ГЕОЭКОЛОГИЯ. ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ. ГИДРОГЕОЛОГИЯ. ГЕОКРИОЛОГИЯ, 2010, № 5, с. 458-461
КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ =
УДК. 550.34.05
СИСТЕМЫ ОХРАННОГО СЕЙСМИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ПОТЕНЦИАЛЬНО ОПАСНЫХ ОБЪЕКТОВ
© 2010 г. В. И. Осипов, А. А. Гинзбург, А. В. Новикова
Учреждение Российской академии наук Институт геоэкологии им. Е.М.Сергеева РАН, Уланский пер. 13, стр.2, Москва, 101000 Россия; E-mail: galab@yandex.ru,direct@geoenv.ru
Поступила в редакцию 05.04.2010 г.
Рассматриваются две целевые задачи мониторинга: прогностическая и охранная. Описывается система охранного мониторинга, разработанная в Институте геоэкологии им. Е. М. Сергеева РАН. В основе системы - применение трехкоординатных акселерометров, с помощью которых различаются колебания, вызванные сейсмическими и несейсмическими причинами. При возникновении опасности система автоматически отключает объект от энергообеспечения и выдает сигнал тревоги. Разработанная система охранного сейсмического мониторинга рекомендуется для установки на особо опасных объектах.
Ключевые слова: сейсмическая опасность, мониторинг, ускорение, акселерометр, нефтегазодобывающая платформа.
Создание современной социально-экономической инфраструктуры включает строительство и эксплуатацию таких грандиозных и экологически опасных объектов, как магистральные трубопроводы, атомные электростанции, предприятия химической промышленности и т.д., на которых используют, производят, перерабатывают, хранят или транспортируют радиоактивные, пожаро- и взрывоопасные химические, биологические и другие вещества, создающие реальную угрозу возникновения чрезвычайных ситуаций. Кроме того, в связи с ростом урбанизации и увеличением городского населения появляется все больше сооружений, предназначенных для проведения массовых мероприятий: спортивные и концертные залы, крупные торговые и развлекательные центры и др. Особое внимание заслуживают подобного рода объекты при их нахождении в районах сейсмо- и тектонически активных зон. Обеспечение безопасности объектов в этих зонах требует создания системы сейсмического мониторинга.
По своему назначению мониторинг может быть двух типов: прогностический и охранный. Первый заключается в организации регулярных наблюдений за самими процессами или какими-либо геоиндикаторами, отражающими их развитие. Проведение такого мониторинга в течение
длительного времени позволяет создавать банки данных и временные ряды наблюдений, анализ которых дает возможность выяснить закономерности динамики процесса, прогнозировать его развитие и предсказывать периоды проявления экстремальных ситуаций. Такой прогноз позволяет заблаговременно получить информацию об ожидаемой опасности и осуществить мероприятия по обеспечению безопасности людей и техносферы. Он оправдывает себя, если наблюдение ведется за процессами, медленно развивающимися до наступления критической стадии. К числу таких процессов относятся, например, подтопление, эрозия, наводнение и т.п.
Для снижения риска от "мгновенно" проявляющихся катастрофических процессов в случаях отсутствия надежных методов их прогнозирования (например, землетрясения) целесообразно применять охранный мониторинг. Этот вид мониторинга настраивается на экстремальную фазу катастрофического события. Он позволяет без вмешательства человека автоматически принимать срочные меры по минимизации последствий опасного процесса за считанные секунды до наступления экстремальной фазы. Чаще всего на основе такого мониторинга осуществляются отключение объекта от энергообеспечивающих систем (газ, электричество), остановка отдельных
СИСТЕМЫ ОХРАННОГО СЕЙСМИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА
459
Рис. 1. Общий вид нефтегазодобывающей платформы Лунская, на которой установлена охранная сейсмическая система.
агрегатов, оповещение и укрытие персонала и др. Охранные системы необходимо устанавливать прежде всего на ответственных и особо опасных объектах, упомянутых выше.
Примером охранного мониторинга может служить система сейсмической безопасности, основанная на применении акселерометров, измеряющих ускорения в точках установки датчиков. Анализ показаний акселерометров с помощью специального алгоритма дает возможность различать колебания объекта, вызванные сейсмическими и несейсмическими причинами. При этом система подает сигнал тревоги только при достижении определенной пороговой интенсивности сейсмических воздействий и не реагирует на сотрясения, вызванные другими причинами. Таким образом, охранная система сейсмического мониторинга позволяет:
• выдавать сигнал автоматического отключения экологически опасного объекта или объекта массового скопления людей (отключение электричества, закрытие газовых заслонок и т.п.);
• выдавать тревожное сообщение в пункт принятия решения, например в дежурную часть МЧС России.
Подобная Система мониторинга ускорений (далее Система) была разработана в Институте геоэкологии им. Е.М.Сергеева РАН и установлена на платформах LUN-A и PA-B, расположенных на шельфе о. Сахалин (рис. 1). Обобщенные технические характеристики разработанной Системы представлены в таблице.
