Выяўленне ўцечкі

by Delta Engineering / Пятніца, 25 Сакавік, 2016 / Апублікавана ў высокае напружанне

Трубаправод выяўленне цечы выкарыстоўваецца, каб вызначыць, калі і ў некаторых выпадках адбылася ўцечка ў сістэмах, якія змяшчаюць вадкасці і газы. Метады выяўлення ўключаюць гідрастатычныя выпрабаванні пасля ўзвядзення трубаправода і выяўленне ўцечак падчас эксплуатацыі.

Трубаправодныя сеткі з'яўляюцца найбольш эканамічным і бяспечным спосабам транспарціроўкі нафты, газу і іншых вадкіх прадуктаў. Як сродак транспарціроўкі на вялікія адлегласці, трубаправоды прад'яўляюць высокія патрабаванні бяспекі, надзейнасці і эфектыўнасці. Пры правільным абслугоўванні трубаправоды могуць праслужыць бясконца доўга без уцечак. Большасць значных уцечак, якія адбываюцца, выкліканыя пашкоджаннямі землянага абсталявання, якое знаходзіцца паблізу, таму вельмі важна патэлефанаваць уладам перад раскопкамі, каб пераканацца, што паблізу няма закапаных трубаправодаў. Калі трубаправод не падтрымліваецца належным чынам, ён можа павольна падвяргацца карозіі, асабліва ў будаўнічых швах, у нізкіх месцах, дзе збіраецца вільгаць, або ў месцах з недахопамі ў трубе. Тым не менш, гэтыя дэфекты могуць быць ідэнтыфікаваныя інструментамі праверкі і выпраўлены да таго, як яны ператворацца ў ўцечку. Іншыя прычыны ўцечак ўключаюць аварыі, рух зямлі або сабатаж.

Асноўная мэта сістэм выяўлення ўцечак (LDS) - дапамога кантралёрам трубаправодаў у выяўленні і лакалізацыі ўцечак. LDS забяспечвае сігналізацыю і адлюстроўвае іншыя звязаныя даныя для кантролераў трубаправода, каб дапамагчы ў прыняцці рашэнняў. Сістэмы выяўлення ўцечак у трубаправодах таксама карысныя, таму што яны могуць павысіць прадукцыйнасць і надзейнасць сістэмы дзякуючы скарачэнню часу прастою і скарачэння часу праверкі. Такім чынам, LDS з'яўляюцца важным аспектам трубаправоднай тэхналогіі.

У адпаведнасці з дакументам API «RP 1130», LDS падзяляюцца на ўнутраныя LDS і знешнія LDS. Унутраныя сістэмы выкарыстоўваюць палявыя прыборы (напрыклад, датчыкі расходу, ціску або тэмпературы вадкасці) для маніторынгу ўнутраных параметраў трубаправода. Знешнія сістэмы таксама выкарыстоўваюць палявыя прыборы (напрыклад, інфрачырвоныя радыёметры або цеплавыя камеры, датчыкі пара, акустычныя мікрафоны або валаконна-аптычныя кабелі) для маніторынгу знешніх параметраў трубаправода.

Правілы і нормы

Некаторыя краіны афіцыйна рэгулююць працу трубаправодаў.

API RP 1130 «Вылічальны маніторынг трубаправодаў для вадкасцяў» (ЗША)

Гэтая рэкамендаваная практыка (RP) сканцэнтравана на распрацоўцы, укараненні, тэсціраванні і эксплуатацыі LDS, якія выкарыстоўваюць алгарытмічны падыход. Мэтай гэтай рэкамендаванай практыкі з'яўляецца аказанне дапамогі аператару трубаправода ў выяўленні праблем, якія адносяцца да выбару, укаранення, тэсціравання і эксплуатацыі LDS. LDS класіфікуюцца на ўнутраныя і знешнія. Унутраныя сістэмы выкарыстоўваюць палявыя прыборы (напрыклад, для расходу, ціску і тэмпературы вадкасці) для маніторынгу ўнутраных параметраў трубаправода; гэтыя параметры трубаправода пасля выкарыстоўваюцца для высновы аб уцечцы. Знешнія сістэмы выкарыстоўваюць лакальныя спецыяльныя датчыкі.

