Zaznavanje puščanja

by Delta inženiring / Petek, 25 marec 2016 / Objavljeno v Visokonapetostni

Pipeline odkrivanje uhajanja se uporablja za določitev, ali je v nekaterih primerih prišlo do puščanja v sistemih, ki vsebujejo tekočine in pline. Metode odkrivanja vključujejo hidrostatično preskušanje po postavitvi cevovoda in odkrivanje puščanja med obratovanjem.

Cevovodna omrežja so najbolj ekonomičen in najvarnejši način prevoza nafte, plinov in drugih tekočih proizvodov. Kot prevoz na dolge razdalje morajo cevovodi izpolnjevati visoke zahteve glede varnosti, zanesljivosti in učinkovitosti. Če se pravilno vzdržuje, lahko cevovodi trajajo neskončno brez puščanja. Najpomembnejša puščanja nastanejo zaradi škode na bližnji odkopni opremi, zato je pred izkopom ključnega pomena, da pokličete oblasti, da se prepričajo, da v bližini ni pokopanih cevovodov. Če cevovoda ni pravilno vzdrževan, lahko začne počasi korodirati, zlasti na gradbenih stikih, nizkih mestih, kjer se nabira vlaga, ali na mestih z nepopolnostmi v cevi. Te napake pa je mogoče prepoznati z inšpekcijskimi orodji in jih odpraviti, preden napredujejo do puščanja. Drugi razlogi za puščanje so nesreče, gibanje zemlje ali sabotaže.

Glavni namen sistemov za zaznavanje puščanja (LDS) je pomoč regulatorjem cevovodov pri odkrivanju in lokalizaciji puščanja. LDS zagotavljajo alarm in prikazujejo druge povezane podatke krmilnikom cevovodov, da bi pomagali pri odločanju. Sistemi za zaznavanje uhajanja cevovodov so prav tako koristni, ker lahko izboljšajo produktivnost in zanesljivost sistema, zahvaljujoč skrajšanemu času izpada in skrajšanemu času pregledovanja. LDS so zato pomemben vidik tehnologije cevovodov.

V skladu z dokumentom API „RP 1130“ se LDS delijo na interno in zunanje LDS. Sistemi, ki temeljijo na notranji uporabi, uporabljajo instrumente polja (na primer senzorje pretoka, tlaka ali temperature tekočine) za nadzor notranjih parametrov cevovoda. Zunanje zasnovani sistemi uporabljajo tudi terensko merilno tehniko (na primer infrardeči radiometri ali toplotne kamere, parni senzorji, akustični mikrofoni ali optični kabli) za spremljanje zunanjih parametrov cevovoda.

Pravila in predpisi

Nekatere države formalno urejajo delovanje plinovodov.

API RP 1130 „Računalniški nadzor cevovodov za tekočine“ (ZDA)

Ta priporočena praksa (RP) se osredotoča na načrtovanje, izvajanje, preskušanje in delovanje LDS, ki uporabljajo algoritemski pristop. Namen te priporočene prakse je pomagati upravljavcu cevovodov pri prepoznavanju vprašanj, pomembnih za izbiro, izvedbo, preskušanje in delovanje LDS. LDS se razvrščajo na notranje in zunanje. Notranji sistemi uporabljajo terenske instrumente (npr. Za pretok, tlak in temperaturo tekočine) za spremljanje notranjih parametrov cevovoda; ti parametri cevovoda se nato uporabijo za ugotavljanje puščanja. Zunanje zasnovani sistemi uporabljajo lokalne namenske senzorje.

