Откриване на теч

by Делта Инженеринг / Петък, 25 март 2016 / Публикувана в Високо напрежение

Тръбопровод откриване на теч се използва за определяне дали и в някои случаи е имало теч в системи, които съдържат течности и газове. Методите за откриване включват хидростатично изпитване след ерекция на тръбопровода и откриване на течове по време на експлоатация.

Тръбопроводните мрежи са най-икономичният и най-безопасният начин за транспорт на нефт, газове и други течни продукти. Като средство за транспорт на дълги разстояния тръбопроводите трябва да отговарят на високите изисквания за безопасност, надеждност и ефективност. Ако се поддържа правилно, тръбопроводите могат да продължат безкрайно без течове. Най-значителните течове, които се появяват, са причинени от повреда от близкото оборудване за изкопни работи, поради което е изключително важно да се обадят на органите преди разкопките, за да се уверят, че в близост няма погребани тръбопроводи. Ако тръбопроводът не се поддържа правилно, той може да започне да корозира бавно, особено в строителни фуги, ниски точки, където се събира влага или места с несъвършенства в тръбата. Тези дефекти обаче могат да бъдат идентифицирани с инструменти за проверка и коригирани, преди да достигнат до теч. Други причини за течове включват аварии, движение на земята или саботаж.

Основната цел на системите за откриване на течове (LDS) е да подпомогнат контролерите на тръбопровода при откриване и локализиране на течове. LDS предоставят аларма и показват други свързани данни към контролерите на тръбопровода, за да помогнат при вземането на решения. Системите за откриване на течове на тръбопроводи също са от полза, защото могат да повишат производителността и надеждността на системата благодарение на намаленото време на престой и намаленото време за проверка. Следователно LDS са важен аспект на тръбопроводната технология.

Според документа на API „RP 1130“, LDS са разделени на вътрешно базирани и външно базирани LDS. Вътрешно базирани системи използват полеви уреди (например сензори за дебит, налягане или температура на течността), за да наблюдават вътрешните параметри на тръбопровода. Системите, базирани на външна употреба, също използват полеви уреди (например инфрачервени радиометри или термокамери, изпарения, акустични микрофони или оптични кабели), за да наблюдават параметрите на външния тръбопровод.

Правила и правила

Някои страни официално регулират работата на тръбопровода.

API RP 1130 „Изчислителен мониторинг на тръбопроводи за течности“ (САЩ)

Тази препоръчителна практика (RP) се фокусира върху проектирането, внедряването, тестването и експлоатацията на LDS, които използват алгоритмичен подход. Целта на тази препоръчителна практика е да помогне на оператора на тръбопроводи при идентифициране на въпроси, свързани с избора, внедряването, тестването и експлоатацията на LDS. LDS се класифицират на вътрешно базирани и външно базирани. Вътрешно базирани системи използват полеви уреди (например за дебит, налягане и температура на флуида) за наблюдение на вътрешните параметри на тръбопровода; тези параметри на тръбопровода впоследствие се използват за извеждане на теч. Външно базирани системи използват локални, специални сензори.

TRFL (Германия)

TRFL е съкращението за „Technische Regel für Fernleitungsanlagen“ (Техническо правило за тръбопроводни системи). TRFL обобщава изискванията за тръбопроводи, предмет на официални разпоредби. Той обхваща тръбопроводи, транспортиращи запалими течности, тръбопроводи, транспортиращи течности, които са опасни за водата, и повечето тръбопроводи, транспортиращи газ. Необходими са пет различни вида LDS или LDS функции:

Два независими LDS за непрекъснато откриване на течове по време на работа в стационарно състояние. Една от тези системи или допълнителна трябва също да могат да откриват течове по време на преходна експлоатация, например по време на пускане в тръбопровода
Един LDS за откриване на теч по време на работа при затваряне
Един LDS за пълзящи течове
Един LDS за бързо изтичане

Изисквания

API 1155 (заменен с API RP 1130) определя следните важни изисквания за LDS:

Чувствителност: LDS трябва да гарантира, че загубата на течност в резултат на теч е възможно най-малка. Това поставя две изисквания към системата: тя трябва да открива малки течове и трябва да ги открие бързо.
Надеждност: Потребителят трябва да може да се доверява на LDS. Това означава, че тя трябва да отчита правилно всички реални аларми, но също толкова важно е да не генерира фалшиви аларми.
Точност: Някои LDS са в състояние да изчислят теч и местоположение на теч. Това трябва да се направи точно.
Устойчивост: LDS трябва да продължи да работи при не идеални обстоятелства. Например, в случай на повреда на датчика, системата трябва да открие повредата и да продължи да работи (възможно с необходими компромиси, като например намалена чувствителност).

