Noplūdes noteikšana

by Delta inženierija / Piektdiena, 25 marts 2016 / Publicēta Augstsprieguma

Cauruļvads noplūdes noteikšana lieto, lai noteiktu, vai un dažos gadījumos noplūde ir notikusi sistēmās, kurās ir šķidrumi un gāzes. Noteikšanas metodēs ietilpst hidrostatiskā pārbaude pēc cauruļvada uzstādīšanas un noplūdes noteikšana ekspluatācijas laikā.

Cauruļvadu tīkli ir ekonomiskākais un drošākais naftas, gāzu un citu šķidru produktu pārvadāšanas veids. Kā tālsatiksmes transporta līdzeklis cauruļvadiem jāizpilda augstas drošības, uzticamības un efektivitātes prasības. Pareizi uzturot, cauruļvadi var darboties bezgalīgi bez noplūdēm. Visnozīmīgākās noplūdes rodas tuvumā esošo rakšanas iekārtu bojājumu dēļ, tāpēc pirms rakšanas ir ārkārtīgi svarīgi piezvanīt iestādēm, lai pārliecinātos, ka tuvumā nav aprakti cauruļvadi. Ja cauruļvads netiek pareizi uzturēts, tas var sākt lēnām korozēt, it īpaši konstrukcijas savienojumos, zemos punktos, kur uzkrājas mitrums, vai vietās ar caurules nepilnībām. Tomēr šos defektus var identificēt, izmantojot pārbaudes instrumentus, un novērst tos pirms noplūdes. Pie citiem noplūdes iemesliem pieder nelaimes gadījumi, zemes pārvietošanās vai sabotāža.

Noplūžu noteikšanas sistēmu (LDS) galvenais mērķis ir palīdzēt cauruļvadu kontrolieriem atklāt un lokalizēt noplūdes. LDS nodrošina trauksmi un parāda citus saistītus datus cauruļvada kontrolieriem, lai palīdzētu lēmumu pieņemšanā. Cauruļvadu noplūžu noteikšanas sistēmas ir arī izdevīgas, jo tās var uzlabot produktivitāti un sistēmas uzticamību, pateicoties samazinātam dīkstāvei un saīsinātam pārbaudes laikam. Tāpēc LDS ir svarīgs cauruļvadu tehnoloģijas aspekts.

Saskaņā ar API dokumentu “RP 1130”, LDS ir sadalīta iekšēji balstītā LDS un ārēji balstītā LDS. Iekšēji balstītas sistēmas izmanto lauka instrumentus (piemēram, plūsmas, spiediena vai šķidruma temperatūras sensorus), lai uzraudzītu cauruļvada iekšējos parametrus. Ārēji balstītas sistēmas izmanto arī lauka instrumentus (piemēram, infrasarkanos radiometrus vai termokameras, tvaika sensorus, akustiskos mikrofonus vai optiskās šķiedras kabeļus), lai uzraudzītu cauruļvada ārējos parametrus.

Noteikumi un regulas

Dažas valstis oficiāli regulē cauruļvadu darbību.

API RP 1130 “Skaitļveida cauruļvadu monitorings šķidrumiem” (ASV)

Šī ieteicamā prakse (RP) ir vērsta uz LDS, kas izmanto algoritmisku pieeju, projektēšanu, ieviešanu, testēšanu un darbību. Šīs ieteicamās prakses mērķis ir palīdzēt cauruļvadu operatoram identificēt jautājumus, kas saistīti ar LDS izvēli, ieviešanu, testēšanu un darbību. LDS tiek klasificētas iekšēji un ārēji. Iekšēji balstītās sistēmās tiek izmantoti lauka instrumenti (piemēram, plūsmai, spiedienam un šķidruma temperatūrai), lai uzraudzītu cauruļvada iekšējos parametrus; šie cauruļvada parametri pēc tam tiek izmantoti noplūdes secināšanai. Ārēji balstītās sistēmās tiek izmantoti vietēji īpaši sensori.

