Исследование по использованию нейтронов для обнаружения пробок в трубопроводах

Как промышленные, так и частные потребители зависят от газа проводов и нефтепроводов, которые проложены под водой.  Это настоящие артерии энергоснабжения. С их помощью энергоносители перемещаются на большие расстояния к хранилищам и производственным объектам. Далеко не редкость случаи, когда эти трубопроводы забиваются различными отложениями. На сегодняшний день есть несколько методов выявления образования таких пробок на месте. Недавно учёные смогли провести измерения на исследовательском источнике нейтронов Хайнца Майера-Лейбница (FRM II) в Техническом университете Мюнхена (TUM). Они показывают, что нейтроны в этом плане обеспечивают предпочтительное решение.

Имеющиеся подходы для мониторинга засоров плохо работают под водой

Для того чтобы устранить засор на месте, требуется найти забитый участок газопровода. Такая локализация является сложной задачей, поскольку пробка может образоваться в любом месте по длине трубопровода. Сейчас для этого применяется гамма-излучение и тепловизионные камеры. Однако эти методы не работают под водой. Зазоры можно находить с помощью ультразвука, но в этом случае пробку можно обнаружить только на близком расстоянии от наружной стенки трубопровода.

Все эти методы практически невозможно использовать в случае подводных трубопроводов, которые могут лежать на глубине до 2000 м. К тому же, в результате течение времени они покрываются песком, илом и прочими материалами с морского дна. Ещё одной технической проблемой акустических методов является то, что отсутствует чёткая разница между акустическими импедансами гидратной фазы и других фаз смеси сырой нефти. Это затрудняет их различение.
 

Идеальным зондом являются нейтроны

Компания TechnipFMC (специализируется на подводных трубопроводах), в которой работает около 20 тысяч сотрудников по всему миру, долго искала более эффективный метод для  неразрушающего бесконтактного поиска пробок, говорит представитель компании Ксавье Себастьян (Xavier Sebastian).

Генеральный директор Science-S.A.V.E.D. (Scientific Analysis Vitalises Enterprise Development), Софи Буат (Sophie Bouat), предложила использовать нейтроны для решения поставленной задачи. Для этого она связалась с учёными из Центра Хайнца Майера-Лейбница в Гархинге под Мюнхеном. Было принято решение использовать активационный гамма-нейтронный анализ, который позволяет точно обнаружить лёгкие атомы, включая водород. Дело в том, что содержание водорода в гибратах и обычной нефти или газе существенно отличается. Поэтому можно находить образовавшиеся пробки, посредством измерения концентрации водорода.

Отраслевой координатор исследовательского источника нейтронов FRM II, Ральф Жиль (Ralph Gilles) разработал технико-экономическое обоснование по этой теме вместе со своими коллегами из Мюнхенского технического университета и Исследовательского центра Юлиха. Используя прибор PGAA (быстрый анализ гамма-активации), в котором используются холодные нейтроны от FRM II, учёные установили, что данный подход можно использовать для дифференциации пробок и обычной нефти/газа в трубопроводах.

На установке радиографии и томографии NECTAR и приборе FaNGAS (гамма-спектроскопия, индуцированная быстрыми нейтронами) исследователи применили быстрые нейтроны от FRM II. В результате эксперимента они показали, что достаточно большое количество нейтронов проходит через металлические стенки трубопроводов. Этот способ измерения хорошо работает под водой и облегчает соответствующие измерения.
 

Даже небольшой источник нейтронов обнаруживает пробки

Результаты исследований явно демонстрируют, что нейтроны являются идеальным инструментом для поиска пробок в трубопроводах. Как говорят учёные, с их помощью можно даже отделить полную пробку от зарождающейся. Ральф Жиль говорит, что это очень полезно, поскольку в таких случаях можно сделать превентивной нагрев участка трубы, чтобы расплавить эту закупку до её полного развития.

На практике по трубопроводам может перемещаться мобильный детектор с небольшим источником нейтронов. С его помощью можно будет легко обнаруживать пробки в будущем, говорит Ксавье Себастьян. Кроме специалистов Мюнхенского технического университета, в анализе приняли участие исследователи из Forschungszentrum Julich и RWTH Aachen University. Результаты проведённых работ и выводы опубликованы здесь.