Стационарни и преходни условия

По време на стационарни условия потокът, налягането и т.н. в тръбопровода са (повече или по-малко) постоянни във времето. По време на преходни условия тези променливи могат да се променят бързо. Промените се разпространяват като вълни през тръбопровода със скоростта на звука на течността. Преходни условия възникват в тръбопровода, например при пускане в експлоатация, ако налягането на входа или изхода се промени (дори ако промяната е малка) и когато партидата се промени, или когато в тръбопровода са множество продукти. Газопроводите почти винаги са в преходни условия, защото газовете са много сгъваеми. Дори в течните тръбопроводи преходните ефекти не могат да бъдат пренебрегвани през повечето време. LDS трябва да позволява откриване на течове и при двете условия, за да се осигури откриване на теч през цялото време на работа на тръбопровода.

Вътрешно базиран LDS

Вътрешно базирани системи използват полеви уреди (например за дебит, налягане и температура на флуида) за наблюдение на вътрешните параметри на тръбопровода; тези параметри на тръбопровода впоследствие се използват за извеждане на теч. Системните разходи и сложността на вътрешно базирани LDS са умерени, тъй като използват съществуващите полеви уреди. Този вид LDS се използва за стандартни изисквания за безопасност.

Наблюдение на налягането / потока

Течът променя хидравликата на тръбопровода и следователно променя показанията на налягането или потока след известно време. Следователно локалното наблюдение на налягането или потока само в една точка може да осигури лесно откриване на теч. Тъй като се прави локално, по принцип не се изисква телеметрия. Той е полезен само в стационарни условия, но способността му да се справя с газопроводи е ограничена.

Акустични вълни под налягане

Методът на акустичното вълново налягане анализира вълните на разреждане, получени при изтичане. Когато се случи разрушаване на стената на тръбопровода, течността или газът изтичат под формата на струя с висока скорост. Това създава вълни с отрицателно налягане, които се разпространяват в двете посоки в тръбопровода и могат да бъдат открити и анализирани. Принципите на действие на метода се основават на много важната характеристика на вълните под налягане за пътуване на големи разстояния със скоростта на звука, направлявана от стените на тръбопровода. Амплитудата на вълната под налягане се увеличава с размера на теча. Сложен математически алгоритъм анализира данните от сензорите за налягане и е в състояние за секунди да посочи мястото на изтичане с точност по-малка от 50 m (164 ft). Експерименталните данни показват способността на метода да открива течове с диаметър под 3 мм (0.1 инча) и да работи с най-ниската честота на фалшиви аларми в индустрията - по-малко от 1 фалшива аларма годишно.

Методът обаче не е в състояние да открие текущ теч след първоначалното събитие: след разрушаване на стената на тръбопровода (или разрушаване), началните вълни под налягане отшумяват и не се генерират последващи вълни под налягане. Следователно, ако системата не успее да открие изтичането (например, защото вълните под налягане са били маскирани от преходни вълни под налягане, причинени от оперативно събитие, като промяна в помпеното налягане или превключване на клапана), системата няма да открие текущия теч.

Методи за балансиране

Тези методи се основават на принципа на запазване на масата. В стационарно състояние масовият поток $\ Точка {M} _I$ влизането в тръбопровод без теч ще балансира масовия поток $\ Точка {M} _O$ оставяйки го; всеки спад на масата, напускащ тръбопровода (маса дисбаланс $\ точка {M} _I - \ точка {M} _O$ ) показва изтичане. Измерва се методите за балансиране $\ Точка {M} _I$ намлява $\ Точка {M} _O$ използвайки разходомери и накрая изчислявайте дисбаланса, който е оценка на неизвестния, истински поток на теч. Сравняване на този дисбаланс (обикновено наблюдаван през редица периоди) с прага на аларма за теч $\ гама$ генерира аларма, ако този наблюдаван дисбаланс. Подобрените методи за балансиране допълнително отчитат скоростта на промяна на масовия инвентар на тръбопровода. Имената, които се използват за техники за подобрено балансиране на линии, са баланс на обема, модифициран баланс на обема и баланс на компенсирана маса.

