Nuotėkio aptikimas

by „Delta“ inžinerija / Penktadienis, 25 kovo 2016. / paskelbta Aukštos įtampos

Naftotiekis nuotėkio aptikimas naudojamas siekiant nustatyti, ar ir kai kuriais atvejais įvyko nuotėkis sistemose, kuriose yra skysčių ir dujų. Aptikimo metodai apima hidrostatinį bandymą po vamzdyno pastatymo ir nuotėkio aptikimą eksploatacijos metu.

Vamzdynų tinklai yra ekonomiškiausias ir saugiausias naftos, dujų ir kitų skystų produktų transportavimo būdas. Kaip tolimųjų atstumų transporto priemonė, vamzdynai turi atitikti aukštus saugos, patikimumo ir efektyvumo reikalavimus. Tinkamai prižiūrimi vamzdynai gali tarnauti neribotą laiką be nuotėkio. Didžiausias nutekėjimas atsiranda dėl netoliese esančios kasimo įrangos pažeidimo, todėl labai svarbu prieš kasant iškviesti valdžios institucijas ir įsitikinti, kad netoliese nėra užkastų vamzdynų. Jei vamzdynas nėra tinkamai prižiūrimas, jis gali pradėti lėtai rūdyti, ypač ties konstrukcijų sandūromis, žemose vietose, kur kaupiasi drėgmė, arba vietose, kuriose vamzdyje yra trūkumų. Tačiau šiuos defektus galima nustatyti naudojant patikrinimo priemones ir ištaisyti, kol jie nepraeina į nuotėkį. Kitos nuotėkio priežastys yra nelaimingi atsitikimai, žemės judėjimas arba sabotažas.

Pagrindinis nuotėkio aptikimo sistemų (LDS) tikslas yra padėti vamzdynų valdikliams aptikti ir lokalizuoti nuotėkius. LDS teikia pavojaus signalą ir rodo kitus susijusius duomenis dujotiekio valdikliams, kad padėtų priimti sprendimus. Vamzdynų nuotėkio aptikimo sistemos taip pat yra naudingos, nes gali padidinti našumą ir sistemos patikimumą dėl sutrumpėjusio prastovos ir trumpesnio tikrinimo laiko. Todėl LDS yra svarbus dujotiekio technologijos aspektas.

Pagal API dokumentą „RP 1130“, LDS skirstomi į vidinius LDS ir išorinius LDS. Vidinės sistemos naudoja lauko prietaisus (pavyzdžiui, srauto, slėgio ar skysčio temperatūros jutiklius), kad galėtų stebėti vidinius dujotiekio parametrus. Išorinėse sistemose taip pat naudojami lauko prietaisai (pavyzdžiui, infraraudonųjų spindulių radiometrai arba šiluminės kameros, garų jutikliai, akustiniai mikrofonai arba šviesolaidiniai kabeliai), kad būtų galima stebėti išorinių vamzdynų parametrus.

Taisyklės

Kai kurios šalys oficialiai reglamentuoja dujotiekio eksploatavimą.

API RP 1130 „Skaičiavimo vamzdynų stebėjimas skysčiams“ (JAV)

Ši rekomenduojama praktika (RP) skirta LDS projektavimui, įgyvendinimui, testavimui ir veikimui naudojant algoritminį metodą. Šios rekomenduojamos praktikos tikslas – padėti vamzdyno operatoriui nustatyti problemas, susijusias su LDS parinkimu, įgyvendinimu, testavimu ir veikimu. LDS skirstomos į vidinius ir išorinius. Vidaus sistemose naudojami lauko prietaisai (pvz., srautui, slėgiui ir skysčio temperatūrai), kad būtų galima stebėti vidinius dujotiekio parametrus; Šie dujotiekio parametrai vėliau naudojami nutekėjimui nustatyti. Išorinės sistemos naudoja vietinius, tam skirtus jutiklius.