TRFL (Nemčija)

TRFL je okrajšava za „Technische Regel für Fernleitungsanlagen“ (tehnično pravilo za cevovodne sisteme). TRFL povzema zahteve za cevovode, za katere veljajo uradni predpisi. Zajema cevovode, ki prevažajo vnetljive tekočine, cevovode, ki prevažajo tekočine, ki so nevarne za vodo, in večino cevovodov, ki prevažajo plin. Potrebnih je pet različnih vrst funkcij LDS ali LDS:

Dva neodvisna LDS za neprekinjeno odkrivanje puščanja med delovanjem v stanju mirovanja. Eden od teh sistemov ali dodatni mora biti sposoben tudi zaznati puščanje med prehodnim delovanjem, npr. Med zagonom cevovoda.
En LDS za zaznavanje puščanja med zapiranjem
En LDS za lezenje pušča
En LDS za hitro puščanje

Zahteve

API1155 (nadomeščen z API RP 1130) določa naslednje pomembne zahteve za LDS:

Občutljivost: LDS mora zagotoviti, da je izguba tekočine zaradi uhajanja tekočine čim manjša. To v sistemu postavlja dve zahtevi: zaznati mora majhna puščanja in hitro jih mora zaznati.
Zanesljivost: Uporabnik mora imeti možnost zaupati LDS. To pomeni, da mora pravilno poročati o vseh resničnih alarmih, vendar je enako pomembno, da ne generira lažnih alarmov.
Natančnost: Nekateri LDS lahko izračunajo pretok uhajanja in mesto puščanja. To je treba storiti natančno.
Robustnost: LDS bi moral še naprej delovati v ne idealnih okoliščinah. Na primer, v primeru okvare pretvornika mora sistem zaznati okvaro in še naprej delovati (po možnosti s potrebnimi kompromisi, kot je zmanjšana občutljivost).

Stanje v mirovanju in prehodne razmere

Med stacionarnimi pogoji so pretok, tlaki itd. V cevovodu skozi čas (bolj ali manj) konstantni. Med prehodnimi pogoji se lahko te spremenljivke hitro spremenijo. Spremembe se širijo kot valovi skozi cevovod s hitrostjo zvoka tekočine. Prehodne razmere se pojavijo v cevovodu, na primer ob zagonu, če se tlak na vstopu ali izstopu spremeni (tudi če je sprememba majhna), in ko se spremeni serija, ali če je v cevovodu več izdelkov. Plinovodi so skoraj vedno v prehodnih pogojih, saj so plini zelo stisljivi. Tudi pri tekočih cevovodih prehodnih učinkov ni mogoče večino zanemariti. LDS mora omogočati zaznavanje puščanja za oba pogoja, da se zazna puščanje v celotnem obratovalnem času cevovoda.

Notranji LDS

Notranji sistemi uporabljajo terenske instrumente (npr. Za pretok, tlak in temperaturo tekočine) za spremljanje notranjih parametrov cevovoda; ti parametri cevovoda se nato uporabijo za ugotavljanje puščanja. Sistemski stroški in zapletenost interno zasnovanih LDS so zmerni, ker uporabljajo obstoječe terenske instrumente. Ta vrsta LDS se uporablja za standardne varnostne zahteve.

Spremljanje tlaka / pretoka

Puščanje spremeni hidravliko cevovoda in posledično čez nekaj časa spremeni odčitek tlaka ali pretoka. Lokalno spremljanje tlaka ali pretoka samo na eni točki lahko torej omogoča preprosto odkrivanje puščanja. Ker se izvaja lokalno, načeloma ni potrebna telemetrija. Uporaben je le v stanju dinamičnega ravnovesja, njegova sposobnost ravnanja s plinovodi pa je omejena.

Akustični tlačni valovi

Metoda akustičnega tlačnega vala analizira valove redčenja, ki nastanejo, ko pride do puščanja. Ko pride do okvare stene cevovoda, tekočina ali plin uhaja v obliki curka visoke hitrosti. To ustvarja valove negativnega tlaka, ki se širijo v obe smeri znotraj cevovoda in jih je mogoče zaznati in analizirati. Načela delovanja metode temeljijo na zelo pomembni značilnosti tlačnih valov za potovanje na velike razdalje s hitrostjo zvoka, ki ga vodijo stene cevovoda. Amplituda tlačnega vala narašča z velikostjo puščanja. Zapleten matematični algoritem analizira podatke senzorjev tlaka in lahko v nekaj sekundah pokaže na mesto puščanja z natančnostjo, manjšo od 50 m (164 ft). Eksperimentalni podatki so pokazali sposobnost metode, da zazna puščanje premera manj kot 3 mm (0.1 palca) in deluje z najnižjo stopnjo lažnih alarmov v industriji - manj kot 1 lažni alarm na leto.