TRFL (Vācija)

TRFL ir saīsinājums no “Technische Regel für Fernleitungsanlagen” (cauruļvadu sistēmu tehniskais noteikums). TRFL ir apkopotas prasības attiecībā uz cauruļvadiem, uz kuriem attiecas oficiālie noteikumi. Tas attiecas uz cauruļvadiem, kas pārvadā viegli uzliesmojošus šķidrumus, cauruļvadiem, kas pārvadā ūdenim bīstamus šķidrumus, un lielāko daļu cauruļvadu, kas pārvadā gāzi. Nepieciešami pieci dažādi LDS vai LDS funkciju veidi:

Divas neatkarīgas LDS nepārtrauktai noplūdes noteikšanai līdzsvara stāvokļa laikā. Vienai no šīm vai papildu sistēmām jāspēj arī atklāt noplūdes īslaicīgas darbības laikā, piemēram, cauruļvada iedarbināšanas laikā
Viena LDS noplūdes noteikšanai slēgšanas laikā
Viena LDS par ložņu noplūdi
Viena LDS ātrai noplūdes vietai

Prasības

API 1155 (aizstāts ar API RP 1130) nosaka šādas svarīgas prasības LDS:

Jutība: LDS ir jānodrošina, lai šķidruma zudumi noplūdes rezultātā būtu pēc iespējas mazāki. Tas sistēmai izvirza divas prasības: tai jāatrod nelielas noplūdes un ātri tās jāatrod.
Uzticamība: lietotājam jāspēj uzticēties LDS. Tas nozīmē, ka tai ir pareizi jāziņo par visām reālām trauksmēm, taču ir tikpat svarīgi, lai tā neģenerētu viltus trauksmes.
Precizitāte: Daži LDS spēj aprēķināt noplūdes plūsmu un noplūdes vietu. Tas ir jādara precīzi.
Izturība: LDS jāturpina darboties apstākļos, kas nav ideāli. Piemēram, devēja kļūmes gadījumā sistēmai vajadzētu atklāt kļūmi un turpināt darbību (iespējams, ar nepieciešamiem kompromisiem, piemēram, samazinātu jutīgumu).

Līdzsvara stāvoklis un pārejoši apstākļi

Stabila stāvokļa apstākļos plūsma, spiedieni utt. Cauruļvadā laika gaitā ir (vairāk vai mazāk) nemainīgi. Pārejošu apstākļu laikā šie mainīgie var strauji mainīties. Izmaiņas izplatās kā viļņi cauri cauruļvadam ar šķidruma skaņas ātrumu. Pārejoši apstākļi cauruļvadā rodas, piemēram, palaišanas laikā, ja mainās spiediens pie ieplūdes vai izplūdes (pat ja izmaiņas ir nelielas) un kad mainās partija vai ja cauruļvadā ir vairāki produkti. Gāzes cauruļvadi gandrīz vienmēr atrodas īslaicīgos apstākļos, jo gāzes ir ļoti saspiežamas. Pat šķidros cauruļvados īslaicīgo ietekmi lielākoties nevar ignorēt. LDS būtu jāļauj noteikt noplūdes abos apstākļos, lai nodrošinātu noplūdes noteikšanu visā cauruļvada darbības laikā.

Iekšēji bāzēta LDS

Iekšēji balstītās sistēmās tiek izmantoti lauka instrumenti (piemēram, plūsmai, spiedienam un šķidruma temperatūrai), lai uzraudzītu cauruļvada iekšējos parametrus; šie cauruļvada parametri pēc tam tiek izmantoti noplūdes secināšanai. Iekšēji balstītas LDS sistēmas izmaksas un sarežģītība ir mērenas, jo tajās tiek izmantoti esošie lauka instrumenti. Šāda veida LDS tiek izmantots standarta drošības prasībām.

Spiediena / plūsmas kontrole

Noplūde maina cauruļvada hidrauliku un tāpēc pēc kāda laika maina spiediena vai plūsmas rādījumus. Vietējā spiediena vai plūsmas kontrole tikai vienā punktā var nodrošināt vienkāršu noplūdes noteikšanu. Tā kā tas tiek darīts uz vietas, principā nav nepieciešama telemetrija. Tomēr tas ir noderīgi tikai pastāvīga stāvokļa apstākļos, un tā spēja tikt galā ar gāzes vadiem ir ierobežota.

