Otkrivanje curenja

by Delta Engineering / Petak, 25 mart 2016 / Objavljeno u Visokog napona

cjevovod otkrivanje propuštanja koristi se za utvrđivanje da li je iu nekim slučajevima došlo do curenja u sustavima koji sadrže tekućine i plinove. Metode otkrivanja uključuju hidrostatičko ispitivanje nakon postavljanja cjevovoda i otkrivanje curenja tokom servisa.

Cevovodne mreže su najekonomičniji i najsigurniji način transporta nafte, gasova i drugih tečnih proizvoda. Kao sredstvo prijevoza na veće udaljenosti, cjevovodi moraju ispunjavati visoke zahtjeve za sigurnošću, pouzdanošću i efikasnošću. Ako se pravilno održava, cjevovodi mogu trajati neograničeno bez curenja. Najznačajnija propuštanja nastaju zbog oštećenja obližnje opreme za iskopavanje, stoga je ključno nazvati vlasti prije iskopavanja kako bi se uvjerili da u blizini ne postoje zakopani cjevovodi. Ako se cjevovod ne održava pravilno, može početi polako korodirati, posebno na građevinskim spojnicama, niskim mjestima na kojima se skuplja vlaga ili na mjestima sa nesavršenostima u cijevi. Međutim, ove se mane mogu prepoznati pomoću alata za inspekciju i ispraviti ih prije nego što napreduju do curenja. Ostali razlozi za propuštanje uključuju nesreće, kretanje zemlje ili sabotaže.

Primarna svrha sistema za otkrivanje istjecanja (LDS) je pomoć regulatorima cjevovoda u otkrivanju i lokalizaciji istjecanja. LDS pruža alarm i prikazuje druge srodne podatke regulatorima cjevovoda kako bi im pomogao u odlučivanju. Sustavi za otkrivanje istjecanja cjevovoda također su korisni jer mogu poboljšati produktivnost i pouzdanost sustava zahvaljujući skraćenom vremenu zastoja i skraćenom vremenu pregleda. LDS su stoga važan aspekt tehnologije cevovoda.

Prema API dokumentu „RP 1130“, LDS su podeljeni na interno zasnovani i vanjski LDS. Interno zasnovani sustavi koriste instrumente polja (na primjer senzori protoka, tlaka ili temperature tekućine) za praćenje unutarnjih parametara cjevovoda. Sustavi koji se bave eksterno koriste i terenske instrumente (na primjer infracrveni radiometri ili termalne kamere, parni senzori, akustični mikrofoni ili optički kablovi) za nadgledanje vanjskih parametara cjevovoda.

Pravila i propisi

Neke zemlje formalno reguliraju rad cjevovoda.

API RP 1130 „Računalni nadzor cjevovoda za tekućine“ (SAD)

Ova preporučena praksa (RP) fokusira se na dizajn, implementaciju, ispitivanje i rad LDS-a koji koriste algoritamski pristup. Svrha ove preporučene prakse je pomoći operateru cjevovoda u identificiranju problema relevantnih za odabir, primjenu, ispitivanje i rad LDS-a. LDS se klasificiraju na interno i eksterno. Interno zasnovani sistemi koriste terenske instrumente (npr. Za protok, pritisak i temperaturu fluida) za nadgledanje unutrašnjih parametara cjevovoda; ovi parametri cjevovoda se naknadno koriste za zaključivanje curenja. Spoljno zasnovani sistemi koriste lokalne, namenske senzore.