TRFL (Германія)

TRFL - гэта абрэвіятура ад «Technische Regel für Fernleitungsanlagen» (Тэхнічныя правілы для трубаправодных сістэм). TRFL абагульняе патрабаванні да трубаправодаў, на якія распаўсюджваюцца афіцыйныя правілы. Ён ахоплівае трубаправоды, якія транспартуюць гаручыя вадкасці, трубаправоды, якія транспартуюць вадкасці, небяспечныя для вады, і большасць газаправодаў. Патрабуецца пяць розных відаў LDS або функцый LDS:

Два незалежных LDS для бесперапыннага выяўлення ўцечак падчас працы ў стацыянарным рэжыме. Адна з гэтых сістэм або дадатковая таксама павінна мець магчымасць выяўляць уцечкі падчас пераходнага рэжыму, напрыклад, падчас запуску трубаправода
Адзін LDS для выяўлення ўцечак падчас закрытай працы
Адзін LDS для паўзучых уцечак
Адзін LDS для хуткага вызначэння ўцечкі

Патрабаванне

API 1155 (заменены на API RP 1130) вызначае наступныя важныя патрабаванні да LDS:

Адчувальнасць: LDS павінен забяспечыць як мага меншую страту вадкасці ў выніку ўцечкі. Гэта прад'яўляе два патрабаванні да сістэмы: яна павінна выяўляць невялікія ўцечкі і хутка іх выяўляць.
Надзейнасць: карыстальнік павінен мець магчымасць давяраць LDS. Гэта азначае, што ён павінен правільна паведамляць аб любых рэальных трывогах, але не менш важна, каб ён не ствараў ілжывых трывог.
Дакладнасць: Некаторыя LDS здольныя разлічыць паток і месца ўцечкі. Рабіць гэта трэба акуратна.
Надзейнасць: LDS павінна працягваць дзейнічаць у неідэальных умовах. Напрыклад, у выпадку няспраўнасці пераўтваральніка сістэма павінна выявіць няспраўнасць і працягваць працаваць (магчыма, з неабходнымі кампрамісамі, такімі як зніжэнне адчувальнасці).

Стацыянарныя і пераходныя ўмовы

Падчас стацыянарных умоў расход, ціск і г.д. у трубаправодзе (больш-менш) пастаянныя з цягам часу. Падчас пераходных умоў гэтыя зменныя могуць хутка змяняцца. Змены распаўсюджваюцца як хвалі па трубаправодзе з хуткасцю гуку вадкасці. Пераходныя ўмовы ўзнікаюць у трубаправодзе, напрыклад, пры запуску, калі змяняецца ціск на ўваходзе або выхадзе (нават калі змяненне невялікае), калі змяняецца партыя або калі ў трубаправодзе знаходзіцца некалькі прадуктаў. Газаправоды амаль заўсёды знаходзяцца ў пераходных умовах, таму што газы вельмі сціскальныя. Нават у вадкасных трубаправодах большую частку часу нельга ігнараваць пераходныя эфекты. LDS павінна дазваляць выяўленне ўцечак для абодвух умоў, каб забяспечыць выяўленне ўцечак на працягу ўсяго часу працы трубаправода.

LDS на ўнутранай аснове

Унутраныя сістэмы выкарыстоўваюць палявыя прыборы (напрыклад, для расходу, ціску і тэмпературы вадкасці) для маніторынгу ўнутраных параметраў трубаправода; гэтыя параметры трубаправода пасля выкарыстоўваюцца для высновы аб уцечцы. Кошт сістэмы і складанасць унутраных LDS умераныя, таму што яны выкарыстоўваюць існуючыя палявыя прыборы. Гэты выгляд LDS выкарыстоўваецца для стандартных патрабаванняў бяспекі.

Маніторынг ціску/патоку

Уцечка змяняе гідраўліку трубаправода і, такім чынам, праз некаторы час змяняе паказанні ціску або расходу. Такім чынам, лакальны маніторынг ціску або расходу толькі ў адной кропцы можа забяспечыць простае выяўленне ўцечак. Паколькі гэта робіцца лакальна, гэта ў прынцыпе не патрабуе тэлеметрыі. Аднак ён карысны толькі ў стацыянарных умовах, і яго магчымасці працаваць з газаправодамі абмежаваныя.

Акустычныя хвалі ціску

Метад хвалі акустычнага ціску аналізуе хвалі разрэджвання, якія ўзнікаюць пры ўцечцы. Калі адбываецца паломка сценкі трубаправода, вадкасць або газ выходзіць у выглядзе бруі з высокай хуткасцю. Гэта стварае хвалі адмоўнага ціску, якія распаўсюджваюцца ў абодвух напрамках па трубаправодзе і могуць быць выяўлены і прааналізаваны. Прынцыпы дзеяння метаду заснаваны на вельмі важнай характарыстыкі хваляў ціску, якія распаўсюджваюцца на вялікія адлегласці з хуткасцю гуку, накіроўваючыся сценкамі трубаправода. Амплітуда хвалі ціску павялічваецца з павелічэннем памеру ўцечкі. Складаны матэматычны алгарытм аналізуе дадзеныя датчыкаў ціску і здольны за лічаныя секунды вызначыць месца ўцечкі з дакладнасцю менш за 50 м (164 фута). Эксперыментальныя дадзеныя паказалі здольнасць метаду выяўляць уцечкі дыяметрам менш за 3 мм (0.1 цалі) і працаваць з самай нізкай частатой ілжывых трывог у галіны - менш за 1 ілжывую трывогу ў год.

