ZETLAB object state monitoring system

El monitoreo del estado de objetos tecnológicos es una de las tareas principales desde el punto de vista de garantizar la seguridad industrial y ecológica. El más significativo en esta relación es el monitoreo de sistemas de tubería por los que se realiza la transportación de productos de extracción y refinación de industría petrolera. Hay varios factores que influyen el estado técnico de las tuberías. Uno de estos factores son las influencias sísmicas, que someten a los oleoductos a impactos sísmicos y, en consecuencia, causan un estado de tensión y deformación en ellos.

El estado de monitoreo del estado del objeto a base de la programación informática ZETLAB soluciona la tarea de medición del estado de tensión y deformación que aparece como resultado de influencias sísmicas. A base del trabajo de la programación informática se encuentra la metodología de cálculo desarrollada de acuerdo con el documento “Normas y reglas de construcción 2.05.06-85 Tuberías magistrales” en los puntos 8.53 – 8.62 “Rasgos de cálculo de tuberías calculadas en regiones sísmicas”.

Las fuentes de datos para hacer los cálculos sirven estaciones sísmicas con grupos de sensores sísmicos de tres componentes. La programación informática “Sistema de Control de Influencias Sísmicas”(más adelante programación informática “Sistema de Control de Influencias Sísmicas”) a base de los datos de estaciones sísmicas hace el cálculo del epicentro supuesto del evento sísmico. La programación informática especial “Control de secciones de tubería” a base de los datos de estaciones sísmicas y datos de la programación informática especial “Sistema de Control de Influencias Sísmicas” hace el cálculo del estado de tensión y deformación de la tubería y presenta sus resultados en forma de protocolo.

Figure 1

Схема трубопровода с сейсмостанциями

Las estaciones sísmicas situadas en la tubería o en cercanía directa de la tubería, se conectan a la tubería con un valor determinado de kilometraje. De esta manera, la tubería es un eje de coordenadas en la que se sitúan las estaciones sísmicas, donde el valor de la coordenada es el valor del kilómetro de la tubería.

Las estaciones sísmicas tienen que fijar (llevar un registro contínuo) y determinar (diferenciar los eventos falsos de eventos reales, terremotos de vibraciones locales) cualquier evento sísmico en el radio preestablecido. Si, a fuerza de razones técnicas o la debilidad del evento, la estación sísmica no ha determinado el evento sísmico, entonces sus valores tienen que ser interpolados a base de las indicaciones de las estaciones sísmicas vecinas. Si el evento fue determinado por tres o más estaciones sísmicas, entonces la programación informática “Sistema de Control de Influencias Sísmicas” tiene que determinar el epicentro del evento sísmico y la programación informática especial “Sistema de Control de Influencias Sísmicas” tiene que trabajar a base del siguiente argumento.

Si está determinado el epicentro, entonces la programación informática especial “Sistema de Control de Influencias Sísmicas” tiene la posibilidad de evaluar el nivel de influencia a la tubería en cada punto. Para esto la programación informática especial “Sistema de Control de Influencias Sísmicas” tiene que evaluar el nivel de vibración en las estaciones sísmicas que a fuerza de diferentes razones no han fijado la influencia sísmica.

Todas las estaciones sísmicas se ajustan por su alejamiento del epicentro del evento sísmico. Basándose en el valor calculado de la magnitud en el epicentro del evento sísmico y las aceleraciones en las estaciones que han determinado el evento sísmico, se calcula la aceleración en las demás estaciones sísmicas.

Para evaluar la intensidad sísmica en el punto de localización de la estación n sísmica en la presente metodología se utiliza la fórmula de Shebalin en su vista general [1, 2]:

In = 1.5M – 3.5lg(Dn) + 3
An = 0.0078eInln2

donde:
In – intensidad en puntos según la escala MSK-64;
M – magnitud de terremoto en unidades relativas por la escala de Rijter;
Dn – distancia desde la estación sísmica hasta el hipocentro del terremoto;
An – valor de pico de la aceleración en la estación sísmica.

Sabiendo la intensidad se puede evaluar el valor de la aceleración que se registra en el punto de la situación de la estación sísmica. Para esto en la metodología se utilizan formulas recíprocas a las formulas de [3].