TRFL (Njemačka)

TRFL je skraćenica za „Technische Regel für Fernleitungsanlagen“ (tehničko pravilo za cjevovodne sisteme). TRFL rezimira zahtjeve za cjevovode koji su predmet službenih propisa. Obuhvata cjevovode koji prevoze zapaljive tečnosti, cjevovode koji prevoze tečnosti opasne za vodu i većinu cjevovoda koji prevoze plin. Potrebno je pet različitih vrsta LDS ili LDS funkcija:

Dva nezavisna LDS-a za kontinuirano otkrivanje istjecanja za vrijeme ustaljenog rada. Jedan od ovih ili dodatni sustav također mora biti u stanju otkriti propuštanja tijekom prijelaznog rada, npr. Tijekom pokretanja cjevovoda
Jedan LDS za otkrivanje istjecanja tokom rada isključenja
Jedan LDS za puzanje curenja
Jedan LDS za mjesto brzog curenja

zahtjevi

API 1155 (zamijenjen API RP 1130) definira sljedeće važne zahtjeve za LDS:

Osjetljivost: LDS mora osigurati da gubitak tekućine kao rezultat curenja bude što manji. To postavlja dva zahtjeva u sustavu: on mora otkriti male curenja i mora ih brzo otkriti.
Pouzdanost: Korisnik mora biti u mogućnosti vjerovati LDS-u. To znači da mora ispravno prijavljivati sve stvarne alarme, ali jednako je važno da ne generira lažne alarme.
Tačnost: Neki LDS su u mogućnosti izračunati protok i mjesto curenja. To se mora obaviti precizno.
Robusnost: LDS bi trebao nastaviti s radom u ne-idealnim okolnostima. Na primjer, u slučaju kvara pretvornika, sistem bi trebao otkriti kvar i nastaviti s radom (moguće s potrebnim kompromisima kao što je smanjena osjetljivost).

Stacionarni i privremeni uvjeti

Za vrijeme ustaljenog stanja protok, pritisci itd. U cjevovodu su (manje ili više) konstantni tokom vremena. Tokom prolaznih uslova, ove se promenljive mogu brzo menjati. Promjene se šire poput valova kroz cjevovod brzinom brzinom zvuka fluida. Privremeni uvjeti se javljaju u cjevovodu, na primjer, pri pokretanju, ako se tlak na ulazu ili izlazu promijeni (čak i ako je promjena mala), i ako se promijeni serija, ili kada se u cjevovodu nalazi više proizvoda. Plinovodi su gotovo uvijek u prolaznim uvjetima, jer su plinovi vrlo stisljivi. Čak i kod tekućih cevovoda, prolazni efekti se ne mogu zanemariti većinu vremena. LDS bi trebao omogućiti otkrivanje istjecanja za oba uvjeta kako bi se osiguralo otkrivanje istjecanja tokom čitavog radnog vremena cjevovoda.

Interno zasnovani LDS

Interno zasnovani sistemi koriste terenske instrumente (npr. Za protok, pritisak i temperaturu fluida) za nadgledanje unutrašnjih parametara cjevovoda; ovi parametri cjevovoda se naknadno koriste za zaključivanje curenja. Troškovi sistema i složenost interno zasnovanih LDS-a su umjereni jer koriste postojeće terenske instrumente. Ova vrsta LDS koristi se za standardne sigurnosne zahtjeve.

Praćenje pritiska / protoka

Propuštanje mijenja hidrauliku cjevovoda i zbog toga nakon određenog vremena mijenja očitavanje pritiska ili protoka. Lokalno nadgledanje tlaka ili protoka na samo jednoj točki može stoga pružiti jednostavno otkrivanje curenja. Kako se radi lokalno, u načelu ne zahtijeva telemetriju. Međutim, koristan je samo u ustaljenom stanju, a njegova sposobnost da se bavi plinovodima je ograničena.