Аднак гэты метад не можа выявіць уцечку, якая працягваецца пасля першапачатковай падзеі: пасля паломкі (або разрыву) сценкі трубаправода пачатковыя хвалі ціску спадаюць, і наступныя хвалі ціску не ствараюцца. Такім чынам, калі сістэме не ўдаецца выявіць уцечку (напрыклад, з-за таго, што хвалі ціску былі замаскіраваны пераходнымі хвалямі ціску, выкліканымі аперацыйнай падзеяй, такой як змяненне ціску накачкі або пераключэнне клапана), сістэма не выявіць бягучую ўцечку.

Метады ўраўнаважвання

Гэтыя метады заснаваны на прынцыпе захавання масы. Ва ўстойлівым стане масавы расход $\dot{M}_I$ уваход у герметычны трубаправод збалансуе масавы паток $\dot{M}_O$ пакідаючы яго; любое падзенне масы, якая пакідае трубаправод (дысбаланс мас $\dot{M}_I - \dot{M}_O$ ) паказвае на ўцечку. Метады балансавання меры $\dot{M}_I$ і $\dot{M}_O$ з дапамогай расходомераў і, нарэшце, вылічыць дысбаланс, які з'яўляецца ацэнкай невядомага сапраўднага патоку ўцечкі. Параўнанне гэтага дысбалансу (як правіла, кантралюецца на працягу шэрагу перыядаў) з парогам сігналізацыі аб уцечцы $\гама$ стварае сігнал трывогі, калі гэты кантраляваны дысбаланс. Палепшаныя метады балансавання дадаткова ўлічваюць хуткасць змены запасаў масы трубаправода. Назвы, якія выкарыстоўваюцца для палепшаных метадаў балансавання ліній, - баланс аб'ёму, мадыфікаваны баланс аб'ёму і кампенсаваны баланс масы.

Статыстычныя метады

Статыстычны LDS выкарыстоўвае статыстычныя метады (напрыклад, з вобласці тэорыі рашэнняў) для аналізу ціску/патоку толькі ў адной кропцы або дысбалансу з мэтай выяўлення ўцечкі. Гэта дае магчымасць аптымізаваць рашэнне аб уцечцы, калі спраўджваюцца некаторыя статыстычныя здагадкі. Распаўсюджаным падыходам з'яўляецца выкарыстанне працэдуры праверкі гіпотэзы

\text{Гіпотэза }H_0:\text{ Няма ўцечкі}

\text{Гіпотэза }H_1:\text{ Уцечка}

Гэта класічная праблема выяўлення, і існуюць розныя рашэнні, вядомыя са статыстыкі.

Метады RTTM

RTTM азначае «мадэль пераходнага працэсу ў рэальным часе». RTTM LDS выкарыстоўвае матэматычныя мадэлі патоку ў трубаправодзе з выкарыстаннем асноўных фізічных законаў, такіх як захаванне масы, захаванне імпульсу і захаванне энергіі. Метады RTTM можна разглядаць як удасканаленне метадаў балансавання, паколькі яны дадаткова выкарыстоўваюць прынцып захавання імпульсу і энергіі. RTTM дазваляе разлічыць масавы расход, ціск, шчыльнасць і тэмпературу ў кожнай кропцы ўздоўж трубаправода ў рэжыме рэальнага часу з дапамогай матэматычных алгарытмаў. RTTM LDS можа лёгка мадэляваць стацыянарны і пераходны паток у трубаправодзе. З дапамогай тэхналогіі RTTM можна выявіць уцечкі ў стацыянарных і пераходных умовах. Пры належным функцыянаванні прыбораў хуткасць уцечкі можа быць функцыянальна ацэненая з дапамогай даступных формул.

Метады E-RTTM

Пашыраная мадэль пераходнага працэсу ў рэжыме рэальнага часу (E-RTTM)

E-RTTM расшыфроўваецца як "пашыраная пераходная мадэль рэальнага часу", якая выкарыстоўвае тэхналогію RTTM са статыстычнымі метадамі. Такім чынам, выяўленне ўцечак магчыма ў стацыянарным і пераходным рэжыме з высокай адчувальнасцю, а ілжывых сігналаў можна пазбегнуць з дапамогай статыстычных метадаў.