TRFL (Vokietija)

TRFL yra „Technische Regel für Fernleitungsanlagen“ (Techninė vamzdynų sistemų taisyklė) santrumpa. TRFL apibendrina reikalavimus vamzdynams, kuriems taikomi oficialūs reglamentai. Ji apima vamzdynus, kuriais transportuojami degūs skysčiai, vamzdynai, kuriais transportuojami pavojingi vandeniui skysčiai, ir dauguma vamzdynų, kuriais transportuojamos dujos. Reikalingos penkios skirtingos LDS arba LDS funkcijos:

Du nepriklausomi LDS nuolatiniam nuotėkio aptikimui pastovaus veikimo metu. Viena iš šių sistemų arba papildoma taip pat turi gebėti aptikti nuotėkius trumpalaikio veikimo metu, pvz., paleidžiant dujotiekį.
Vienas LDS nuotėkio aptikimui išjungimo metu
Vienas LDS šliaužiantiems nuotėkiams
Vienas LDS greitai nutekėjimo vietai nustatyti

reikalavimai

1155 API (pakeistas API RP 1130) apibrėžia šiuos svarbius LDS reikalavimus:

Jautrumas: LDS turi užtikrinti, kad skysčio praradimas dėl nuotėkio būtų kuo mažesnis. Tai sistemai kelia du reikalavimus: ji turi aptikti nedidelius nuotėkius ir greitai juos aptikti.
Patikimumas: vartotojas turi pasitikėti LDS. Tai reiškia, kad jis turi teisingai pranešti apie visus tikrus pavojaus signalus, tačiau taip pat svarbu, kad jis nesukeltų klaidingų pavojaus signalų.
Tikslumas: kai kurios LDS gali apskaičiuoti nuotėkio srautą ir nuotėkio vietą. Tai turi būti padaryta tiksliai.
Tvirtumas: LDS turėtų toliau veikti ne idealiomis aplinkybėmis. Pavyzdžiui, keitiklio gedimo atveju sistema turėtų aptikti gedimą ir toliau veikti (galbūt padarius reikiamus kompromisus, pvz., sumažinus jautrumą).

Pastovios būsenos ir trumpalaikės sąlygos

Pastovios būsenos sąlygomis srautas, slėgis ir kt. vamzdyne laikui bėgant yra (daugiau ar mažiau) pastovūs. Laikinosiomis sąlygomis šie kintamieji gali greitai keistis. Pokyčiai sklinda kaip bangos vamzdynu skysčio garso greičiu. Dujotiekyje susidaro trumpalaikės sąlygos, pavyzdžiui, paleidžiant, pasikeitus slėgiui įleidimo arba išleidimo angoje (net jei pokytis nedidelis) ir kai keičiasi partija arba kai dujotiekyje yra keli produktai. Dujotiekiai beveik visada yra trumpalaikiai, nes dujos yra labai suspaudžiamos. Net ir skysčių vamzdynuose dažniausiai negalima nepaisyti trumpalaikio poveikio. LDS turėtų leisti aptikti nuotėkius abiem sąlygomis, kad būtų galima aptikti nuotėkį per visą dujotiekio veikimo laiką.

Vidinis LDS

Vidaus sistemose naudojami lauko prietaisai (pvz., srautui, slėgiui ir skysčio temperatūrai), kad būtų galima stebėti vidinius dujotiekio parametrus; Šie dujotiekio parametrai vėliau naudojami nutekėjimui nustatyti. Vidaus LDS sistemos kaina ir sudėtingumas yra nedideli, nes jie naudoja esamus lauko prietaisus. Šis LDS tipas naudojamas standartiniams saugos reikalavimams.

Slėgio / srauto stebėjimas

Dėl nuotėkio pasikeičia dujotiekio hidraulika, todėl po kurio laiko pasikeičia slėgio arba srauto rodmenys. Todėl vietinis slėgio arba srauto stebėjimas tik viename taške gali būti paprastas nuotėkio aptikimas. Kadangi tai daroma vietoje, iš esmės nereikia jokios telemetrijos. Tačiau jis naudingas tik pastoviomis sąlygomis, o jo gebėjimas susidoroti su dujotiekiais yra ribotas.

Akustinio slėgio bangos

Akustinio slėgio bangos metodas analizuoja retėjimo bangas, atsirandančias įvykus nuotėkiui. Kai įvyksta dujotiekio sienelės gedimas, skystis arba dujos išbėga didelio greičio srove. Tai sukuria neigiamo slėgio bangas, kurios dujotiekyje sklinda abiem kryptimis ir gali būti aptiktos bei analizuojamos. Metodo veikimo principai grindžiami labai svarbia slėgio bangų savybe sklisti didelius atstumus garso greičiu, vadovaujamu dujotiekio sienelių. Slėgio bangos amplitudė didėja didėjant nuotėkio dydžiui. Sudėtingas matematinis algoritmas analizuoja slėgio jutiklių duomenis ir per kelias sekundes gali nurodyti nuotėkio vietą mažesniu nei 50 m (164 pėdų) tikslumu. Eksperimentiniai duomenys parodė, kad metodas gali aptikti nuotėkius, kurių skersmuo mažesnis nei 3 mm (0.1 colio), ir veikia su mažiausiu klaidingų aliarmų dažniu pramonėje – mažiau nei 1 klaidingą pavojaus signalą per metus.