Akustični valovi pritiska

Metoda akustičnog vala pritiska analizira valove razrjeđenja nastale kada dođe do curenja. Kada dođe do sloma zida cjevovoda, tečnost ili plin izlaze u obliku mlaza velike brzine. To stvara valove negativnog pritiska koji se šire u oba smjera unutar cjevovoda i mogu se otkriti i analizirati. Principi rada metode zasnivaju se na vrlo važnim karakteristikama valova pritiska za putovanje na velike udaljenosti brzinom zvuka vođen zidovima cjevovoda. Amplituda vala pritiska povećava se s veličinom curenja. Složeni matematički algoritam analizira podatke sa senzora pritiska i sposoban je u nekoliko sekundi ukazati na mjesto curenja s tačnošću manjom od 50 m (164 ft). Eksperimentalni podaci pokazali su sposobnost metode da otkrije curenje promjera manjeg od 3 mm (0.1 inča) i radi sa najnižom stopom lažnih alarma u industriji - manje od 1 lažnog alarma godišnje.

Međutim, metoda nije u stanju otkriti neprekidno curenje nakon početnog događaja: nakon sloma stijenke cjevovoda (ili puknuća), početni valovi pritiska umiruju i ne nastaju sljedeći valovi pritiska. Stoga, ako sustav ne uspije otkriti propuštanje (na primjer, zato što su tlačni valovi bili maskirani prolaznim valovima tlaka uzrokovanim operativnim događajem, poput promjene tlaka pumpe ili prebacivanja ventila), sustav neće otkriti tekuće curenje.

Metode uravnoteženja

Ove metode počivaju na principu očuvanja mase. U stabilnom stanju, protok mase $\ tačka {M} _I$ ulazak u cjevovod bez curenja uravnotežiće protok mase $\ tačka {M} _O$ napuštajući ga; svaki pad mase koji izlazi iz cjevovoda (neravnoteža mase $\ dot {M} _I - \ tačka {M} _O$ ) označava curenje. Metode uravnoteženja mjere $\ tačka {M} _I$ i $\ tačka {M} _O$ pomoću mjerača protoka i na kraju izračunati neravnotežu koja je procjena nepoznatog, istinskog protoka curenja. Upoređivanje ove neravnoteže (koja se obično prati tokom više perioda) sa pragom alarma za curenje $\ gama$ generira alarm ako se prati ova neravnoteža. Poboljšane metode balansiranja dodatno uzimaju u obzir stopu promjene masovnog inventara cjevovoda. Imena koja se koriste za poboljšane tehnike balansiranja linija su bilans zapremine, modificirani balans volumena i kompenzirani balans mase.

statističke metode

Statistički LDS koristi statističke metode (npr. Iz područja teorije odlučivanja) za analizu pritiska / protoka u samo jednoj tački ili neravnoteže kako bi otkrio curenje. To dovodi do mogućnosti optimizacije odluke o curenju ako postoje neke statističke pretpostavke. Uobičajeni pristup je upotreba postupka ispitivanja hipoteze

\ text {Hipoteza} H_0: \ tekst {Nema curenja}

\ text {Hipoteza} H_1: \ tekst {curenje}

To je klasični problem otkrivanja, a iz statistike se mogu naći razna rješenja.

RTTM metode

RTTM znači „Prijelazni model u stvarnom vremenu“. RTTM LDS koriste matematičke modele protoka unutar cjevovoda koristeći osnovne fizikalne zakone kao što su očuvanje mase, očuvanje impulsa i očuvanje energije. RTTM metode mogu se smatrati poboljšanjem metoda uravnoteženja, jer dodatno koriste princip očuvanja zamaha i energije. RTTM omogućava izračunavanje protoka mase, pritiska, gustine i temperature u svakoj tački duž cjevovoda u realnom vremenu uz pomoć matematičkih algoritama. RTTM LDS može lako modelirati stacionarni i privremeni protok u cjevovodu. Koristeći RTTM tehnologiju, curenje se može otkriti tokom ustaljenih stanja i privremenih uslova. Uz pravilno funkcionisanje instrumentacije, stope curenja mogu se funkcionalno procijeniti pomoću dostupnih formula.