В соответствии с требованиями в процессе изготовления были проведены следующие виды испытаний разработанной системы:
- климатические (все оборудование);
- на устойчивость к внешним механическим воздействиям (все оборудование);
- на электромагнитную совместимость (все оборудование);
- проверка корпуса устройства на искро-, взры-возащищенность;
- проверка на сейсмостойкость;
- метрологическая аттестация акселерометри-ческих измерительных каналов;
- лабораторные испытания и проверки модулей системы.
Все испытания проведены по стандартным методикам в организациях, имеющих аккредитацию Госстандарта РФ и Российского космического агентства, и подтверждены соответствующими сертификатами и свидетельствами о проверке.
Для окончательной приемки Системы в соответствии со стандартами РФ была разработана "Программа и методика приемно-сдаточных испытаний", согласованная с Заказчиком.
На рис. 2 показана упрощенная структурная схема Системы, которая включает шесть удаленных блоков измерительных (с находящимися в них акселерометрах) и управляющий компьютер.
Система разработана с учетом повышенных требований к надежности функционирования: датчики Системы триплированы, а все важней-
Рис. 2. Схема размещения измерительных блоков (1-6) и управляющего компьютера (С) на палубах платформы.
460 ОСИПОВ и др.
Обобщенные технические характеристики "Системы мониторинга ускорений"
№ п.п. Параметры Значение
1 Количество точек измерения ускорения 6
2 Количество осей измерения ускорения 3
3 Диапазон измеряемых ускорений, м/с2 ±(0.03-30.00)
4 Диапазон частот измеряемых ускорений, Гц 0.1...10
5 Разрядность оцифровки измеряемых ускорений, бит 24
6 Максимальная частота дискретизации измеряемых ускорений, Гц 200
7 Разрядность обработанных результатов измеряемых ускорений, бит 16
8 Среднее значение цены младшего разряда обработанных результатов измерений 4.33 • 10-6 10%
ускорений, м/с
9 Порог срабатывания сигнала "остановка", м/с2 1.10
10 Напряжение источника первичного электропитания, В 230 В, 50 Гц
11 Потребляемая мощность, не более, Вт 300
12 Масса, не более, кг 700
шие узлы по передаче информации и принятию решений дублированы. На датчики Системы и всю систему в целом получены Сертификаты утверждения типа.
Монтажные работы разработанной Системы были обусловлены спецификой строительства нефтегазодобывающих платформ. Ноги - опоры платформ LUN-A и РА-В и гравитационный фундамент были изготовлены российскими предприятиями и устанавливались отдельно. Верхние части платформ собирались на верфях фирмы "Самсунг" в Южной Корее. Монтаж Системы на двух платформах был проведен специалистами фирмы "Самсунг" по документации ИГЭ РАН. После полного монтажа верхних частей платформ они были транспортированы к месту окончательной установки на шельфе о-ва Сахалин.
Пусконаладочные работы Системы проводились как в процессе сборки верхней части нефтегазодобывающих платформ на верфях фирмы "Самсунг" в Южной Корее, так и после того, как морские нефтегазодобывающие платформы были окончательно установлены на шельфе Сахалина.
При эксплуатации морских нефтегазодобывающих платформ в сейсмически активных районах при сильном землетрясении существует опасность повреждения внутренних трубопроводов платформы, что может привести к масштабной экологической катастрофе. Последствия подобной катастрофы можно минимизировать, если остановить добычу нефти и газа в начале сильного землетрясения. Поскольку помимо землетрясений на платформу и ее опоры в процессе эксплуатации могут воздействовать другие типы ударных нагрузок: движущиеся ледовые поля,
штормовые волны, ветровые нагрузки, удары корабля, падение на платформу вертолета при его взлете и посадке, работа различных механизмов платформы, Система должна распознавать разрушительные землетрясения и другие типы воздействий, которые не будут приводить к катастрофическим последствиям.
Анализ поведения конструкции нефтегазодобывающих платформ при воздействии землетрясений и ударных нагрузок другого типа был проведен на предоставленных Заказчиком моделях платформ ЬиК-А и РА-В и различных моделях землетрясений, созданных в программе ABAQUS [1]. Моделирование остальных типов воздействий на модели платформ было проведено специалистами ИГЭ РАН [2].
В результате анализа откликов нефтегазодобывающих платформ на воздействия землетрясений и остальных ударных нагрузок были выявлены особенности возбуждения механических колебаний платформы, которые позволили разработать алгоритм обнаружения разрушительного землетрясения и выбрать места установки акселерометров Системы для каждой платформы.
В качестве метода контроля землетрясений и ударных нагрузок на платформу был выбран мониторинг ускорений в точках, определенных с помощью моделирования. Система ведет непрерывную регистрацию ускорений, обрабатывает полученные данные в соответствии с алгоритмом обнаружения разрушительных землетрясений.
В случае обнаружения разрушительного землетрясения Система выдает автоматический сигнал аварийного отключения п
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.