Tačiau šis metodas negali aptikti vykstančio nuotėkio po pirminio įvykio: po dujotiekio sienelės lūžimo (arba plyšimo) pradinės slėgio bangos nuslūgsta ir vėlesnių slėgio bangų nesukuriama. Todėl, jei sistemai nepavyksta aptikti nuotėkio (pavyzdžiui, dėl to, kad slėgio bangas užmaskavo trumpalaikės slėgio bangos, kurias sukėlė eksploatacinis įvykis, pvz., siurbimo slėgio pasikeitimas arba vožtuvo perjungimas), sistema neaptiks vykstančio nuotėkio.

Balansavimo metodai

Šie metodai grindžiami masės išsaugojimo principu. Pastovioje būsenoje masės srautas $\dot{M}_I$ patekus į nesandarią vamzdyną, masės srautas subalansuotas $\dot{M}_O$ paliekant jį; bet koks masės, išeinančios iš dujotiekio, sumažėjimas (masės disbalansas $\taškas{M}_I – \taškas{M}_O$ ) rodo nuotėkį. Balansavimo metodai matuoja $\dot{M}_I$ ir $\dot{M}_O$ naudodami srauto matuoklius ir galiausiai apskaičiuokite disbalansą, kuris yra nežinomo tikrojo nuotėkio srauto įvertinimas. Palyginti šį disbalansą (paprastai stebimą per keletą laikotarpių) su nuotėkio pavojaus slenksčiu $\gama$ generuoja aliarmą, jei šis stebimas disbalansas. Patobulintuose balansavimo metoduose papildomai atsižvelgiama į dujotiekio masės atsargų kitimo greitį. Patobulintiems linijų balansavimo metodams naudojami pavadinimai: tūrio balansas, modifikuotas tūrio balansas ir kompensuotas masės balansas.

Statistiniai metodai

Statistiniai LDS naudoja statistinius metodus (pvz., sprendimų teorijos srityje), kad analizuotų slėgį / srautą tik viename taške arba disbalansą, kad būtų aptiktas nuotėkis. Tai suteikia galimybę optimizuoti sprendimą dėl nutekėjimo, jei pasitvirtina kai kurios statistinės prielaidos. Įprastas metodas yra naudoti hipotezės tikrinimo procedūrą

\text{Hipotezė }H_0:\tekstas{ Nėra nutekėjimo}

\tekstas{Hipotezė }H_1:\tekstas{ Nutekėjimas}

Tai klasikinė aptikimo problema, ir iš statistikos žinomi įvairūs sprendimai.

RTTM metodai

RTTM reiškia „realaus laiko pereinamasis modelis“. RTTM LDS naudoja matematinius srauto dujotiekyje modelius, naudodamas pagrindinius fizinius dėsnius, tokius kaip masės išsaugojimas, impulso išsaugojimas ir energijos išsaugojimas. RTTM metodai gali būti vertinami kaip balansavimo metodų patobulinimas, nes jie papildomai naudoja impulso ir energijos išsaugojimo principą. RTTM leidžia realiu laiku apskaičiuoti masės srautą, slėgį, tankį ir temperatūrą kiekviename dujotiekio taške, naudojant matematinius algoritmus. RTTM LDS gali lengvai modeliuoti pastovų ir trumpalaikį srautą dujotiekyje. Naudojant RTTM technologiją, nuotėkius galima aptikti pastovios būsenos ir pereinamojo laikotarpio sąlygomis. Tinkamai veikiant prietaisams, nuotėkio greitis gali būti funkcionaliai įvertintas naudojant turimas formules.