Akustiskā spiediena viļņi

Akustiskā spiediena viļņu metode analizē retināšanas faktorus, kas rodas, ja rodas noplūde. Kad notiek cauruļvada sienas sabrukšana, šķidrums vai gāze izplūst liela ātruma strūklas veidā. Tas rada negatīvā spiediena viļņus, kas izplatās cauruļvada abos virzienos un kurus var noteikt un analizēt. Metodes darbības principi ir balstīti uz ļoti svarīgo spiediena viļņu raksturojumu pārvietoties lielos attālumos ar skaņas ātrumu, ko vada cauruļvada sienas. Spiediena viļņa amplitūda palielinās līdz ar noplūdes lielumu. Sarežģīts matemātisks algoritms analizē spiediena sensoru datus un dažu sekunžu laikā spēj norādīt uz noplūdes vietu ar precizitāti, kas mazāka par 50 m (164 pēdām). Eksperimentālie dati ir parādījuši metodes spēju noteikt noplūdes, kuru diametrs ir mazāks par 3 mm (0.1 collu), un darboties ar zemāko viltus trauksmes līmeni nozarē - mazāk nekā 1 viltus trauksmi gadā.

Tomēr metode nespēj atklāt notiekošo noplūdi pēc sākotnējā notikuma: pēc cauruļvada sienas sabrukšanas (vai plīsuma) sākotnējie spiediena viļņi izzūd un turpmākie spiediena viļņi netiek ģenerēti. Tāpēc, ja sistēmai neizdodas noteikt noplūdi (piemēram, tāpēc, ka spiediena viļņus maskēja pārejoši spiediena viļņi, ko izraisīja tāds darbības notikums kā sūknēšanas spiediena izmaiņas vai vārsta pārslēgšana), sistēma nekonstatēs notiekošo noplūdi.

Balansēšanas metodes

Šīs metodes balstās uz masas saglabāšanas principu. Nepietiekamā stāvoklī masas plūsma $\ dot {M} _I$ ieejot cauruļvadā, kurā nav noplūdes, tiks līdzsvarota masas plūsma $\ dot {M} _O$ atstājot to; jebkurš masas kritums, izejot no cauruļvada (masas nelīdzsvarotība $\ dot {M} _I - \ dot {M} _O$ ) norāda noplūdi. Balansēšanas metodes mēra $\ dot {M} _I$ un $\ dot {M} _O$ izmantojot caurplūdes mērītājus, un visbeidzot aprēķina nelīdzsvarotību, kas ir nezināmas, patiesas noplūdes plūsmas novērtējums. Salīdzinot šo nelīdzsvarotību (kuru parasti novēro vairākos periodos) ar trauksmes līmeņa noplūdes slieksni $\ gamma$ ģenerē trauksmi, ja šī novērotā nelīdzsvarotība. Uzlabotās balansēšanas metodes papildus ņem vērā cauruļvada masas krājumu izmaiņu ātrumu. Uzlabotām līniju balansēšanas metodēm tiek izmantoti nosaukumi: tilpuma līdzsvars, modificēts tilpuma līdzsvars un kompensēts masas līdzsvars.

Statistikas metodes

Statistiskā LDS izmanto statistikas metodes (piemēram, no lēmumu teorijas lauka), lai analizētu spiedienu / plūsmu tikai vienā punktā vai nelīdzsvarotību, lai noteiktu noplūdi. Tas dod iespēju optimizēt lēmumu par noplūdi, ja pastāv daži statistikas pieņēmumi. Kopēja pieeja ir hipotēzes testa procedūra

\ text {Hipotēze} H_0: \ text {Nav noplūdes}

\ text {Hipotēze} H_1: \ text {Leak}

Šī ir klasiska noteikšanas problēma, un no statistikas ir zināmi dažādi risinājumi.

RPIV metodes

RTTM nozīmē “Reālā laika pārejošais modelis”. RTTM LDS izmanto cauruļvada plūsmas matemātiskos modeļus, izmantojot tādus pamata fiziskos likumus kā masas saglabāšana, impulsa saglabāšana un enerģijas saglabāšana. RTTM metodes var uzskatīt par līdzsvarošanas metožu uzlabošanu, jo tās papildus izmanto impulsa un enerģijas saglabāšanas principu. RTTM ļauj reāllaikā aprēķināt masas plūsmu, spiedienu, blīvumu un temperatūru katrā cauruļvada punktā ar matemātisko algoritmu palīdzību. RTTM LDS var viegli modelēt līdzsvara stāvokli un pārejošu plūsmu cauruļvadā. Izmantojot RTTM tehnoloģiju, noplūdes var noteikt līdzsvara stāvoklī un pārejošos apstākļos. Pareizi funkcionējot, noplūdes ātrumu var funkcionāli novērtēt, izmantojot pieejamās formulas.