Статистически методи

Статистическите LDS използват статистически методи (например от областта на теорията на решенията), за да анализират налягането / потока само в една точка или дисбаланса, за да открият теч. Това води до възможността за оптимизиране на решението за течове, ако има някои статистически предположения. Често срещан подход е използването на процедурата за проверка на хипотезата

\ текст {Хипотеза} H_0: \ текст {Няма теч}

\ текст {Хипотеза} H_1: \ текст {изтичане}

Това е класически проблем с откриването и има различни решения, известни от статистиката.

RTTM методи

RTTM означава „Преходен модел в реално време“. RTTM LDS използват математически модели на потока в тръбопровод, използвайки основни физически закони като запазване на масата, запазване на импулса и запазване на енергията. RTTM методите могат да се разглеждат като подобрение на балансиращите методи, тъй като те допълнително използват принципа на запазване на импулса и енергията. RTTM дава възможност за изчисляване на масовия поток, налягането, плътността и температурата във всяка точка по тръбопровода в реално време с помощта на математически алгоритми. RTTM LDS може лесно да моделира стационарен и преходен поток в тръбопровод. Използвайки технологията RTTM, течове могат да бъдат открити по време на стационарно състояние и преходни условия. При правилно функционираща апаратура скоростите на течове могат да бъдат функционално оценени, като се използват наличните формули.

E-RTTM методи

Разширен преходен модел в реално време на сигналния поток (E-RTTM)

E-RT ™ означава „Разширен преходен модел в реално време“, използвайки технологията RTTM със статистически методи. Така че откриването на течове е възможно по време на стационарно и преходно състояние с висока чувствителност и фалшивите аларми ще бъдат избягвани чрез статистически методи.

За остатъчния метод модул RTTM изчислява оценки $\ Шапка {\ точка {M}} _ I$ , $\ Шапка {\ точка {M}} _ О$ за МАССЕН ПОТОК съответно на входа и изхода. Това може да стане с помощта на измервания за налягане и температура на входа ( $p_I$ , $t_i$ ) и изход ( $p_O$ , $ДА СЕ$ ). Тези прогнозни масови потоци се сравняват с измерените масови потоци $\ Точка {M} _I$ , $\ Точка {M} _O$ , давайки остатъците $x = \ точка {M} _I - \ hat {\ dot {M}} _ I$ намлява $y = \ точка {M} _O - \ hat {\ dot {M}} _ O$ , Тези остатъци са близо до нула, ако няма теч; в противен случай остатъците показват характерен подпис. В следваща стъпка остатъците подлежат на анализ на подпис на теч. Този модул анализира тяхното времево поведение чрез извличане и сравняване на подписа на теча с подписи на теч в база данни („пръстов отпечатък“). Алармата за теч се декларира, ако извлеченият подпис за теч съвпада с пръстовия отпечатък.

Външно базирана LDS

Външно базирани системи използват локални, специални сензори. Такива LDS са силно чувствителни и точни, но системните разходи и сложността на инсталацията обикновено са много високи; Следователно приложенията са ограничени до специални зони с висок риск, например в близост до реки или природозащитни зони.

Цифров кабел за откриване на теч на масло

Цифровите сензорни кабели се състоят от плитка от полупропускливи вътрешни проводници, защитени от пропусклива изолационна формована плитка. Електрическият сигнал се предава през вътрешните проводници и се следи от вграден микропроцесор вътре в кабелния конектор. Изпускащите се течности преминават през външната пропусклива плитка и осъществяват контакт с вътрешните полупропускливи проводници. Това причинява промяна в електрическите свойства на кабела, която се открива от микропроцесора. Микропроцесорът може да локализира течността до 1 метър с разделителна способност по дължината си и да предостави подходящ сигнал на мониторинговите системи или операторите. Сензорните кабели могат да бъдат обвити около тръбопроводи, затрупани под повърхността с тръбопроводи или инсталирани като конфигурация „тръба в тръба“.

