Обнаружение утечки

by / Пятница, 25 марта 2016 / Опубликовано в Высокое напряжение

Трубопровод обнаружение утечек используется для определения того, произошла ли утечка в системах, содержащих жидкости и газы, и в некоторых случаях. Методы обнаружения включают гидростатические испытания после монтажа трубопровода и обнаружение утечек во время эксплуатации.

Трубопроводные сети являются наиболее экономичным и безопасным видом транспорта нефти, газов и других жидких продуктов. Как средство транспортировки на большие расстояния трубопроводы должны соответствовать высоким требованиям безопасности, надежности и эффективности. При правильном обслуживании трубопроводы могут прослужить бесконечно без утечек. Наиболее значительные утечки, которые происходят, вызваны повреждением от близлежащего экскаваторного оборудования, поэтому крайне важно позвонить властям до начала раскопок, чтобы убедиться, что поблизости нет подземных трубопроводов. Если трубопровод не обслуживается должным образом, он может начать медленно подвергаться коррозии, особенно в строительных соединениях, в местах с низким уровнем скопления влаги или местах с дефектами в трубе. Тем не менее, эти дефекты могут быть выявлены с помощью инструментов контроля и исправлены до того, как они станут причиной утечки. Другие причины утечек включают несчастные случаи, движение земли или саботаж.

Основная цель систем обнаружения утечек (LDS) - помочь контроллерам трубопроводов в обнаружении и локализации утечек. LDS обеспечивает сигнализацию и отображает другие связанные данные для контроллеров конвейера, чтобы помочь в принятии решений. Системы обнаружения утечек в трубопроводе также полезны, поскольку они могут повысить производительность и надежность системы благодаря сокращению времени простоя и сокращению времени проверки. Поэтому LDS являются важным аспектом трубопроводной технологии.

Согласно документу API «RP 1130», LDS делятся на LDS на внутренней основе и LDS на внешней основе. Внутренние системы используют полевые контрольно-измерительные приборы (например, датчики расхода, давления или температуры жидкости) для контроля внутренних параметров трубопровода. Внешние системы также используют полевые измерительные приборы (например, инфракрасные радиометры или тепловые камеры, датчики пара, акустические микрофоны или оптоволоконные кабели) для контроля параметров внешнего трубопровода.

Правила и нормы

Некоторые страны официально регулируют работу трубопроводов.

API RP 1130 «Вычислительный мониторинг трубопроводов для жидкостей» (США)

Эта рекомендуемая практика (RP) фокусируется на разработке, реализации, тестировании и эксплуатации LDS, которые используют алгоритмический подход. Целью этой рекомендуемой практики является оказание помощи оператору трубопровода в выявлении проблем, связанных с выбором, внедрением, тестированием и эксплуатацией LDS. СПД подразделяются на внутренние и внешние. Внутренние системы используют полевые контрольно-измерительные приборы (например, для измерения расхода, давления и температуры жидкости) для контроля внутренних параметров трубопровода; эти параметры трубопровода впоследствии используются для определения утечки. Внешние системы используют локальные выделенные датчики.

TRFL (Германия)

TRFL - это сокращение от «Technische Regel für Fernleitungsanlagen» (Техническое правило для трубопроводных систем). В TRFL обобщены требования к трубопроводам, которые являются предметом официальных правил. Он охватывает трубопроводы, транспортирующие легковоспламеняющиеся жидкости, трубопроводы, транспортирующие опасные для воды жидкости, и большинство трубопроводов, транспортирующих газ. Требуются пять различных типов функций LDS или LDS:

  • Два независимых LDS для непрерывного обнаружения утечек в стационарном режиме. Одна из этих или дополнительная система также должна быть способна обнаруживать утечки во время переходных процессов, например, во время запуска трубопровода.
  • Один LDS для обнаружения утечек во время выключения
  • Один LDS для ползучих утечек
  • Один LDS для быстрого обнаружения утечек

Требования

API 1155 (заменено API RP 1130) определяет следующие важные требования для LDS:

  • Чувствительность: LDS должен обеспечить минимальную потерю жидкости в результате утечки. Это предъявляет к системе два требования: она должна обнаруживать небольшие утечки и быстро их обнаруживать.
  • Надежность: пользователь должен быть в состоянии доверять СПД. Это означает, что он должен правильно сообщать о любых реальных тревогах, но не менее важно, чтобы он не генерировал ложные тревоги.
  • Точность: Некоторые LDS могут рассчитать поток и место утечки. Это должно быть сделано точно.
  • Надежность: LDS должен продолжать работать в неидеальных условиях. Например, в случае отказа датчика система должна обнаружить сбой и продолжить работу (возможно, с необходимыми компромиссами, такими как снижение чувствительности).