E-RTTM metodes

Signālu plūsma Pagarināts reālā laika pārejošais modelis (E-RTTM)

E-RTTM apzīmē paplašinātu reālā laika pārejas modeli, izmantojot RTTM tehnoloģiju un statistikas metodes. Tātad noplūdes noteikšana ir iespējama stabilā stāvoklī un pārejošā stāvoklī ar augstu jutību, un, izmantojot statistikas metodes, tiks novērsti viltus trauksmes gadījumi.

Atlikušajai metodei RTTM modulis aprēķina aplēses $\ hat {\ dot {M}} _ I$ , $\ cepure {\ dot {M}} _ O$ attiecīgi MASAS PLŪSMAI ieejā un izejā. To var izdarīt, izmantojot spiediens un temperatūra pie ieplūdes ( $p_I$ , $T_I$ ) un noieta ( $p_O$ , $T_O$ ). Šīs aprēķinātās masas plūsmas tiek salīdzinātas ar izmērītajām masas plūsmām $\ dot {M} _I$ , $\ dot {M} _O$ , iegūstot atlikumus $x = \ dot {M} _I - \ hat {\ dot {M}} _ I$ un $y = \ dot {M} _O - \ hat {\ dot {M}} _ O$ . Šie atlikumi ir tuvu nullei, ja nav noplūdes; pretējā gadījumā atlikumiem ir raksturīgs paraksts. Nākamajā posmā atlikumiem tiek veikta noplūdes paraksta analīze. Šis modulis analizē viņu uzvedību laikā, iegūstot un salīdzinot noplūdes parakstu ar noplūdes parakstiem datu bāzē (“pirkstu nospiedums”). Noplūdes trauksme tiek paziņota, ja iegūtais noplūdes paraksts atbilst pirkstu nospiedumam.

Ārēji balstīta LDS

Ārēji balstītās sistēmās tiek izmantoti vietēji īpaši sensori. Šādas LDS ir ļoti jutīgas un precīzas, taču sistēmas izmaksas un uzstādīšanas sarežģītība parasti ir ļoti augstas; Tāpēc lietojumi ir ierobežoti ar īpašām augsta riska teritorijām, piemēram, upju tuvumā vai dabas aizsardzības zonās.

Digitāls eļļas noplūdes noteikšanas kabelis

Digitālās sajūtas kabeļi sastāv no puscaurlaidīgu iekšējo vadītāju pinuma, ko aizsargā ar caurlaidīgu izolācijas formu. Caur iekšējiem vadītājiem tiek nodots elektriskais signāls, un kabeļa savienotājā to kontrolē iebūvēts mikroprocesors. Izplūstošie šķidrumi iziet caur ārējo caurlaidīgo pinumu un nonāk saskarē ar iekšējiem puscaurlaidīgajiem vadītājiem. Tas izraisa kabeļa elektrisko īpašību izmaiņas, kuras nosaka mikroprocesors. Mikroprocesors var atrast šķidrumu 1 metru izšķirtspējā visā tā garumā un sniegt atbilstošu signālu uzraudzības sistēmām vai operatoriem. Sensora kabeļus var ietīt ap cauruļvadiem, aprakt ar cauruļvadiem virspusē vai uzstādīt kā caurules-caurulē konfigurāciju.

Infrasarkano radiometrisko cauruļvadu pārbaude

Apbedītā krosa naftas cauruļvada gaisa termogramma, kas atklāj noplūdes izraisītu grunts piesārņojumu

Infrasarkano staru termogrāfisko cauruļvadu pārbaude ir izrādījusies precīza un efektīva, atklājot un lokalizējot pazemes cauruļvadu noplūdes, erozijas radītos tukšumus, pasliktinātu cauruļvadu izolāciju un sliktu aizpildījumu. Kad cauruļvada noplūde ļāva šķidrumam, piemēram, ūdenim, veidot cauruļvada tuvumā, šķidruma siltuma vadītspēja atšķiras no sausās augsnes vai aizbēruma. Tas tiks atspoguļots dažādos virsmas temperatūras modeļos virs noplūdes vietas. Augstas izšķirtspējas infrasarkanais radiometrs ļauj skenēt visus apgabalus un iegūtos datus parādīt kā attēlus ar atšķirīgas temperatūras apgabaliem, kas melnbaltā attēlā apzīmēti ar atšķirīgiem pelēkiem toņiem vai uz krāsaina attēla dažādām krāsām. Šī sistēma mēra tikai virsmas enerģijas modeļus, taču modeļi, kas tiek mērīti uz zemes virsmas virs aprakta cauruļvada, var palīdzēt parādīt, kur veidojas cauruļvada noplūdes un no tā izrietošās erozijas tukšumi; tas atklāj problēmas pat 30 metrus zem zemes virsmas.