E-RTTM metodai

Signalo srauto išplėstinis realaus laiko pereinamasis modelis (E-RTTM)

E-RTTM reiškia „Extended Real-Time Transient Model“, naudojant RTTM technologiją su statistiniais metodais. Taigi, nuotėkio aptikimas galimas esant pastoviai būsenai ir pereinamoms sąlygoms esant dideliam jautrumui, o klaidingų pavojaus signalų bus išvengta naudojant statistinius metodus.

Liekamojo metodo apskaičiavimus apskaičiuoja RTTM modulis $\hat{\dot{M}}_I$ , $\hat{\dot{M}}_O$ MASĖS SRAUTUI atitinkamai įleidimo ir išleidimo angoje. Tai galima padaryti naudojant matavimus slėgis ir temperatūra prie įėjimo ( $p_I$ , $T_I$ ) ir išleidimo anga ( $p_O$ , $T_O$ ). Šie apskaičiuoti masės srautai lyginami su išmatuotais masės srautais $\dot{M}_I$ , $\dot{M}_O$ , duoda likučius $x=\taškas{M}_I – \hat{\taškas{M}}_I$ ir $y=\taškas{M}_O – \hat{\taškas{M}}_O$ . Jei nėra nuotėkio, šie likučiai yra artimi nuliui; kitu atveju liekanos rodo būdingą parašą. Kitame etape atliekama likučių nuotėkio parašo analizė. Šiame modulyje analizuojamas jų laikinas elgesys, ištraukdamas ir palygindamas nutekėjimo parašą su duomenų nutekėjimo parašais („pirštų atspaudais“). Nuotėkio pavojaus signalas paskelbiamas, jei ištrauktas nuotėkio parašas sutampa su piršto atspaudu.

Išoriškai pagrįstas LDS

Išorinės sistemos naudoja vietinius, tam skirtus jutiklius. Tokie LDS yra labai jautrūs ir tikslūs, tačiau sistemos kaina ir įrengimo sudėtingumas paprastai yra labai dideli; todėl taikymas apsiriboja specialiomis didelės rizikos teritorijomis, pvz., prie upių arba gamtos apsaugos teritorijose.

Skaitmeninis alyvos nuotėkio aptikimo kabelis

„Digital Sense Cables“ susideda iš pusiau pralaidžių vidinių laidininkų, apsaugotų pralaidžia izoliacine liejimo juosta. Elektrinis signalas perduodamas per vidinius laidininkus ir yra stebimas kabelio jungties viduje įtaisytu mikroprocesoriumi. Išbėgantys skysčiai praeina per išorinę pralaidžią pynę ir susiliečia su vidiniais pusiau pralaidžiais laidininkais. Dėl to pasikeičia kabelio elektrinės savybės, kurias aptinka mikroprocesorius. Mikroprocesorius gali aptikti skysčio vietą 1 metro raiška išilgai jo ilgio ir pateikti atitinkamą signalą stebėjimo sistemoms arba operatoriams. Jutimo kabeliai gali būti apvynioti aplink vamzdynus, įkasti dujotiekiais arba sumontuoti kaip vamzdis vamzdyje konfigūracija.

Infraraudonųjų spindulių radiometrinio vamzdyno bandymas

Palaidoto visureigio naftotiekio aerodinaminė termograma, atskleidžianti požeminį užterštumą dėl nuotėkio

Infraraudonųjų spindulių termografiniai vamzdynų bandymai parodė, kad jie yra tikslūs ir veiksmingi nustatant požeminių vamzdynų nuotėkius, erozijos sukeltas tuštumas, pablogėjusią vamzdyno izoliaciją ir prastą užpildymą. Kai dėl dujotiekio nuotėkio skysčiui, pavyzdžiui, vandeniui, prie dujotiekio susidarė stulpelis, skysčio šilumos laidumas skiriasi nuo sauso grunto ar užpildo. Tai atsispindės skirtinguose paviršiaus temperatūros modeliuose virš nuotėkio vietos. Didelės skiriamosios gebos infraraudonųjų spindulių radiometras leidžia nuskaityti ištisas sritis ir atvaizduoti gautus duomenis kaip nuotraukas su skirtingos temperatūros sritimis, pažymėtomis skirtingais pilkais tonais juodai baltame vaizde arba įvairiomis spalvomis spalvotame vaizde. Ši sistema matuoja tik paviršiaus energijos modelius, tačiau žemės paviršiuje virš palaidoto dujotiekio išmatuoti modeliai gali padėti parodyti, kur dujotiekis nuteka ir dėl to susidaro erozijos tuštumos; jis aptinka problemas net 30 metrų gylyje po žemės paviršiumi.