Для астаткавага метаду модуль RTTM разлічвае ацэнкі $\hat{\dot{M}}_I$ , $\hat{\dot{M}}_O$ для МАСАВАГА РАСХОДУ на ўваходзе і выхадзе адпаведна. Гэта можна зрабіць з дапамогай мер для ціск і тэмпература на ўваходзе ( $p_I$ , $T_I$ ) і выхад ( $p_O$ , $T_O$ ). Гэтыя ацэначныя масавыя патокі параўноўваюцца з вымеранымі масавымі патокамі $\dot{M}_I$ , $\dot{M}_O$ , даючы рэшткі $x=\dot{M}_I - \hat{\dot{M}}_I$ і $y=\dot{M}_O - \hat{\dot{M}}_O$ . Гэтыя рэшткі блізкія да нуля, калі ўцечкі няма; у адваротным выпадку рэшткі паказваюць характэрны подпіс. На наступным этапе рэшткі падвяргаюцца аналізу сігнатур уцечкі. Гэты модуль аналізуе іх паводзіны ў часе, здабываючы і параўноўваючы сігнатуру ўцечкі з сігнатурамі ўцечкі ў базе дадзеных («адбітак пальца»). Трывога аб уцечцы аб'яўляецца, калі вынятая сігнатура ўцечкі супадае з адбіткам пальца.

LDS на знешняй аснове

Знешнія сістэмы выкарыстоўваюць лакальныя спецыяльныя датчыкі. Такія LDS вельмі адчувальныя і дакладныя, але кошт сістэмы і складанасць ўстаноўкі звычайна вельмі высокія; таму прымяненне абмежавана зонамі асаблівай рызыкі, напрыклад, каля рэк або прыродаахоўных тэрыторый.

Лічбавы кабель для выяўлення ўцечак масла

Кабелі Digital Sense складаюцца з аплёткі напаўпранікальных унутраных правадыроў, абароненых пранікальнай ізаляцыйнай фармаванай аплёткай. Электрычны сігнал праходзіць праз унутраныя правадыры і кантралюецца ўбудаваным мікрапрацэсарам у раздыме кабеля. Вадкасць, якая выцякае, праходзіць праз знешнюю пранікальную аплётку і ўступае ў кантакт з унутранымі паўпранікальнымі праваднікамі. Гэта выклікае змены ў электрычных уласцівасцях кабеля, якія выяўляюцца мікрапрацэсарам. Мікрапрацэсар можа вызначыць месцазнаходжанне вадкасці з дакладнасцю да 1 метра па яе даўжыні і падаць адпаведны сігнал сістэмам маніторынгу або аператарам. Сэнсарныя кабелі можна абмотваць вакол трубаправодаў, закопваць пад паверхню з трубаправодамі або ўсталёўваць у канфігурацыі "труба ў трубе".

Інфрачырвоныя радыеметрычныя выпрабаванні трубаправодаў

Паветраная тэрмаграма падземнага нафтаправода, якая выяўляе забруджванне пад паверхняй, выкліканае ўцечкай

Інфрачырвоныя тэрмаграфічныя выпрабаванні трубаправодаў паказалі сябе як дакладнымі, так і эфектыўнымі ў выяўленні і пошуку падземных уцечак у трубаправодзе, пустэч, выкліканых эрозіяй, пагаршэння ізаляцыі трубаправода і дрэннай засыпання. Калі ўцечка трубаправода дазволіла вадкасці, напрыклад вадзе, утварыць шлейф каля трубаправода, вадкасць мае цеплаправоднасць, адрозную ад цеплаправоднасці сухой глебы або засыпання. Гэта будзе адлюстравана ў розных мадэлях тэмпературы паверхні над месцам уцечкі. Інфрачырвоны радыёметр з высокім раздзяленнем дазваляе сканаваць цэлыя вобласці і адлюстроўваць атрыманыя даныя ў выглядзе малюнкаў з абласцямі з рознымі тэмпературамі, пазначанымі рознымі адценнямі шэрага на чорна-белым малюнку або рознымі колерамі на каляровым відарысе. Гэтая сістэма вымярае толькі структуры павярхоўнай энергіі, але схемы, якія вымяраюцца на паверхні зямлі над закапаным трубаправодам, могуць дапамагчы паказаць, дзе ў трубаправодзе ўтвараюцца ўцечкі і эрозійныя пустэчы ў выніку гэтага; ён выяўляе праблемы на глыбіні да 30 метраў пад паверхняй зямлі.