Стационарные и переходные условия

В стационарных условиях поток, давление и т. Д. В трубопроводе (более или менее) постоянны во времени. В переходных условиях эти переменные могут быстро меняться. Изменения распространяются как волны по трубопроводу со скоростью звука в жидкости. Переходные условия возникают в трубопроводе, например, при запуске, если изменяется давление на входе или выходе (даже если изменение небольшое), и когда изменяется партия, или когда в трубопроводе находится несколько продуктов. Газопроводы почти всегда находятся в переходных условиях, потому что газы очень сжимаемы. Даже в жидкостных трубопроводах переходные эффекты нельзя игнорировать большую часть времени. LDS должен позволять обнаруживать утечки в обоих условиях, чтобы обеспечить обнаружение утечек в течение всего времени эксплуатации трубопровода.

Внутренний LDS

Обзор внутренней СПД

Внутренние системы используют полевые контрольно-измерительные приборы (например, для измерения расхода, давления и температуры жидкости) для контроля внутренних параметров трубопровода; эти параметры трубопровода впоследствии используются для определения утечки. Стоимость системы и сложность внутренних СПД являются умеренными, поскольку они используют существующие полевые контрольно-измерительные приборы. Этот вид LDS используется для стандартных требований безопасности.

Контроль давления / расхода

Утечка меняет гидравлику трубопровода и, следовательно, через некоторое время изменяет показания давления или расхода. Поэтому локальный мониторинг давления или расхода только в одной точке может обеспечить простое обнаружение утечки. Поскольку это делается локально, в принципе не требуется телеметрия. Однако он полезен только в стационарных условиях, и его способность работать с газопроводами ограничена.

Акустические волны давления

Метод акустической волны давления анализирует волны разрежения, возникающие при утечке. Когда происходит разрушение стенки трубопровода, жидкость или газ выходят в виде высокоскоростной струи. Это создает волны отрицательного давления, которые распространяются в обоих направлениях внутри трубопровода и могут быть обнаружены и проанализированы. Принципы работы метода основаны на очень важной характеристике волн давления, распространяющихся на большие расстояния со скоростью звука, направляемой стенками трубопровода. Амплитуда волны давления увеличивается с увеличением размера утечки. Сложный математический алгоритм анализирует данные от датчиков давления и способен в течение нескольких секунд указать место утечки с точностью менее 50 м (164 фута). Экспериментальные данные показали способность метода обнаруживать утечки диаметром менее 3 мм (0.1 дюйма) и работать с самой низкой в ​​отрасли частотой ложных тревог - менее 1 ложной тревоги в год.

Однако метод не может обнаружить продолжающуюся утечку после начального события: после разрушения стенки трубопровода (или разрыва) начальные волны давления спадают, и никакие последующие волны давления не генерируются. Следовательно, если система не может обнаружить утечку (например, потому что волны давления были замаскированы переходными волнами давления, вызванными рабочим событием, таким как изменение давления нагнетания или переключение клапана), система не будет обнаруживать текущую утечку.

Методы балансировки

Эти методы основаны на принципе сохранения массы. В стационарном состоянии массовый расход \ Точка {M} _I вход в герметичный трубопровод уравновесит массовый расход \ Точка {M} _O оставляя это; любое падение массы на выходе из трубопровода (дисбаланс массы \ dot {M} _I - \ dot {M} _O) указывает на утечку. Методы балансировки мера \ Точка {M} _I и \ Точка {M} _O используя расходомеры и, наконец, вычислим дисбаланс, который является оценкой неизвестного, истинного потока утечки. Сравнение этого дисбаланса (обычно отслеживаемого в течение нескольких периодов) с пороговым значением сигнализации утечки \гамма генерирует сигнал тревоги, если этот контролируемый дисбаланс. Усовершенствованные методы балансировки дополнительно учитывают изменение скорости массовой инвентаризации трубопровода. Имена, которые используются для усовершенствованных методов балансировки линий: баланс объема, модифицированный баланс объема и компенсированный баланс массы.