E-RTTM metode

Prošireni prolazni model stvarnog vremena protoka signala (E-RTTM)

E-RTTM je skraćenica od „Prošireni prolazni model u stvarnom vremenu“, koristeći RTTM tehnologiju sa statističkim metodama. Dakle, otkrivanje curenja je moguće tijekom stabilnog stanja i prijelaznih stanja s velikom osjetljivošću, a lažni alarmi će se izbjeći statističkim metodama.

Za preostalu metodu, RTTM modul izračunava procjene $\ hat {\ tačka {M}} _ I$ , $\ hat {\ tačka {M}} _ O$ za MASNI TOK na ulazu i izlazu. To se može učiniti pomoću merenja za pritisak i temperatura na ulazu ( $p_I$ , $T_I$ ) i izlaz ( $p_O$ , $T_O$ ). Ovi procijenjeni masni protoci uspoređuju se s izmjerenim masnim tokovima $\ tačka {M} _I$ , $\ tačka {M} _O$ , rezultirajući ostacima $x = \ tačka {M} _I - \ hat {\ dot {M}} _ I$ i $y = \ tačka {M} _O - \ hat {\ dot {M}} _ O$ . Ti su ostaci blizu nule ako nema curenja; inače ostaci pokazuju karakterističan potpis. U sljedećem koraku zaostaci su podvrgnuti analizi potpisa propuštanja. Ovaj modul analizira njihovo vremensko ponašanje vađenjem i upoređivanjem potpisa curenja sa potpisima curenja u bazi podataka („otisak prsta“). Alarm curenja deklarira se ako izvađeni potpis curenja odgovara otisku prsta.

Spoljno zasnovani LDS

Spoljno zasnovani sistemi koriste lokalne, namenske senzore. Takvi su LDS vrlo osjetljivi i tačni, ali troškovi sistema i složenost instalacije su obično vrlo visoki; primjene su stoga ograničene na posebna područja visokog rizika, npr. u blizini rijeka ili područja zaštite prirode.

Digitalni kabel za otkrivanje istjecanja ulja

Digital Sense kablovi sastoje se od pletiva polupropusnih unutrašnjih vodiča zaštićenih propusnom izolacijskom pletenicom. Električni signal se prenosi unutarnjim provodnicima i nadgleda ga ugrađeni mikroprocesor unutar konektora kabla. Tekuće tekućine prolaze kroz vanjsku propusnu pletenicu i uspostavljaju kontakt s unutarnjim polupropusnim provodnicima. To uzrokuje promjenu električnih svojstava kabela koje detektira mikroprocesor. Mikroprocesor može locirati tekućinu na udaljenosti od 1 metra duž svoje dužine i pružiti odgovarajući signal nadzornim sistemima ili operatorima. Osjetni kablovi mogu se omotati oko cjevovoda, zakopati podpoljom cjevovodima ili se instalirati kao konfiguracija cijev u cijev.

Ispitivanje infracrvenog radiometrijskog cevovoda

Zračni termogram zatrpanog naftovoda, koji otkriva podzemno onečišćenje uzrokovano curenjem

Ispitivanje infracrvenim termografskim cjevovodima pokazalo se da je istovremeno precizno i efikasno u otkrivanju i lociranju podzemnih curenja cjevovoda, praznina nastalih erozijom, pogoršane izolacije cjevovoda i lošeg zasipanja. Kada je curenje iz cjevovoda omogućilo da tečnost, poput vode, formira perjanicu u blizini cjevovoda, tečnost ima toplotnu provodljivost različitu od suvog tla ili zasipa. To će se odraziti na različitim obrascima temperature površine iznad mjesta curenja. Infracrveni radiometar visoke rezolucije omogućava skeniranje cijelih područja i rezultirajući podaci kao slike s područjima različitih temperatura označenih različitim sivim tonovima na crno-bijeloj slici ili raznim bojama na slici u boji. Ovaj sistem mjeri samo obrasce površinske energije, ali obrasci koji se mjere na površini tla iznad ukopanog cjevovoda mogu pomoći pokazati gdje curi cjevovod i nastale šupljine erozije; otkriva probleme čak 30 metara ispod površine tla.