Vendar metoda po prvotnem dogodku ne more zaznati nenehnega uhajanja: po razpadu (ali razpadu) cevovoda se začetni tlačni valovi umirijo in ne nastajajo nadaljnji tlačni valovi. Torej, če sistem ne zazna puščanja (na primer zato, ker so tlačni valovi zakrili prehodne tlačne valove, ki jih povzroči operativni dogodek, kot je sprememba tlaka črpalke ali preklop ventila), sistem ne bo zaznal tekočega puščanja.

Metode uravnoteženja

Te metode temeljijo na načelu ohranjanja mase. V enakomernem stanju je masni pretok $\ pika {M} _I$ vstop v cevovod, ki ne pušča, bo uravnotežil masni pretok $\ pika {M} _O$ zapušča; vsak padec mase, ki zapusti cevovod (masno neravnovesje $\ pika {M} _I - \ pika {M} _O$ ) označuje puščanje. Metode uravnoteženja merijo $\ pika {M} _I$ in $\ pika {M} _O$ z uporabo merilnikov pretoka in na koncu izračunamo neravnovesje, ki je ocena neznanega, resničnega pretočnega pretoka. Primerjamo to neravnovesje (običajno ga spremljamo v več obdobjih) in praga alarma za puščanje $\ gama$ ustvari alarm, če je to nadzorovano neravnovesje. Izboljšane metode izravnave dodatno upoštevajo stopnjo spremembe množičnega inventarja cevovoda. Imena, ki se uporabljajo za izboljšane tehnike uravnoteženja linij, so ravnotežje glasnosti, spremenjeno ravnotežje volumna in uravnoteženo masno ravnovesje.

Statistične metode

Statistični LDS uporabljajo statistične metode (npr. S področja teorije odločanja) za analizo tlaka / pretoka samo na eni točki ali neravnovesja, da bi odkrili puščanje. To vodi do možnosti za optimizacijo odločitve o uhajanju, če obstajajo nekatere statistične predpostavke. Pogost pristop je uporaba preskusnega postopka hipoteze

\ besedilo {Hipoteza} H_0: \ besedilo {Brez puščanja}

\ besedilo {hipoteza} H_1: \ besedilo {puščanje}

To je klasična težava odkrivanja in iz statistike je znanih več rešitev.

RTTM metode

RTTM pomeni "prehodni model v realnem času". RTTM LDS uporabljajo matematične modele toka znotraj cevovoda z uporabo osnovnih fizikalnih zakonov, kot so ohranjanje mase, ohranjanje giba in ohranjanje energije. Na metode RTTM lahko gledamo kot na izboljšanje izravnalnih metod, saj poleg tega uporabljajo načelo ohranjanja zagona in energije. RTTM omogoča izračun masnega pretoka, tlaka, gostote in temperature na vsaki točki vzdolž cevovoda s pomočjo matematičnih algoritmov v realnem času. RTTM LDS lahko enostavno modelira stacionarni in prehodni tok v cevovodu. Z uporabo tehnologije RTTM lahko zaznamo puščanje v stanju dinamičnega ravnovesja in prehodnih pogojih. Z ustrezno delujočimi instrumenti lahko stopnje puščanja funkcionalno ocenimo z uporabo razpoložljivih formul.