Инфрачервени радиометрични тестове на тръбопроводи

Въздушна термограма на погребан нефтопровод, разкриващ подземно замърсяване, причинено от теч

Изпитването на инфрачервените термографски тръбопроводи се показа едновременно точно и ефективно при откриване и локализиране на течове на подземни тръбопроводи, кухини, причинени от ерозия, влошена изолация на тръбопровода и лошо запълване. Когато изтичането на тръбопровода е позволило на течност, като вода, да образува шлейф близо до тръбопровод, течността има топлопроводимост, различна от сухата почва или засипването. Това ще бъде отразено в различни модели на повърхностната температура над мястото на теча. Инфрачервеният радиометър с висока разделителна способност позволява сканиране на цели области и получените данни да се показват като картини с области с различни температури, обозначени чрез различни сиви тонове на черно-бяло изображение или от различни цветове на цветно изображение. Тази система измерва само моделите на повърхностната енергия, но моделите, които се измерват на повърхността на земята над заровен тръбопровод, могат да помогнат да се покаже къде се образуват течове на тръбопровода и произтичащите от това ерозионни кухини; той открива проблеми на дълбочина до 30 метра под земната повърхност.

Детектори за акустични емисии

Изтичащите течности създават звуков сигнал, докато преминават през дупка в тръбата. Акустичните сензори, прикрепени от външната страна на тръбопровода, създават основен акустичен „пръстов отпечатък“ на линията от вътрешния шум на тръбопровода в ненарушено състояние. Когато възникне теч, се открива и анализира получения нискочестотен звуков сигнал. Отклоненията от основния „пръстов отпечатък“ сигнализират за аларма. Сега сензорите имат по-добра подредба с избор на честотна лента, избор на диапазон на забавяне на времето и т.н. Това прави графиките по-отчетливи и лесни за анализ. Има и други начини за откриване на течове. Наземните геофони с подредба на филтрите са много полезни за определяне на мястото на изтичане. Спестява разходите за разкопки. Водната струя в почвата удря вътрешната стена на почвата или бетона. Това ще създаде слаб шум. Този шум ще изчезне, докато изплува на повърхността. Но максималният звук може да се вземе само над положението на теч. Усилватели и филтър помагат за получаване на чист шум. Някои видове газове, въведени в тръбопровода, ще създадат диапазон от звуци при напускане на тръбата.

Парочувствителни тръби

Методът за откриване на теч на парната сензорна тръба включва инсталирането на тръба по цялата дължина на тръбопровода. Тази тръба - под формата на кабел - е силно пропусклива за веществата, които трябва да бъдат открити в конкретното приложение. Ако се получи изтичане, измерваните вещества влизат в контакт с тръбата под формата на пара, газ или разтворени във вода. В случай на теч, част от изтичащото вещество се дифузира в тръбата. След определен период от време вътрешността на тръбата създава точно изображение на веществата, заобикалящи тръбата. За да анализира разпределението на концентрацията в тръбата на сензора, помпата изтласква колоната въздух в тръбата покрай детектор с постоянна скорост. Детекторът в края на сензорната тръба е оборудван с газови сензори. Всяко повишаване на концентрацията на газ води до изразен „пик на изтичане“.

Оптично откриване на течове

Комерсиализират се най-малко два метода за откриване на течове от оптични влакна: Разпределено сензорно измерване на температурата (DTS) и разпределено акустично измерване (DAS). Методът DTS включва инсталиране на оптичен кабел по дължината на тръбопровода, който се наблюдава. Веществата, които трябва да бъдат измерени, влизат в контакт с кабела, когато възникне теч, промяна на температурата на кабела и промяна на отражението на импулса на лазерния лъч, сигнализиращ за теч. Местоположението е известно чрез измерване на времето закъснение между момента на излъчване на лазерния импулс и откриването на отражението. Това работи само ако веществото е при температура, различна от околната среда. В допълнение, техниката на разпределено влакно-оптично определяне на температурата предлага възможност за измерване на температурата по тръбопровода. При сканиране по цялата дължина на влакното се определя температурният профил по протежение на влакното, което води до откриване на теч.

Методът DAS включва подобен монтаж на оптичен кабел по дължината на тръбопровода, който се наблюдава. Вибрациите, причинени от вещество, напускащо тръбопровода чрез теч, променя отражението на импулса на лазерния лъч, сигнализирайки за теч. Местоположението е известно чрез измерване на времето закъснение между момента на излъчване на лазерния импулс и откриването на отражението. Тази техника може да се комбинира и с метода на разпределеното температурно измерване, за да се осигури температурен профил на тръбопровода.