Газопроводы низкого давления доставляют попутный газ от нефтяных скважин до места хранения и переработки. Чтобы своевременно обнаружить дефекты трубопровода, применяют инспекционный снаряд — устройство с приборами и датчиками, перемещаемое внутри трубы. Для качественной диагностики у снаряда должна быть постоянная скорость. Однако, если давление газа невелико, шероховатости трубы заставляют его двигаться рывками. Исследователи ПНИПУ и «НефтеГазДиагностики» разработали клапан обтекаемой формы — это позволит точно контролировать скорость снаряда и избежать потери диагностических данных.
Исследование опубликовано в журнале «Вестник Пермского университета. Физика», № 3, 2023. Разработка проводилась при поддержке гранта РФФИ № 20-48-596002 в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет-2030».
Дефекты газопровода (например, некачественные сварные швы, трещины, вмятины, ржавчина) со временем приводят к потере герметичности трубы и утечке газа. Это не только вредит окружающей среде, но и может стать причиной взрыва, повреждения сооружений и коммуникаций, человеческих жертв. Для обнаружения таких дефектов изнутри трубы применяют инспекционные снаряды. Они скользят по трубе десятки километров и собирают данные о ее состоянии при помощи датчиков. Затем снаряды извлекают, данные выгружают и анализируют.
Существующие инспекционные снаряды не подходят для диагностики трубопроводов низкого давления, поскольку в условиях слабого давления газа не способны двигаться с постоянной скоростью. Шероховатости внутренних стенок тормозят снаряд, он замедляется, давление газа позади него нарастает и толкает снаряд вперед со слишком высокой скоростью. Из-за таких «рывков» информация о дефектах теряется или искажается: участки трубы, пройденные на высокой скорости, остаются «слепыми». А неконтролируемый разгон снаряда, масса которого может достигать сотни килограммов, приводит к созданию аварийных ситуаций на трубопроводе и может даже разрушить его.
В 2022 году пермские ученые разработали конструкцию инспекционного снаряда, которая подходит для диагностики газопроводов низкого давления. Теперь они усовершенствовали ее, нашли более экономичный и эффективный способ управления скоростью движения снаряда.
Предложенный учеными ранее инспекционный снаряд состоит из трех секций. Первая — управляет скоростью движения, вторая — содержит измерительные приборы, а третья — несет аккумуляторы для питания механизмов управления движением и измерительного оборудования. В первой — головной секции — находится канал, сквозь который проходит поток газа. Изначально скорость газового потока и снаряда соответственно регулировали при помощи поворотной заслонки внутри этого канала.
Однако поворотная заслонка не позволяет качественно контролировать движение снаряда. А чтобы управлять ею, нужно ввести в конструкцию громоздкое устройство. Поэтому ученые ПНИПУ и специалисты «НефтеГазДиагностики» разработали клапан обтекаемой формы, чтобы заменить заслонку. При помощи математического моделирования они определили, что лучше всего для регулировки скорости газа подходит клапан каплевидной формы.
Как работает такой клапан? Он движется вдоль оси канала и частично или полностью перекрывает его, регулируя тем самым поток газа и силу, действующую на снаряд со стороны прокачиваемого газа. Это дает возможность гибко контролировать скорость снаряда, избегать резких торможений и ускорений.
— Использование каплевидного клапана поддерживает стабильную скорость движения снаряда и обеспечивает качество диагностической информации. При этом механизм управления можно разместить в самом клапане, что позволит существенно сэкономить пространство внутри управляющей секции. Размеры снаряда ограничены, и оптимизация его внутреннего пространства является важной инженерной задачей, — отмечает доктор физико-математических наук, заведующий кафедрой общей физики ПНИПУ Анатолий Перминов.
Разработка ученых ПНИПУ и «НефтеГазДиагностики» позволит достичь качественной и своевременной диагностики дефектов газопроводов низкого давления. Это повысит их надежность, сократит число аварий, позволит избежать ущерба от их последствий и вреда для окружающей среды. На данный момент авторы исследования ищут инвесторов для создания опытных образцов разработанного снаряда.
Для справки:
Пермский Политех стал обладателем гранта «Приоритет 2030» в 2021 году. Его размер составил 100 млн. рублей. «Приоритет 2030» является самой масштабной в истории России программой государственной поддержки и развития высших учебных заведений. Ее цель — формирование к 2030 году в России более 100 прогрессивных современных университетов, которые станут центрами научно-технологического и социально-экономического развития страны. Всего комиссия Минобрнауки РФ включила в программу «Приоритет 2030» 106 вузов из 49 городов страны, из них 60 % — региональные университеты.