E-RTTM metode

Podaljšani prehodni model prenosa signala v realnem času (E-RTTM)

E-RTTM pomeni „razširjeni model prehodnega stanja v realnem času“ z uporabo tehnologije RTTM s statističnimi metodami. Torej je zaznavanje puščanja možno v stanju dinamičnega ravnovesja in prehodnem stanju z visoko občutljivostjo, lažnim alarmom pa se bomo izognili s statističnimi metodami.

Za preostalo metodo modul RTTM izračuna ocene $\ hat {\ dot {M}} _ Jaz$ , $\ hat {\ dot {M}} _ O$ za MASNI TOK v vstopu in v iztoku. To je mogoče storiti z meritvami za tlak in temperatura na vstopu ( $p_I$ , $T_I$ ) in odtok ( $p_O$ , $T_O$ ). Te ocenjene masne pretoke primerjamo z izmerjenimi masnimi pretoki $\ pika {M} _I$ , $\ pika {M} _O$ , kar daje ostanke $x = \ pika {M} _I - \ kapa {\ dot {M}} _ I$ in $y = \ pika {M} _O - \ kapa {\ dot {M}} _ O$ . Ti ostanki so blizu nič, če ni puščanja; v nasprotnem primeru ostanki kažejo značilen podpis. V naslednjem koraku bodo preostali podvrženi analizi podpisov puščanja. Ta modul analizira njihovo časovno vedenje tako, da izvleče in primerja podpis puščanja s podpisi puščanja v bazi podatkov ("prstni odtis"). Alarm puščanja je razglašen, če izvlečeni podpis puščanja ustreza prstnemu odtisu.

Zunanje zasnovan LDS

Zunanje zasnovani sistemi uporabljajo lokalne namenske senzorje. Takšni LDS so zelo občutljivi in natančni, vendar so stroški sistema in zapletenost namestitve običajno zelo visoki; uporaba je zato omejena na posebna območja z visokim tveganjem, npr. v bližini rek ali naravovarstvenih območij.

Digitalni kabel za zaznavanje puščanja olja

Digital Sense kabli so sestavljeni iz pletenice polprepustnih notranjih vodnikov, zaščitenih s prepustno izolacijsko pletenico. Električni signal se prenaša po notranjih vodnikih in nadzira vgrajen mikroprocesor znotraj kabla. Tekočine, ki izhajajo, prehajajo skozi zunanjo prepustno pletenico in vzpostavijo stik z notranjimi polprepustnimi vodniki. To povzroči spremembo električnih lastnosti kabla, ki jo zazna mikroprocesor. Mikroprocesor lahko locira tekočino do 1 metra ločljivosti po svoji dolžini in poda ustrezen signal nadzornim sistemom ali operaterjem. Kable s senzorji lahko ovijemo okoli cevovodov, pokopljemo pod površino s cevovodi ali namestimo kot konfiguracijo "cev v cev".

Infrardeče radiometrično testiranje cevovodov

Zračni termogram pokopanega cestnega naftovoda, ki razkriva podzemno onesnaženje, ki ga povzroča puščanje

Preizkušanje infrardečega termografskega cevovoda se je izkazalo za natančno in učinkovito pri odkrivanju in odkrivanju uhajanj podzemnih cevovodov, praznin, ki jih povzročajo erozije, poslabšane izolacije cevovodov in slabe zasute. Ko puščanje cevovoda omogoči, da tekočina, kot je voda, tvori pero v bližini cevovoda, ima tekočina toplotno prevodnost, ki se razlikuje od suhe zemlje ali zasipa. To se bo odražalo v različnih vzorcih površinske temperature nad lokacijo puščanja. Infrardeči radiometer z visoko ločljivostjo omogoča skeniranje celotnih območij in prikazane podatke v obliki slik z območji različnih temperatur, ki jih označujejo različni sivi toni na črno-beli sliki ali različne barve na barvni sliki. Ta sistem meri samo vzorce površinske energije, vzorci, ki se merijo na površini tal nad zakopanim cevovodom, pa lahko pomagajo pokazati, kje pušča cevovod in nastajajo erozijske praznine; težave zazna do globine 30 metrov pod površjem tal.

