Сейсмо - и распределенные системы мониторинга двухоболочечных закрытых резервуаров для хранения сжиженного природного газа



СЕЙСМО - И РАСПРЕДЕЛЕННЫЕ СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА ДВУХОБОЛОЧЕЧНЫХ ЗАКРЫТЫХ РЕЗЕРВУАРОВ ДЛЯ ХРАНЕНИЯ СЖИЖЕННОГО ПРИРОДНОГО ГАЗА

Четвертухин Никита Вячеславович

Ларионов Максим Викторович Чернобров Алексей Ринатович Журавлев Михаил Дмитриевич Широнин Евгений Васильевич ООО «НПК Изотермик»

Консорциум «Изотермик» при разработке технических условий и конструкций крупных хранилищ сжиженного газа объемом от 60 до 140 тыс.куб.м столкнулся с проблемой установки на них систем мониторинга состояния конструкций.

Хранилища сжиженного газа представляют собой стальной цилиндр, заполненный жидким газом, находящийся внутри бетонного резервуара с крышкой. Внутренний резервуар опирается на бетонное кольцо и отделен от внешнего изолирующим материалом. Основная сложность при использовании традиционных акустико-эмиссионных (АЭ) систем мониторинга состоит в невозможности размещение каких либо датчиков внутри конструкции без повреждения внешней оболочки. В данном случае, возможный выход – установленные на внешнем резервуаре сейсмометры, регистрирующие собственные колебания системы, либо второй вариант размещенные на внутреннем резервуаре оптоволоконные распределенные системы на основе тонких физических эффектов, таких как рассеяние Мандельштамма – Бриллюэна, Рамана и Рэлея.

В первом случае к решению задачи были привлечены коллективы сотрудников Института Физики Земли РАН и Центра Молекулярной электроники МФТИ. Была построена расчетная модель сооружения (рис. 1), выполнен расчет параметров собственных колебаний и проведено изучение возможностей создания системы мониторинга объекта методом собственных колебаний [1, 2]. Форма собственных колебаний и их частоты зависят от условий закрепления резервуара, а именно от упругости основания и упругости среды, в которой находятся стенки резервуара.

Было получено, что динамические характеристики колебаний, а именно частотный и амплитудный спектр, суммарная амплитуда в различных точках при сопоставлении их с расчетными значениями достаточно полно отражают состояние объекта, в частности его целостность [2]:

• -    частоты собственных колебаний внутреннего резервуара начинаются с частот от 0,2 Гц, в то время, как внешнего - от 2 Гц, что позволяет легко их разделять;

• -    с высокой вероятностью можно оценивать изменения свойств материалов сооружения, а также сплошность конструкций.

Можно предположить, что динамические предвестники потери устойчивости (спектры осцилляций) подобными объектами также могут быть зарегистрированы этой системой, принимая во внимание, что характерные значения частот и их спектральные огибающие в обоих случаях сопоставимы.

Достаточно заманчивым представляется использования также методов вынужденных колебаний в инфразвуковом частотном диапазоне, по крайней мере в экспериментах по натурному моделированию.

Предлагаемая система полностью построена на отечественных молекулярно-электронных датчиках движения, цифровых регистраторах и сейсмостанциях, производства фирмы ООО «Р-сенсорс», Россия.

Во втором случае инновационным и высокоэфффективным средством диагностики может служить Волоконно-оптическая система мониторинга, разработанная компанией ЗАО «Лазер Солюшенс».

Компания ЗАО «Лазер Солюшенс» (являющаяся портфельной компанией ООО «УК «Роснано») разрабатывает и внедряет автоматизированные инновационные системы для мониторинга состояния объектов инфраструктуры на базе распределенных волоконно-оптических технологий, успешно применяемых для обеспечения безопасной эксплуатации особо опасных объектов [3].

Рис. 1. Расчетная модель резервуара (слева) и схематический разрез с параметрами изолирующего материала (справа). Цифры на модели – номера элементов, в которых размещены гипотетические датчики колебаний

При эксплуатации резервуаров, системы мониторинга «Лазер Солюшенс» в режиме реального времени позволяют решать следующие задачи:

• 1 .- мониторинг утечек (реагирование на малые утечки за счет контроля температурного профиля пятна утечки);

• 2 .- мониторинг деформации резервуара (определение геометрической формы, контроль сварных швов, 3D положения в пространстве);

• 3 .- мониторинг температуры и подвижек грунта основания резервуара (контроль растепления грунтов, оползневых и карстоопасных процессов, подвижек грунтов в зонах активных тектонических разломов и сейсмоактивных зонах).

В 1-м и 2-м случаях возможно диагностирование напряженно деформированного состояния (НДС) резервуара путем инсталлирования на его поверхность сенсорных кабелей, причем различными способами , в том числе по двум взаимно-перпендикулярным направлениям.

Выводы . Представлена новая возможность сейсмометрических наблюдений для оценки параметров материала сооружения и мониторинга за его состоянием путем анализа записей микросейсм на объекте и сопоставления их с расчетной схемой. В другом случае диагностирование НДС резервуара осуществлялось за счет инсталлирования на его поверхность сенсорных кабелей и проведения мониторинга состояния на базе распределенных волоконно-оптических технологий.

Практическое применение данные работы могут найти в первую очередь в задачах мониторинга различных ответственных объектов.