Статистические методы

Статистические LDS используют статистические методы (например, из области теории принятия решений) для анализа давления / потока только в одной точке или дисбаланса с целью обнаружения утечки. Это приводит к возможности оптимизировать решение по утечке, если некоторые статистические допущения верны. Общим подходом является использование процедуры проверки гипотезы

\ text {Гипотеза} H_0: \ text {Нет утечки}
\ text {Hypothesis} H_1: \ text {Leak}

Это классическая проблема обнаружения, и из статистики известны различные решения.

Методы RTTM

RTTM означает «Модель переходного процесса в реальном времени». RTTM LDS использует математические модели потока в трубопроводе, используя основные физические законы, такие как сохранение массы, сохранение импульса и сохранение энергии. Методы RTTM можно рассматривать как улучшение методов балансировки, так как они дополнительно используют принцип сохранения импульса и энергии. RTTM позволяет рассчитывать массовый расход, давление, плотность и температуру в каждой точке трубопровода в режиме реального времени с помощью математических алгоритмов. RTTM LDS может легко моделировать установившийся и переходный поток в трубопроводе. Используя технологию RTTM, утечки могут быть обнаружены в стационарных и переходных условиях. При надлежащем функционировании измерительных приборов скорости утечки могут быть функционально оценены с использованием доступных формул.

E-RTTM методы

Поток сигнала Расширенная модель переходного процесса в реальном времени (E-RTTM)

E-RTTM расшифровывается как «Расширенная модель переходного процесса в реальном времени», использующая технологию RTTM со статистическими методами. Таким образом, обнаружение утечки возможно во время установившегося и переходного состояния с высокой чувствительностью, и ложные тревоги будут предотвращены с использованием статистических методов.

Для метода невязки модуль RTTM вычисляет оценки \ Шляпа {\ точка {M}} _ I, \ Шляпа {\ точка {M}} _ O для МАССОВОГО ПОТОКА на входе и выходе соответственно. Это можно сделать, используя измерения для давление и температура на входе (Пи, t_i) и розетка (p_O, T_O). Эти расчетные массовые потоки сравниваются с измеренными массовыми расходами. \ Точка {M} _I, \ Точка {M} _O, получая остатки x = \ dot {M} _I - \ hat {\ dot {M}} _ I и y = \ dot {M} _O - \ hat {\ dot {M}} _ O, Эти остатки близки к нулю, если нет утечки; в противном случае остатки показывают характерную подпись. На следующем этапе остатки подвергаются анализу подписи утечки. Этот модуль анализирует их временное поведение путем извлечения и сравнения сигнатуры утечки с сигнатурами утечки в базе данных («отпечаток пальца»). Тревога утечки объявляется, если извлеченная подпись утечки соответствует отпечатку пальца.

Внешне базирующийся LDS

Внешние системы используют локальные выделенные датчики. Такие LDS очень чувствительны и точны, но стоимость системы и сложность установки обычно очень высоки; поэтому применение ограничено специальными зонами высокого риска, например, вблизи рек или природоохранных зон.

Цифровой кабель обнаружения утечки масла

Кабели Digital Sense состоят из оплетки из полупроницаемых внутренних проводников, защищенных проницаемой изоляционной оплеткой. Электрический сигнал передается через внутренние проводники и контролируется встроенным микропроцессором внутри разъема кабеля. Выходящие жидкости проходят через внешнюю проницаемую оплетку и вступают в контакт с внутренними полупроницаемыми проводниками. Это вызывает изменение электрических свойств кабеля, которое обнаруживается микропроцессором. Микропроцессор может определять местонахождение жидкости с точностью до 1 метра по ее длине и обеспечивать соответствующий сигнал для систем мониторинга или операторов. Смысловые кабели могут быть обернуты вокруг трубопроводов, скрыты под поверхностью с трубопроводами или установлены как конфигурация труба в трубе.