Detektori akustičke emisije

Tekuće tekućine koje stvaraju zvuk stvaraju zvučni signal dok prolaze kroz rupu u cijevi. Akustični senzori pričvršćeni na vanjsku stranu cjevovoda stvaraju osnovni akustični „otisak prsta“ linije od unutarnje buke cjevovoda u neoštećenom stanju. Kada dođe do curenja, detektira se i analizira rezultirajući niskofrekventni zvučni signal. Odstupanja od osnovnog „otiska prsta“ signaliziraju alarm. Sada se senzori imaju bolji raspored sa odabirom frekvencijskog opsega, odabirom raspona vremenskog kašnjenja itd. To grafikone čini jasnijim i lakšim za analizu. Postoje drugi načini za otkrivanje istjecanja. Uzemljeni geofoni s rasporedom filtera vrlo su korisni za preciziranje lokacije curenja. To štedi troškove iskopa. Mlaz vode u tlu pogađa unutarnji zid tla ili betona. To će stvoriti slabu buku. Taj buka će propadati dok izlazi na površinu. Ali maksimalni zvuk se može podići samo preko položaja curenja. Pojačala i filter pomažu da se očisti buka. Neke vrste gasova unesenih u cjevovod stvaraće niz zvukova prilikom napuštanja cijevi.

Cijevi osjetljive na paru

Metoda otkrivanja curenja cijevi osjetljive na paru uključuje ugradnju cijevi duž cijele dužine cjevovoda. Ova cijev - u obliku kabela - vrlo je propusna za supstance koje se otkrivaju u određenoj primjeni. Ako dođe do curenja, supstance koje se mjere moraju doći u kontakt s cijevi u obliku pare, plina ili otopljene u vodi. U slučaju curenja, neka supstanca koja curi difundira u cijev. Nakon određenog vremenskog razdoblja, unutrašnjost cijevi daje tačnu sliku supstanci koje okružuju cijev. Da bi se analizirala raspodjela koncentracije prisutna u cijevi senzora, pumpa konstantnom brzinom gura stupac zraka u cijevi pored jedinice za detekciju. Detektorska jedinica na kraju cijevi senzora opremljena je senzorima za plin. Svako povećanje koncentracije plina rezultira izraženim „vrhom curenja“.

Otkrivanje curenja optičkih vlakana

Komercijaliziraju se najmanje dvije metode otkrivanja propuštanja optičkih vlakana: raspodijeljeno temperaturno senziranje (DTS) i distribuirano akustičko osjećanje (DAS). Metoda DTS uključuje postavljanje optičkog kabla duž duljine cjevovoda koji se nadgleda. Supstance koje se mjere treba doći u kontakt sa kablom kada dođe do curenja, promjene temperature kabla i promjene refleksije impulsa laserske zrake, signalizirajući curenje. Položaj je poznat mjerenjem vremenskog kašnjenja između vremena emitiranja laserskog impulsa i kada je otkrivanje refleksije. Ovo djeluje samo ako se tvar nalazi na temperaturi različitoj od okoline. Pored toga, raspodijeljena optička tehnika optičke temperature pruža mogućnost mjerenja temperature duž cjevovoda. Skenirajući cijelu dužinu vlakana, određuje se temperaturni profil duž vlakana, što vodi do otkrivanja istjecanja.

DAS metoda uključuje sličnu ugradnju optičkog kabla duž dužine cevovoda koji se nadgleda. Vibracije izazvane propuštanjem tvari koja izlazi iz cjevovoda mijenja refleksiju impulsa laserske zrake, signalizirajući curenje. Lokacija je poznata mjerenjem vremenskog kašnjenja između vremena emitiranja laserskog impulsa i kada je otkrivanje refleksije. Ova se tehnika može kombinirati i s metodom raspodjele osjetljivosti temperature da bi se dobio temperaturni profil cjevovoda.