Akustinės emisijos detektoriai

Išbėgantys skysčiai sukuria akustinį signalą, kai jie praeina pro vamzdžio skylę. Dujotiekio išorėje pritvirtinti akustiniai jutikliai sukuria pradinį akustinį linijos „piršto atspaudą“ iš nepažeisto dujotiekio vidinio triukšmo. Kai įvyksta nuotėkis, aptinkamas ir analizuojamas žemo dažnio garso signalas. Nukrypimai nuo pradinio „pirštų atspaudų“ signalo signalizuoja. Dabar jutikliai yra geriau suderinti su dažnių juostos parinkimu, laiko delsos diapazono parinkimu ir pan. Dėl to grafikai tampa aiškesni ir lengviau analizuojami. Yra ir kitų būdų, kaip aptikti nuotėkį. Antžeminiai geotelefonai su filtrų išdėstymu labai naudingi norint tiksliai nustatyti nuotėkio vietą. Tai taupo kasimo išlaidas. Vandens srovė dirvožemyje atsitrenkia į vidinę grunto ar betono sienelę. Tai sukels silpną triukšmą. Šis triukšmas nuslūgs, kai kils į paviršių. Tačiau maksimalų garsą galima pakelti tik virš nuotėkio padėties. Stiprintuvai ir filtras padeda išgauti aiškų triukšmą. Kai kurių tipų dujos, patenkančios į vamzdyną, išeidamos iš vamzdžio sukurs įvairius garsus.

Garų jutimo vamzdeliai

Garų jutimo vamzdžio nuotėkio aptikimo metodas apima vamzdžio montavimą per visą dujotiekio ilgį. Šis vamzdelis – kabelio pavidalu – yra labai pralaidus medžiagoms, kurias reikia aptikti konkrečiu atveju. Jei įvyksta nuotėkis, matuojamos medžiagos susiliečia su vamzdeliu garų, dujų arba ištirpusios vandenyje. Nutekėjus, dalis nutekėjusios medžiagos pasklinda į vamzdelį. Po tam tikro laiko vamzdžio vidus sukuria tikslų vamzdelį supančių medžiagų vaizdą. Siekiant išanalizuoti koncentracijos pasiskirstymą jutiklio vamzdelyje, siurblys pastoviu greičiu stumia oro stulpelį vamzdyje pro aptikimo įrenginį. Jutiklio vamzdelio gale esantis detektoriaus blokas turi dujų jutiklius. Kiekvienas dujų koncentracijos padidėjimas sukelia ryškų „nuotėkio piką“.

Šviesolaidinio nuotėkio aptikimas

Parduodami mažiausiai du šviesolaidinio nuotėkio aptikimo metodai: paskirstytasis temperatūros jutiklis (DTS) ir paskirstytasis akustinis jutimas (DAS). DTS metodas apima šviesolaidinio kabelio įrengimą išilgai stebimo dujotiekio ilgio. Matuojamos medžiagos susiliečia su kabeliu, kai įvyksta nuotėkis, keičiasi kabelio temperatūra ir keičiasi lazerio spindulio impulso atspindys, signalizuojantis apie nutekėjimą. Vieta žinoma matuojant laiko delsą nuo lazerio impulso išskyrimo iki atspindžio aptikimo. Tai veikia tik tuo atveju, jei medžiagos temperatūra skiriasi nuo aplinkos aplinkos. Be to, paskirstytojo šviesolaidinio temperatūros jutimo technika suteikia galimybę matuoti temperatūrą išilgai dujotiekio. Nuskaitant visą pluošto ilgį, nustatomas temperatūros profilis išilgai pluošto, todėl aptinkamas nuotėkis.

DAS metodas apima panašų šviesolaidinio kabelio įrengimą išilgai stebimo dujotiekio ilgio. Vibracijos, kurias sukelia medžiaga, išeinanti iš dujotiekio per nuotėkį, keičia lazerio spindulio impulso atspindį ir signalizuoja apie nutekėjimą. Vieta žinoma matuojant laiko delsą nuo lazerio impulso išskyrimo iki atspindžio aptikimo. Ši technika taip pat gali būti derinama su paskirstytosios temperatūros jutimo metodu, kad būtų galima nustatyti dujotiekio temperatūros profilį.