Инфракрасный радиометрический контроль трубопроводов

Воздушная термограмма заглубленного пересеченного нефтепровода, показывающая подземное загрязнение, вызванное утечкой

Инфракрасное термографическое тестирование трубопровода показало себя как точным, так и эффективным в обнаружении и обнаружении утечек в подземных трубопроводах, пустот, вызванных эрозией, ухудшенной изоляцией трубопроводов и плохой обратной засыпкой. Когда утечка в трубопроводе позволила жидкости, такой как вода, образовать шлейф вблизи трубопровода, жидкость имеет теплопроводность, отличную от сухой почвы или обратной засыпки. Это будет отражено в различных моделях температуры поверхности над местом утечки. Инфракрасный радиометр высокого разрешения позволяет сканировать целые области и отображать полученные данные в виде изображений с областями с разными температурами, обозначенными разными серыми тонами на черно-белом изображении или различными цветами на цветном изображении. Эта система измеряет только закономерности поверхностной энергии, но закономерности, которые измеряются на поверхности земли над заглубленным трубопроводом, могут помочь показать, где образуются протечки в трубопроводе и образовавшиеся эрозионные пустоты; он обнаруживает проблемы на глубине 30 метров от поверхности земли.

Детекторы акустической эмиссии

Выходящие жидкости создают акустический сигнал, когда они проходят через отверстие в трубе. Акустические датчики, прикрепленные к внешней стороне трубопровода, создают базовый акустический «отпечаток» линии от внутреннего шума трубопровода в его неповрежденном состоянии. Когда происходит утечка, результирующий низкочастотный акустический сигнал обнаруживается и анализируется. Отклонения от базового «отпечатка пальца» сигнализируют о тревоге. Теперь датчики имеют лучшее расположение с выбором полосы частот, выбором диапазона задержки по времени и т. Д. Это делает графики более четкими и легкими для анализа. Существуют и другие способы обнаружения утечек. Наземные геофоны с фильтром очень полезны для определения места утечки. Это экономит стоимость раскопок. Струя воды в почве ударяется о внутреннюю стенку почвы или бетона. Это создаст слабый шум. Этот шум будет затухать при выходе на поверхность. Но максимальный звук можно уловить только через место утечки. Усилители и фильтры помогают получить чистый шум. Некоторые типы газов, поступающие в трубопровод, будут создавать различные звуки при выходе из трубопровода.

Парочувствительные трубки

Способ обнаружения утечки из парочувствительной трубки предусматривает установку трубки по всей длине трубопровода. Эта трубка в форме кабеля обладает высокой проницаемостью для веществ, обнаруживаемых в конкретном применении. В случае утечки измеряемые вещества вступают в контакт с трубкой в ​​виде пара, газа или растворяются в воде. В случае утечки, часть утечки вещества диффундирует в трубу. Через определенный промежуток времени внутренняя часть трубки создает точное изображение веществ, окружающих трубку. Чтобы проанализировать распределение концентрации, присутствующей в сенсорной трубке, насос проталкивает столб воздуха в трубке через блок детектирования с постоянной скоростью. Детекторный блок на конце сенсорной трубки снабжен газовыми датчиками. Каждое увеличение концентрации газа приводит к выраженному «пику утечки».

Волоконно-оптическое обнаружение утечек

По крайней мере, два метода оптоволоконной обнаружения утечек коммерциализируются: распределенное температурное зондирование (DTS) и распределенное акустическое зондирование (DAS). Метод DTS предполагает прокладку оптоволоконного кабеля по всей длине контролируемого трубопровода. Измеряемые вещества вступают в контакт с кабелем при возникновении утечки, изменяя температуру кабеля и изменяя отражение импульса лазерного луча, сигнализируя об утечке. Местоположение определяется путем измерения временной задержки между тем, когда лазерный импульс испускался, и когда обнаруживается отражение. Это работает, только если вещество находится при температуре, отличной от окружающей среды. Кроме того, технология распределенного оптоволоконного измерения температуры позволяет измерять температуру вдоль трубопровода. Сканируя по всей длине волокна, определяется температурный профиль вдоль волокна, что приводит к обнаружению утечки.

Метод DAS предусматривает аналогичную прокладку волоконно-оптического кабеля по всей длине контролируемого трубопровода. Вибрации, вызванные веществом, покидающим трубопровод через утечку, изменяют отражение импульса лазерного луча, сигнализируя об утечке. Местоположение определяется путем измерения временной задержки между тем, когда лазерный импульс испускался, и когда обнаруживается отражение. Этот метод также может быть объединен с методом распределенного измерения температуры для получения температурного профиля трубопровода.


Если вам нужна дополнительная информация или у вас есть какие-либо вопросы, предложения или комментарии, пожалуйста, свяжитесь с нами по:
Контактная информация
Топовый объект