Akustični detektorji emisij

Tekoče tekočine ustvarjajo zvočni signal, ko prehajajo skozi luknjo v cevi. Akustični senzorji, pritrjeni na zunanjo stran cevovoda, ustvarijo osnovni akustični "prstni odtis" linije od notranjega hrupa cevovoda v njegovem nepoškodovanem stanju. Ko pride do puščanja, se zazna in analizira nastali nizkofrekvenčni zvočni signal. Odstopanja od osnovnega "prstnega odtisa" pomenijo alarm. Zdaj imajo senzorji boljše urejanje pri izbiri frekvenčnih pasov, izbiri časovnega zamika itd. Zaradi tega so grafi bolj jasni in enostavni za analizo. Obstajajo drugi načini zaznavanja puščanja. Zemeljski geofoni z razporeditvijo filtrov so zelo koristni za določitev mesta puščanja. Prihrani stroške izkopa. Vodni curek v tleh zadene v notranjo steno zemlje ali betona. To bo ustvarilo moten hrup. Ta hrup se bo zmanjšal, ko bo prišel na površino. Največji zvok pa lahko zaznamo le v položaju puščanja. Ojačevalniki in filter pomagajo čist hrup. Nekatere vrste plinov, vnesenih v cevovod, bodo ob izhodu iz cevi ustvarile vrsto zvokov.

Parne zaznavne cevi

Metoda zaznavanja puščanja cevi za zaznavanje hlapov vključuje namestitev cevi po celotni dolžini cevovoda. Ta cev je v obliki kabla zelo prepustna za snovi, ki jih zaznamo v določeni aplikaciji. Če pride do puščanja, snovi, ki jih je treba izmeriti, pridejo v stik s cevjo v obliki pare, plina ali raztopljene v vodi. V primeru puščanja se del puščajoče snovi razprši v cev. Po določenem časovnem obdobju notranjost cevi ustvari natančno sliko snovi, ki obdajajo cev. Da bi analizirala porazdelitev koncentracije v senzorski cevi, črpalka s konstantno hitrostjo potisne kolono zraka v cevi mimo enote za zaznavanje. Enota detektorja na koncu senzorske cevi je opremljena s plinskimi senzorji. Vsako povečanje koncentracije plinov povzroči izrazit "vrh puščanja".

Zaznavanje puščanja optičnih vlaken

Tržijo se vsaj dve metodi zaznavanja uhajanja z optičnimi vlakni: porazdeljeno temperaturno zaznavanje (DTS) in porazdeljeno zvočno zaznavanje (DAS). Metoda DTS vključuje namestitev optičnega kabla po dolžini cevovoda, ki se spremlja. Snovi, ki jih je treba izmeriti, pridejo v stik s kablom, ko pride do puščanja, spremeni temperatura kabla in spremeni odsev impulza laserskega žarka, signalizira puščanje. Lokacija je znana z merjenjem časovne zakasnitve med izpustitvijo laserskega impulza in odkritjem odboja. To deluje le, če je snov na temperaturi, ki je drugačna od okolice. Poleg tega tehnika porazdeljenih vlaken z optičnim zaznavanjem temperature ponuja možnost merjenja temperature vzdolž cevovoda. S skeniranjem po celotni dolžini vlakna se določi temperaturni profil vzdolž vlakna, kar vodi do zaznavanja puščanja.

Metoda DAS vključuje podobno namestitev optičnega kabla po dolžini cevovoda, ki se spremlja. Vibracije, ki jih povzroči snov, ki skozi puščanje zapusti cevovod, spremeni odsev impulza laserskega žarka in signalizira puščanje. Lokacija je znana z merjenjem časovne zakasnitve med izpustitvijo laserskega impulza in odkritjem odboja. To tehniko je mogoče kombinirati tudi z metodo porazdeljene temperature, za zagotovitev temperaturnega profila cevovoda.