Figure 2

Сортировка сейсмостанций по дальности от эпицентра. Серым цветом обозначены сейсмостанции, не передавшие информацию о сейсмическом событии

Luego, para cada sección de tubería se hace el cálculo del coeficiente de deformación. Para cada sección de tubería se hace la interpolación de los valores de aceleración por los valores de las dos estaciones sísmicas vecinas. Se selecciona el máximo período principal de las fluctuaciones. Las estaciones sísmicas vecinas se determinan por el kilometraje de la tubería. El coeficiente de deformación se calcúla por una fórmula simplificada:

χ = acT/Cp

donde:
ac – proyección del vector de aceleración de la formula anterior al vector unitario de la dirección de la sección de tubería;
T – máximo de los períodos básicos por los ejes;
Cp – velocidad de distribución de la onda longitudinal.

Таблица 1
TIPO DE TERRENOVELOCIDAD DE DISTRIBUCIÓN DE LA ONDA SÍSMICA LONGITUDINAL, KM/SEG
arenoso
saturado de agua
0,35
arena terraplenada, porosa0,12
greda arenosa y tierra arcillosa0,3
Arcillosos húmedos, plásticos0,5
arcillosos semisólidos y duro2,0
de baja temperatura helados2,2
piedrín, recebo, morro1,1
calizas, grafolita, asperones1,5
Rocas rupestres (monolíticas)2,2

Figure 3

Расчёт НДС и сравнение с порогами

En las condiciones de operación real, las estaciones sísmicas pueden estar en condiciones de funcionamiento o no operativas. Si la estación sísmica envía sus datos al software “Sistema de control de influencias sísmicas”, se considera que funciona, a menos que haya otros atributos de programa que permitan que la estación sísmica se considere inoperativa. Si la estación sísmica no envía sus datos al software “Sistema de control de influencias sísmicas”, se considera que no funciona. Si la razón de la falta de datos de la estación sísmica es la línea de comunicación, entonces en los cálculos actuales de la programación informática especial “Control de secciones de tubería” ” dicha estación sísmica debería considerarse no operativa. Cuando se reanuda la comunicación y se transfieren los datos necesarios, el cálculo debe repetirse teniendo en cuenta los nuevos datos.

Las estaciones sísmicas que funcionan pueden como fijar el evento, es decir, determinar el tiempo de llegada de las fases, la aceleración pico y el período de oscilaciónes principal, así como no registrar el evento por varias razones. La programación informática especial “Control de secciones de tubería”debe tener un intervalo de tiempo predeterminado, durante el cual debe esperar datos de estaciones sísmicas. Después de que la programació informática “Sistema de control de influencias sísmicas” determina que se produjo un evento sísmico, la programación informática especial “Control de secciones de tubería”debe recibir datos de las estaciones sísmicas durante un tiempo determinado. Las estaciones sísmicas que funcionan y que no han determinado los parámetros del evento no deberían transmitir nada, y la programación informática especial “Control de secciones de tubería”debería tomar para ellos los parámetros “cero”. Las estaciones sísmicas no operativas deben excluirse de los cálculos.

En las Figuras 1 a 3 con círculos grises se indican las estaciones sísmicas que no determinaron los parámetros del terremoto. Sin embargo, la programación informática especial “Control de secciones de tubería”, conociendo el epicentro y la magnitud del terremoto, debe realizar la interpolación de parámetros en estaciones sísmicas que no determinaron los parámetros del terremoto. Entonces en la Figura 2, se muestra la dependencia de la intensidad de las oscilaciones de la distancia hasta el epicentro. Esta construída a base de los datos sobre la intensidad de las oscilaciones de las estaciones sísmicas que determinaron los parámetros de un terremoto, y los parámetros inciertos se calcularon utilizando las fórmulas dadas anteriormente.

Funcionamiento de la programación informática

Se demuestra como ejemplo el sistema que hace el monitoreo del gaseoducto “Krasnodarskyi krai – Krym”. Como el primer modelo se da un terremoto con el epicentro en el punto 44.8° de la latitud norte 35.8° de la longitud este y la profundidad de 15 km, magnitud 6.

Como se ve del dibujo 5, el terremoto modelado no ha llevado al aumento del estado de tensión y deformación sobre los umbrales.

El segundo modelo representa un terremoto con el epicentro en el punto 44.8° de la latitud norte 35.8° de la longitud este y la profundidad de 15 km, magnitud 7.

Como se ve del dibujo 7, el terremoto modelado ha llevado al aumento del estado de tensión y deformación sobre los umbrales en diferentes terrenos, y, como consecuencia, se requiere la exploración de aquellas secciones de tubería que han tenido aumento.