Дэтэктары акустычнай эмісіі

Вадкасць, якая выцякае, стварае гукавы сігнал, калі яна праходзіць праз адтуліну ў трубе. Акустычныя датчыкі, прымацаваныя звонку трубаправода, ствараюць базавы акустычны «адбітак» лініі з унутранага шуму трубаправода ў яго непашкоджаным стане. Калі адбываецца ўцечка, выніковы нізкачашчынны акустычны сігнал выяўляецца і аналізуецца. Адхіленні ад базавага «адбітка» сігналізуюць аб трывозе. Цяпер датчыкі маюць лепшую арганізацыю з выбарам частотнага дыяпазону, выбарам дыяпазону часу затрымкі і г.д. Гэта робіць графікі больш выразнымі і простымі для аналізу. Ёсць і іншыя спосабы выяўлення ўцечкі. Наземныя геафоны з фільтрам вельмі карысныя для дакладнага вызначэння месца ўцечкі. Гэта эканоміць выдаткі на раскопкі. Бруя вады ў глебе трапляе на ўнутраную сценку з грунту або бетону. Гэта створыць слабы шум. Гэты шум будзе згасаць, пакуль ён падымаецца на паверхню. Але максімальны гук можна ўлавіць толькі над месцам уцечкі. Ўзмацняльнікі і фільтр дапамагаюць атрымаць чысты шум. Некаторыя тыпы газаў, якія паступаюць у трубаправод, будуць ствараць шэраг гукаў пры выхадзе з трубы.

Паравыя трубкі

Метад выяўлення ўцечкі з дапамогай трубкі для выпарвання пароў прадугледжвае ўстаноўку трубкі па ўсёй даўжыні трубаправода. Гэтая трубка - у выглядзе кабеля - вельмі пранікальная для рэчываў, якія будуць выяўляцца ў канкрэтным дадатку. Калі адбываецца ўцечка, рэчывы, якія трэба вымераць, уступаюць у кантакт з трубкай у выглядзе пары, газу або раствораных у вадзе. У выпадку ўцечкі частка выцякаючага рэчыва дыфузіюе ў трубку. Праз пэўны прамежак часу ўнутры трубкі ствараецца дакладны малюнак рэчываў, якія атачаюць трубку. Каб прааналізаваць размеркаванне канцэнтрацыі ў трубцы датчыка, помпа праштурхоўвае слупок паветра ў трубцы міма блока выяўлення з пастаяннай хуткасцю. Блок дэтэктара на канцы трубкі датчыка абсталяваны датчыкамі газу. Кожнае павелічэнне канцэнтрацыі газу прыводзіць да ярка выяўленага «піка ўцечкі».

Валаконна-аптычнае выяўленне ўцечак

Прынамсі два валаконна-аптычных метаду выяўлення ўцечак камерцыялізуюцца: размеркаванае зандзіраванне тэмпературы (DTS) і размеркаванае акустычнае зандзіраванне (DAS). Метад DTS прадугледжвае пракладку валаконна-аптычнага кабеля ўздоўж даўжыні кантралюемага трубаправода. Рэчывы, якія падлягаюць вымярэнню, уступаюць у кантакт з кабелем, калі адбываецца ўцечка, змяняючы тэмпературу кабеля і змяняючы адлюстраванне імпульсу лазернага прамяня, сігналізуючы аб уцечцы. Месцазнаходжанне вызначаецца шляхам вымярэння часовай затрымкі паміж выпраменьваннем лазернага імпульсу і выяўленнем адлюстравання. Гэта працуе толькі ў тым выпадку, калі тэмпература рэчывы адрозніваецца ад тэмпературы навакольнага асяроддзя. Акрамя таго, метад размеркаванага валаконна-аптычнага вымярэння тэмпературы дае магчымасць вымяраць тэмпературу ўздоўж трубаправода. Пры сканаванні ўсёй даўжыні валакна вызначаецца тэмпературны профіль уздоўж валакна, што прыводзіць да выяўлення ўцечак.

Метад DAS прадугледжвае аналагічную ўстаноўку валаконна-аптычнага кабеля па ўсёй даўжыні кантралюемага трубаправода. Вібрацыі, выкліканыя рэчывам, якое выходзіць з трубаправода праз уцечку, змяняюць адлюстраванне імпульсу лазернага прамяня, сігналізуючы аб уцечцы. Месцазнаходжанне вызначаецца шляхам вымярэння часовай затрымкі паміж выпраменьваннем лазернага імпульсу і выяўленнем адлюстравання. Гэтую тэхніку таксама можна спалучаць з метадам размеркаванага вымярэння тэмпературы для атрымання тэмпературнага профілю трубаправода.