Akustiskās emisijas detektori

Izplūstošie šķidrumi rada skaņas signālu, kad tie iziet caur caurumu caurulē. Akustiskie sensori, kas piestiprināti cauruļvada ārpusei, rada līnijas akustisko “pirkstu nospiedumu” no cauruļvada iekšējā trokšņa nebojātā stāvoklī. Ja rodas noplūde, tiek iegūts zemas frekvences akustiskais signāls, kas tiek uztverts un analizēts. Atkāpes no sākotnējā “pirksta nospieduma” signalizē par trauksmi. Tagad sensori ir labāk sakārtoti ar frekvenču joslu izvēli, laika aiztures diapazona izvēli utt. Tas padara diagrammas skaidrākas un vieglāk analizējamas. Ir arī citi veidi, kā noteikt noplūdi. Zemes ģeofoni ar filtru izvietojumu ir ļoti noderīgi, lai precīzi noteiktu noplūdes vietu. Tas ietaupa rakšanas izmaksas. Ūdens strūkla augsnē nonāk virs augsnes vai betona iekšējās sienas. Tas radīs nelielu troksni. Šis troksnis samazināsies, nonākot uz virsmas. Bet maksimālo skaņu var uztvert tikai noplūdes vietā. Pastiprinātāji un filtrs palīdz iegūt skaidru troksni. Daži gāzu veidi, kas nonāk cauruļvada līnijā, izejot no caurules, radīs skaņu diapazonu.

Tvaika sensoru caurules

Tvaiku uztverošās caurules noplūdes noteikšanas metode ietver caurules uzstādīšanu visā cauruļvada garumā. Šī caurule kabeļa veidā ir ļoti caurlaidīga vielām, kuras var noteikt konkrētajā pielietojumā. Ja rodas noplūde, mērāmās vielas nonāk tvaika, gāzes vai ūdenī izšķīdinātas caurules veidā. Noplūdes gadījumā daļa noplūdušās vielas izkliedējas mēģenē. Pēc noteikta laika caurules iekšpuse rada precīzu vielu, kas ieskauj mēģeni. Lai analizētu koncentrācijas sadalījumu sensora mēģenē, sūknis ar pastāvīgu ātrumu izstumj gaisa kolonnu gar detektoru. Detektora bloks sensora caurules galā ir aprīkots ar gāzes sensoriem. Katrs gāzes koncentrācijas pieaugums rada izteiktu “noplūdes maksimumu”.

Optisko šķiedru noplūdes noteikšana

Tiek laistas tirgū vismaz divas optiskās šķiedras noplūdes noteikšanas metodes: izkliedētā temperatūras sensācija (DTS) un izkliedētā akustiskā jutība (DAS). DTS metode ietver optiskā šķiedras kabeļa uzstādīšanu visā uzraudzītā cauruļvada garumā. Izmērāmās vielas nonāk saskarē ar kabeli, kad rodas noplūde, mainot kabeļa temperatūru un mainot lāzera stara impulsa atstarojumu, signalizējot par noplūdi. Atrašanās vieta ir zināma, izmērot laika aizkavi starp lāzera impulsa izstarošanu un atstarojuma noteikšanu. Tas darbojas tikai tad, ja vielas temperatūra atšķiras no apkārtējās vides. Turklāt izkliedētā optiskās šķiedras temperatūras noteikšanas tehnika piedāvā iespēju izmērīt temperatūru cauruļvada garumā. Skenējot visu šķiedras garumu, tiek noteikts temperatūras profils gar šķiedru, kas noved pie noplūdes noteikšanas.

DAS metode ietver līdzīgu optiskā šķiedras kabeļa uzstādīšanu visā uzraudzītā cauruļvada garumā. Vibrācijas, ko rada viela, kas iziet no cauruļvada caur noplūdi, maina lāzera stara impulsa atspoguļojumu, signalizējot par noplūdi. Atrašanās vieta ir zināma, izmērot laika aizkavi starp lāzera impulsa izstarošanu un atstarojuma noteikšanu. Šo metodi var kombinēt arī ar sadalītās temperatūras noteikšanas metodi, lai iegūtu cauruļvada temperatūras profilu.