 - Труба находится на поверхности
Проведя анализ полученных данных можно отметить, что погодные условия внесли большой вклад в ухудшение качества проводимого обследования. При выполнении диагностических работ в плохую погоду необходима корректировка технических возможностей лазерного локатора за счет снижения высоты полета. Однако эти требования почти не выполнялись.
В связи с тем, что лазерный локатор обнаруживает малые утечки газа, для которых сложно установить точное местонахождение на трубе (существующие портативные приборы обнаружения метана обладают чувствительностью в 50-100 раз худшей, чем у локатора), поэтому рекомендуется устанавливать регулярный дополнительный контроль места утечки газа, который желательно проводить в безветренную погоду.
|
